DE2422939C3

DE2422939C3 - Anordnung zur mechanischen Drehmomentenübertragung

Info

Publication number: DE2422939C3
Application number: DE19742422939
Authority: DE
Inventors: Bengt Vaesteraas Nilsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-05-11
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE2422939A1; GB1464767A; DE2422939B2; SE372807B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur mechanischen Drehmomentenübertragung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten ArL Eine solche Anordnung ist bekannt aus dem Buch von Franke »Vom Aufbau der Getriebe« 1951, Seite 22, Bild 58.

Bei der aus dem Buch von Franke bekannten Anordnung sind die Gelenkachsen gleich lang und um 180° auf den Gelenkscheiben gegeneinander versetzt. Die bekannte Anordnung gt.iattet die Übertragung eines Drehmoments nur über einen Drehwinkel von (theoretisch) maximal 180°. Außerdem hat die bekannte Anordnung in ihren beiden Endstellungen sogenannte Totpunkte, bei denen über die Gelenkstangen praktisch keine Tangentialkräfte auf die benachbarte Gelenkscheibe übertragen werden können. Die Steifigkeit der Anordnung ist im Bereich dieser beiden Totlagen außerordentlich gering.

Zur Beseitigung der sich aus den genannten Totpunktanlagen ergebenden Nachteile ist aus dem Buch von Krämer »Getriebelehre« 1950, Seite 170, Bild 347 bereits das Prinzip bekannt, die beiden Gelenkachsen auf den Gelenkscheiben um einen anderen Winkel als 180°, z. B, 90°, gegeneinander zu versetzen. Die Begrenzung des Drehwinkels auf maximal 180° wird hierdurch jedoch nicht beseitigt.

Im Stand der Technik sind ferner bereits Anordnungen der eingangs genannten Art bekannt, üie für ein kontinuierliches Rotieren der drehmomentübertragenden Wellen bestimmt sind. So ist aus dem Buch von Krämer »Getriebelehre« 1950, Seite 171, Bild 348 d, eine Anordnung bekannt, bei der auf den Gelenkscheiben zwei um 180° gegeneinander versetzte Gelenkachsen angeordnet sind, die beide gleich lang sind. Um ein kontinuierliches Rotieren (unbegrenzter Drehwinkel) der beiden Wellen mit den Gelenkscheiben zu ermöglichen, sind die Gelenkstangen derart auf den gleich langen Gelenkachsen drehbar angeordnet, daß sie schräg zu den Ebenen der Gelenkscheiben verlaufen, also einen bestimmten spitzen Winke! mit den Gelenkscheiben bilden. Die beiden Gelenkscheiben liegen also in parallelen Ebenen zueinander, deren senkrechter Abstand voneinander um so größer wird, je länger die Gelenkstangen sind. Eine solche Anordnung ist daher trotz ihres beliebig großen Drehwinkels in vielen Anwendungsfällen nicht geeignet, die- im Drehwinkel stark begrenzte Anordnung aus dem obengenannten Buch von Franke zu ersetzen, da ihre Ausdehnung senkrecht zur Längsrichtung der Gelenkstangen viel größer ist, als bei der genannten bekannten Übertragungsanordnung, insbesondere, wenn mehrere Einheiten der genannten Art in Reihe geschaltet werden.

Aus dem Buch von Knab »Übersicht über Kinematik/ Getriebelehre« 1930, Seite 135, Bild 1198 sowie Krämer a.a.O, Seite 171, Bild 348 e, sind Drehmomentübertragungseinheiten bekannt, bei denen auf den Gelenkwellen Exzenterscheiben sitzen, auf deren Peripherie die Gelenkstange mit einem die getarnte Exzenterscheibe umfassenden Ringlager gelagert ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist die seitliche Ausladung der Drehmomentenübertragungseinheit zwar unabhängig von der Länge der Gelenkstangen; der Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch in der starken radialen Ausdehnung und des relativ hohen Gewichtes dieser Gelenkstellen.

Aus dem DE-GM 70 42 652 ist eine Anordnung bekannt, mit der ein Drehmoment von einer kontinuierlich rotierenden Welle auf eine hierzu parallel verschobene Welle übertragbar ist. Zu diesem Zweck sind an den Wellenenden bzw. an Zwischengelenken Gelenkscheiben vorhanden, von denen jede mit drei auf einen Umfang symmetrisch angeordneten Gelenkachsen versehen sind. Die jeweils drei Gelenkachsen zweier benachbarter Gelenkscheiben sind über drei in einer Ebene liegende Gelenkstangen miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung darf der Abstand zwischen den Achsen benachbarter Gelenkscheiben nicht größer sein als der Durchmesser der Gelenkscheiben. Die Gelenkstangen können nicht größer sein als der Radius einer Gelenkscheibe. Diese Anordnung ist daher nicht geeignet, ein Drehmoment von einer Achse auf eine weit entfernt liegende parallele Achse zu übertragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur mechanischen Drehmomentenübertragung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß der Drehwinkel der Anordnung annähernd 360° beträgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Durch die Erfindung wird dpr Drehwinkelbereich der genannten, aus dem Buch von Franke bekannten Übertragungsanordnung auf annähernd 360° vergrößert, ohne daß dabei die relativ geringe Ausladung der bekannten Anordnung senkrecht zur Längsrichtung der Gelenkstangen verlorengeht

Dadurch, daß die Gelenkachsen auf den Gelenkscheiben in an sich bekannter Weise einen Mittelpunktswinkel von 90° bilden, erhält n<an kontinuierlich eine ausreichend große tangential Kraftkomponente, so daß die Gelenkscheibe unabhängig von der Lage der Gelenkstangen gedreht werden kann. Dieser Effekt wird im wesentlichen auch bereits erreicht wenn der Mittelpunktswinkel zwischen den beiden Gelenkachsen 60° bis 120° beträgt

Dadurch, daß man zwei miteinander fluchtende Gelenkscheiben unmittelbar miteinander verbinde t und .»ie konstruktiv als Innenring eines Kugel'agers ausbildet, erhält man eine sehr kompakte, wenig Raum erfordernde Konstruktion, die sich außerdem durch die geringe Anzahl der erforderlichen Bauteile auszeichnet

Dadurch, daß die Gelenkachse, auf der eine Gelenkstange mit ihrem einen Ende gelagert ist entgegengesetzt zu der Gelenkachse am anderen Ende der Gelenkstange gerichtet ist kann man die Gelenkstange frei drehen, ohne daß das Drehen von den Achsen behindert wird. Mittels einer Anordnung mit zwei parallelen Gelenkstangen gemäß der Erfindung kann man durch eine solche Konstruktion einen Drehwinkel von nahezu 360" erhalten.

An Hand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 das Wirkungsprinzip einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig.2 die Anordnung der Gelenkstangen an einer Gelenkscheibe,

F i g. 3 die Anordnung nach F i g. 1, von oben gesehen,

F i g. 4 zwei unmittelbar miteinander verbundene Gelenkscheiben, die zugleich den Innenring eines Kugellagers bilden,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Gelenkstangen im Verhältnis zu der Konstruktion nach F i g. 3 schräg gestellt sind.

F i g. 1 zeigt das Prinzip einer Drehmomentübertragungsanordnung, bei der eine Gelenkscheibe 10 über eine Welle 11 an eine nicht gezeigte Antriebsanordnung angeschlossen ist. Die Anordnung hat die Aufgabe, das Drehmoment von der Welle 11 auf die Welle 12 auf einer Gelenkscheibe 13 über ein Gelenk 14 zu übertragen. Im Gelenk 14 sind auf einer gemeinsamen Welle 15 zwei Gelenkscheiben 16 und 17 angeordnet Zwischen der Gelenkscheibe 10 und der Gelenkscheibe 16 sind zwei parallele Gelenkstangen 18 angeordnet, die mittels zu den Gelenkstangen 18 senkrechten Gelenkachsen 19 beweglich an den Gelenkscheiben 10 und 16 angebracht sind. Zwischen der Gelenkscheibe 17 und der Gelenkscheibe 13 sind zwei weitere parallele Gelenkstangen 20 angeordnet, die an den Gelenkscheiben 17 und 13 mittels zu den Gelenkstangen senkrechten Gelenkachsen 19 beweglich angebt acht sind.

Die Achsen 19 sind rt't einer gegenseitigen Winkelverschiebung von 90" auf jeder Gelenkscheibe 10,16,17 und 13 angeordnet, wie die F i g, 2 näher zeigt, die das Gelenk 14 im Detail darstellt

Ein ober die Welle 11 von einer Antriebsanordnung übertragenes Drehmoment wird über die Gelenkscheibe 11 und die Gelenkstangen 18 auf die Gelenkscheibe 16 übertragen. Über die Welle 15 wird das Drehmoment zu der Gelenkscheibe 17 übertragen, die das Drehmoment über die Gelenkstangen 20 und Gelenkscheibe 13

ίο auf die Welle 12 überträgt

Wie aus F i g. 3, welche die Anordnung nach F i g. 1 von oben zeigt, hervorgeht, wird dadurch, daß ein Moment im Gelenk 14 von einem Gelenkstangensystem 18, 19 auf der einen Seite der Gelenkscheiben 16 und 17 auf ein anderes Gelenkstangensystem auf der anderen Seite der Gelenkscheiben übertragen wird, das volle Moment welches auf die Welle 15 übertragen wird, auf die Welle 12 überführt

Die Größe des Drehwinkels, den die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht liegt sehr nahe bei 360°, da die Gelenkachsen 19 für jede Gelenkstange eines parallelen Gelenkstangenpaares 18,19 verschieden lang sind, so daß die eine Gelenkstange unter der Milderen passieren kann, bis sie an die Gelenkachse der darüberliegenden Gelenkstange stößt

Das gezeigte Gelenkstangenprinzip ist speziell für Manipulatoren (Roboter) geeignet, die oft aus einer Anzahl zueinander beweglicher Einheiten bestehen, zwischen denen Drehmomente übertragen werden müssen, speziell in den Fällen, in denen die Antriebseinheiten für das Greifwerkzeug eines Manipulators auf dem Ständer des Manipulators angebracht sind, um hierdurch das Gewicht der beweglichen Teile des Manipulators zu verringern.

F i g. 3 zeigt, daß der Platzbedarf für das Gelenk 14 sehr groß sein kann. Wenn daher die Ausdehnung des Gelenks 14 in Achsrichtung der Gelenkscheiben von der Gesamtbreite der Bauteile 19-16-15-17-19 bestimmt wird, so können die Gelenkscheiben 16 und 17 auch in der aus F i g. 4 hervorgehenden Weise angeordnet werden. Dort sind zwei Gelenkscheiben 161 und 171 ohne zwischen ihnen liegender Welle unmittelbar zusammengelugt und gleichzeitig zum inneren Ring eines Kugellagers 21 gemacht. Der äußere Ring des Kugellagers kann in einer der im Gelenk 141 untereinander beweglichen Einheiten 22 fixiert sein.

Das Kugellager 21 kann vom X-Kontakttyp sein, d. h. die Kugeln des Lagers haben in ihren Laufringen Winkelkontakt in zwei Richtungen und ermöglichen dadurch eine Momentaufnahme und einen genauen Gang. Die Gelenkachsen 19 gehen in F i g. 4 durch beide Gelenkscheiben 16* und 171, wodurch man eine bessere Führung der Gelenkachsen erhält. In den Fällen, in denen zwei Gelenkachseii einander gegenüber angeordret bind, also miteinander fluchten, können diese durch eine einzige, durch die beiden Gelenkscheiben 161 und 171 hindurchgehende und für die Gelenksiangen 13Γ und 201' gemeinsame Gelenkachse 19' ersetzt werden, wodurch man eine steife Konstruktion erhält, die Drehmomente erzeugende Kräfte von den Gelenkstanger. aufnimmt und gleichzeitig einen minimalen Platz erfordert

Wie aus Fig.3 hervorgeht, muß, wenn weilere Gelenke angebracht werden sollen, ein Aufbau der hier gezeigten Drehmomentenübertragungsanordnung in Richtung senkrecht zu den Gelenkscheiben erfolgen, damit das der Welle 11 eingangs zugeführte Drehmoment in voller Stärke übertragen werden kann. Eine

solche Übertragungsanordnung hat einen erheblichen Platzbedarf.

Ein solcher Platzbedarf kann vermindert werden durch eine Schrägstellung der Paare zueinander paralleler Gelenkstangen 23 in einem Winkel zur drehmomentübertragenden Welle. Die Schrägstellung wird so gewählt, daß die Gelenkscheiben benachbarter oder sämt licher Gelenke im wesentlichen in derselben Ebene liegen. Auf diese Weise kann eine Drehmomentenübertragungsanordnung gemäß Fig. I und 3 mit einer beliebigen Anzahl von Gelenken aufgebaut werden, ohne daß die Ausdehnung der Gesamtanordnung senkrecht zu den Gelenkscheiben größer wird als die Ausdehnung eines einzigen Gelenkes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur mechanischen Drehmomentenübertragung mit begrenztem Drehwinkel der drehmomentObertragenden Wellen über eine Anzahl in Reihe schaltbarer Einheiten, von denen jede aus zwei parallelen Wellen mit Gelenkscheiben besteht, die über zwei Gelenkstangen und auf den Gelenkscheiben befindlichen Gelenkachsen derart miteinander verbunden sind, daß sich jeweils nur eine Gelenkstange in Strecklage befinden kann, wobei die Länge der Gelenkstangen bedeutend größer als der Durchmesser der Gelenkscheiben sein kann und die Gelenkachsen jeweils auf der Seite der Gelenkschei- is ben angebracht sind, die der drehmomentübertragenden Welle abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gelenkachsen (19) auf jeder Gelenkscheibe (10,16,13) unterschiedlich lang sind und daß jede Gelenkstange mit ihrem einen Ende aui einer langen und mit ihrem anderen Ende auf einer kurzen Gelenkachse drehbar befestigt ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gelenk (14) aus zwei Gelenkscheiben (16,17) diese unmittelbar miteinander verbunden und in ein Kugellager derart eingespannt sind, daß sie den inneren Ring des Kugellagers (21) bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Gelenkachse (19) durch die beiden Gelenkscheiben (161,171) durchgehend angeordnet ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Gelenkachsc- (19') für zwei an verschiedenen Geler.kschHben angelenkte Gelenkstangen (201', 181') vorgesehen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverschiebung zwischen den Gelenkachsen (19) zwischen 60° und 120° beträgt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare zueinander paralleler Gelenkstangen (23) derart in einem Winkel zur drehmomentübertragenden Achse angeordnet sind, daß die Gelenkscheiben (13,17,16,10; 161, 171) benachbarter oder sämtlicher Gelenke in derselben Ebene liegen (F i g. 5).