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Getriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit zwei auf einem Doppelexzenter
umlaufenden Kurvenscheiben, deren Außenrand jeweils die Form eines geschlossenen
Zykloidenzugs aufweist,die sich um etwa 1800 versetzt in einem Außenrollenkranz
in formschlüssigem Eingriff abwälzen und die über entsprechende Bohrungen mit einem
Innenrollenkranz in Eingriff stehen.
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Ein derartiges Getriebe, das als Planetengetriebe aufgefaßt werden
kann, aber auch als Exzenter- bzw. als Zykloidengetriebe bezeichnet wird, ist beispielsweise
in der DE-OS 24 33 675 beschrieben. Gewöhnlich bildet die schnell laufende Welle,
auf der der Doppelexzenter sitzt, die Antriebswelle, der Außenrollenkranz das Reaktionsglied
des Getriebes und der Innenrollenkranz den Abtrieb. Es ist aber ebenso gut möglich,
Antrieb und Abtrieb zu vertauschen, wenn das Getriebe zur Erzeugung hoher Drehzahlen
verwendet werden soll.
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Der wesentliche Vorteil dieser Getriebe liegt darin, daß sich hohe
Übersetzungen, nämlich bis zu 1:85, in einer Stufe verwirklichen lassen. Darüber
hinaus laufen diese
Getriebe geräuscharm und vibrationsfrei und
arbeiten durch die rein abwälzenden Bewegungsvorgänge mit einem hohen Wirkungsgrad.
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Wegen des vergleichbar kleinen Durchmessers der schnell laufenden
Teile ist das Trägheitsmoment dieser Getriebe äußerst klein, so daß sie sich insbesondere
für Antriebe eignen, die außerordentlich schnell anfahren und schnell wieder zum
Stillstand gebracht werden müssen, bei denen also hohe Beschleunigungen realisiert
werden müssen. Dies ist beispielsweise bei Antrieben für Industrieroboter erforderlich,
bei denen sehr massearme Scheibenläufermotoren verwendet werden. Die Bewegungsvorgänge
in den einzelnen Achsen werden elektronisch geregelt, so daß das Getriebe spielfrei,
zumindest aber spielarm sein muß, damit die einzelnen Positioniervorgänge exakt
ablaufen und ein Überschwingen vermieden wird. Bei den Getrieben der eingangs genannten
Art entsteht ein Spiel zwischen den Außenrollen und den Kurvenscheiben, zwischen
den Kurvenscheiben und den inneren Rollen, die auch Mitnehmerrollen genannt werden,und
am Doppelexzenter. Das bis heute unvermeidbare Spiel ist jedoch für die vorstehend
genannten Antriebe zu groß und führt zu Schwingungen der elektrischen Regelung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs
genannten Art zu schaffen, das sich durch wesentlich geringeres Spiel auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Getriebe
über die beiden Kurvenscheiben unter Zwischenschaltung mindestens jeweils eines
elastischen Gliedes in Umfangsrichtung in sich verspannt ist.
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Durch diese gegenseitige Verspannung der Kurvenscheiben wird das Spiel
in allen vorstehend genannten drei Bereichen reduziert, ohne daß an irgendeiner
Stelle übermäßige Beanspruchungen von Getriebeteilen auftreten. Die unvermeidbaren
Toleranzen bei der Fertigung der Getriebeteile werden durch das mindestens eie elastische
Glied aufgefangen, während das Verspannen der Kurvenscheiben ausschließlich in Umfangsrichtung
sicherstellt, daß keine -erhöhten Kräfte auf den Exzenter ausgeübt werden, die die
Lebensdauer des Getriebes beträchtlich reduzieren würden.
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Es wird zwar eingeräumt, daß das gegenseitige Verspannen der beiden
Kurvenscheiben in Umfangsrichtung die Wirkung hat, daß in jeder Drehrichtung des
Getriebes jeweils nur eine Kurvenscheibe bei der Kraftübertragung wirksam wird,
und die andere Scheibe praktisch wirkungslos mitläuft, während ohne das Verspannen
beide Kurvenscheiben in beiden Drehrichtungen jeweils die Hälfte der Last übernehmen,
und daß die Cætriebeverluste insgesamt etwas höher zu veranschlagen sind; diese
Nachteile fallen bei Antrieben für Industrieroboter jedoch kaum ins Gewicht und
werden durch den Vorteil des spielarmen bzw. spiellosen Betriebs aufgewogen. Ein
erfindungsgemäß aufgebautes Getriebe zeigte an der Abtriebswelle bei 1ONm Belastung
ein vernachlässibar kleines Verdrehspiel. Dies macht die besondere Eignung des erfindungsgemäßen
Getriebes für solche Antriebe deutlich, bei denen es auf Spielfreiheit ankommt.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Rollen
eines der beiden Rollenkränze in einer Ebene zwischen den beiden Kurvenscheiben
geteilt, wobei die Rollen mindestens einer der beiden Rollengruppen eine elastische,
zylindrische Zwischenlage aufweisen und die beiden Rollengruppen in Umfangsrichtung
zueinander versetzt gelagert sind. Diese in Umfangsrichtung versetzte Lagerung der
beiden durch die Teilung entstandenen Rollengruppen ist konstruktiv einfach und
kann um ein Maß vor-
genommen werden, das genau die gewünschte Spielarmut
erreichen läßt.
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Vorteilhaft weisen die die Rollen tragenden Bolzen zur versetzten
Lagerung der beiden Rollengruppen jeweils in Umfangsrichtung exzentrische Bolzenabschnitte
auf.
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Bei dieser Ausbildung der Bolzen besitzt der eine Bolzenab schnitt
bei einer Exzentrizität x einen um mindestens 2x kleineren Durchmesser als der andere
Bolzenabschnitt und trägt eine eine elastische Zwischenlage aufweisende Rolle, deren
Außendurchmesser mit dem der massiven Rolle auf dem anderen Bolzenabschnitt übereinstimmt.
Durch den kleineren Innendurchmesser der Rollen der einen Gruppe läßt sich die elastische
Zwischenlage sehr gut in den Rollen unterbringen, ohne daß diese Rollen gegenüber
den massiven Rollen geschwächt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Rollen eines
der beiden Rollenkränze in einer Ebene zwischen den beiden Kurvenscheiben geteilt,
wobei die Rollen mindestens einer der beiden Rollengruppen eine elastische zylindrische
Zwischenlage aufweisen und die für den Innenrollenkranz vorgesehenen Bohrungen der
einen Kurvenscheibe bei sonst übereinstimmender Ausbildung beider Kurvenscheiben
gegenüber den Bohrungen der anderen Kurvenscheibe in Umfangsrichtung versetzt angeordnet
sind.
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Bei dieser Ausführung erübrigt sich die Ausbildung der Rollenbolzen
mit zwei in Umfangsrichtung zueinander exzentrischen Bolzenabschnitten, wobei dann
zweckmäßig die Rollen beider Rollengruppen elastische Zwischenlagen aufweisen.
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Vorteilhaft sind die Rollen des Innenrollenkranzes geteilt, was insbesondere
dann fertigungstechnisch einfacher als eine Teilung der Rollen des Außenrollenkranzes
ist, wenn die Rollenbolzen in Umfangsrichtung versetzte Abschnitauf-
weisen
sollen, da die Bolzen des Innenrollenkranzes aus der Mitnehmerscheibe auskragen,
während die Bolzen des Auaenrollenkranzes vielfadi an beiden Enden in gehäuseseitigen
Flanschen befestigt sind.
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Zweckmäßig besteht die elastische zylindrische Zwischenlage aus Gummi.
Es ist aber auch entsprechend elastischer Kunststoff verwendbar.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Getriebes, Fig. 2 einen Querschnitt des Getriebes gemäß
Fig. 1 entlang der Linie II-II, Fig. 3 einen Schnitt eines Mitnehmerbolzens mit
zwei in Umfangsrichtung zueinander exzentrischen Bolzenabschnitten für eine massive
Rolle und eine Rolle mit einer elastischen Zwischenlage in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 einen Ausschnitt . der Darstellung gemäß Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Mitnehmerbolzens mit zwei Mitnehmerrollen,
die jeweils eine elastische Zwischenlage aufweisen, in vergrößertem Maßstab und
Fig. 6 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.
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Auf einer Antriebswelle 1, die durch Kugellager2;8335 in einem zweiteiligen
Gehäuse 4,5 bzw. einer Abtriebswelle 6 zentral gelagert ist, ist ein Doppelexzenter
aus zwei Exzenterlaufbahnen 7 und 8 angeordnet, die jeweils eine gleich große Exzentrizität
e = OM bzw. e = OM' aufweisen und um 1800 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Über Wälzkörper 9 und 10 sind auf den Exzenterlaufbahnen 7 und 8 mit je einem geschlossenen
Zykloidenzug 11 und 12 versehene Kurvenscheiben 13 und 14 gelagert. Jede der beiden
Kurvenscheiben 13 und 14 greift mit ihrem geschlossenen Zykloidenzug 11 bzw. 12
wälzend in einen Kranz aus Außenrollen 15 ein, die auf Außenbolzen 16 drehbar gelagert
sind, die ihrerseits konzentrisch um die Zentralachse 0-0 des Gehäuses 4, 5 angeordnet
und im Gehäuse befestigt sind. In den Kurvenscheiben 13 und 14 sind konzentrisch
zur Drehachse M-M bzw. M'-M' Bohrungen 17 bzw.
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18 angeordnet. In diese Bohrungen greifen Mitnehmerrollen 20 ein,
die auf Mitnehmerbolzen 19 gelagert sind. Die Mitnehmerbolzen 19 sitzen in einem
Flansch 21 der Abtriebswelle 6 konzentrisch um deren Drehachse 0-0. Die Abtriebswelle
6 ist über Kugellager 22 und 23 in dem Gehäuseteil 5 gelagert. Das aus den Teilen
4 und 5 bestehende Gehäuse ist durch Deckel 24 und 25 abgeschlossen und durch Dichtungselemente
26 und 27 nach außen abgedichtet. Die Schrauben 28 können der Festlegung der beiden
Gehäuseteile 4 und 5 dienen. Die Bohrungen 29 können der Festlegung des Getriebes
dienen.
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Je nachdem, welcher Zweck mit dem Getriebe erreicht werden soll, kann
man eines oder zwei der Teile 1; 6; 4, 5 antreiben. Normalerweise wird das Gehäuse
4, 5 festgelegt, die Welle 1 angetrieben und die Welle 6 als Abtriebswelle verwendet.
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Der beschriebene Getriebeaufbau ist bekannt, so daß die Funktion des
Getriebes im einzelnen nicht erläutert werden muß. Beim bekannten Getriebeaufbau
sind die beiden Kurvenscheiben
13 und 14 identisch gestaltet und
um 1800 zueinander verdreht montiert. Im Unterschied hierzu sind beim erfindungsgemäßen
Getriebeaufbau die beiden Kurvenscheiben 13 und 14 in Umfangsrichtung verspannt,
wobei diese Verspannung über jeweils mindestens ein elastisches Glied erfolgt.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 und 4 gezeigt
und in Fig. 1 bereits angedeutet ist, sind die Mitnehmerrollen 20 geteilt ausgebildet
und bestehen somit aus einer Gruppe von Rollen 201 und einer Gruppe von Rollen 202.
Wie Fig. 3 zeigt, ist der aus dem Mitnehmerflansch 21 herausragende Teil jedes Mitnehmerbolzens
19 in zwei Abschnitte 191 und 192 unterteilt, wobei der Durchmesser des Abschnitts
191 mit dem Bolzendurchmesser innerhalb des Flanschs 21 übereinstimmt, während der
Abschnitt 192 verringerten Durchmesser aufweist und zum Abschnitt 191 exzentrisch
angeordnet ist. Und zwar hat die Exzentrizität den Wert x, wobei der Durchmesser
des Abschnitts 192 einen um 2x reduzierten Außendurchmesser besitzt. Wesentlich
ist ferner, daB die rjestrichelt dargestellten zentralen Achsen der beiden Bolzenabschnitte
191 und 192 bei der Rotation desSlitnehmerflanschs 21 auf demselben gedachten Zylinder
umlaufen, d.h. daß die Exzentrizität x in Umfangsrichtung besteht. Die Mitnehmerrollen
201 und 202 sind also zueinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, wobei die
Rolle 202 einen um 2 x geringeren Innendurchmesser als die Rolle 201 besitzt. Im
Gegensatz zur Rolle 201 die massiv ausgebildet ist, weist die Rolle 202 eine zylindrische
elastische Zwischenlage 30 auf, die beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff besteht.
Durch die gegenseitige Versetzung der Rollen 20 und 202 und die Elastizität der
Rollen 202 sind die beiden Kurvenscheiben 13 und 14 elastisch gegeneinander verspannt.
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Dies ist in Fig. 4 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die elastischen
Mitnehmerrollen 202 im Uhrzeigersinn vorversetzt sind, so daß die Kurvenscheibe
1-3
im Uhrzeigersinn gegenüber der Kurvenscheibe 14 elastisch vorgespannt
ist. Die dahei von den beiden Scheiben auf die Rollen 201 und 202 ausgeübten Kräfte
sind in Fig. 3 durch Pfeile dargestellt.
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Die beschriebene Teilung der Mitnehmerrollen 20 und deren in Umfangsrichtung
exzentrische Anordnung zum Verspannen der Kurvenscheibe 13 und 14 ist in gleicher
Weise an den Außenrollen 15 realisierbar.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem
die Mitnehmerroilen 20 ebenfalls geteilt sindDie dabei entstehenden Rollen 203 und
203 sind zentrisch auf dem zylindrischen Mitnehmerbolzen 19 angeordnet und beide
als elastische Rollen ausgebildet. Die elastische Verspannung der beiden Kurvenscheiben
13 und 14 ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch1 daß die Bohrungen
17 bzw. 18 der Kurvenscheibe 13 bzw. 14 gegenüber den Bohrungen 18 bzw. 17 der Kurvenscheibe
14 bzw. 13 in Umfangsrichtung geringfügig versetzt angeordnet sind, während die
Kurvenscheiben 13 und 14 im übrigen identisch ausgebildet sind. Figur 6 läßt deutlich
eine geringfügige Vorverdrehung im Uhrzeigersinn der Kurvelscheibe 13 gegenüber
der Kurvenscheibe 14 erkennen, d.h. die Kurvenscheiben sind nicht mehr exakt um
1800 versetzt angeordnet. Anstelle der geteilten Ausbildung der Mitnehmerrollen
20 können auch bei dieser Ausführungsform die Außenrollen 15 geteilt und elastisch
ausgebildet werden, ohne daß sich an dem durch die Versetzung der Bohrungen 17 bzw.
18 erzielten Effekt grundsätzlich etwas ändert.
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