DE3444420C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwenkantrieb für die Arme von Industrierobotern oder dergleichen Handhabungsgeräten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Schwenkantrieb dieser Art ist bekannt durch die DE 33 03 555 A1, bei diesem ist beidseitig des Motors symmetrisch ein Planetengetriebe angeordnet. Der z. B. als Drehstromasynchronmotor ausgebildete Motor ist dabei innerhalb des einen Gelenkteiles enthalten, wo­ bei das Statorsystem des Motors fest mit diesem Gelenkteil ver­ bunden ist, während das Rotorsystem relativ dazu für den Antrieb der beidseitigen Planetengetriebe und damit für den Schwenkantrieb des anderen Gelenkteiles drehbar ist. Das Rotorsystem hat einen sich über die gesamte Länge des Stators durchgehend erstreckenden Rotor. Dadurch bedingt ist das Justieren der beidseitigen Planeten­ getriebe, unabhängig von deren Ausbildung, sehr schwierig. Beide Getriebe müssen außerordentlich genau zusammengebaut sein. Nach­ teilig ist ferner, daß sich hierbei eine ungleichmäßige Last­ verteilung ergibt. Denn das Lastmoment wirkt zunächst über ein Getriebe auf einer Seite auf beide Gelenkteile, und damit zunächst einseitig, bis auch das zweite Getriebe auf der anderen Achsseite unter Last steht. Dies führt zu Verspannungen der Gelenkteile und zu Torsionsbelastungen im Bereich des Motors und der Planetenge­ triebe. Mit Rücksicht darauf hat man daher die Räder der Planetengetriebe schrägverzahnt, was aufwendig und teuer ist. Außer der ungleichmäßigen Lastverteilung ist nach­ teilig, daß die Montage, Justierung, sowie sonstigen Paßarbeiten bei dieser bekannten Vorrichtung außerordent­ lich aufwendig und daher teuer sind.

Ein Motorabtrieb mit zwei koaxialen, axial nebeneinander angeordneten Abtriebsteilen ist für sich bekannt durch die DE 26 06 807 B2. Bei diesem handelt es sich aber um einen Fahrzeugantrieb, bei dem jeder der beiden Radsätze von je einem Antriebsteil angetrieben wird, und zwar mit unterschiedlicher Drehzahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwenkan­ trieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, der zu einem automatischen Spielausgleich und zu gleichmäßiger Lastverteilung führt, wobei Montage, Justierung und sonstige Paßarbeiten wesentlich einfacher und billiger als bei dem bekannten Schwenkantrieb sind.

Die Aufgabe ist bei einem Schwenkantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Dieser grundsätzliche Erfindungsgedanke besagt, daß der den jeweiligen Motorabtrieb und Antrieb des axial benachbarten Untersetzungsgetriebes bildende Teil des Motors - also entweder das Statorsystem bei demgegenüber feststehenden Rotorsystem oder das Rotorsystem bei demgegenüber fest­ stehenden Statorsystem - aus zwei koaxialen, axial neben­ einander angeordneten und voneinander unabhängigen Ab­ triebsteilen - also aus zwei axial benachbarten Statoren bzw. Rotoren - gebildet ist, die in ihrer Bemessung je­ weils gleich sind, so daß nach wie vor die Symmetrie ge­ wahrt ist. Mithin ist der Motorabtrieb - Stator oder Rotor - in zwei einzelne, gleich große und selbständige Hälften unterteilt. Dies führt automatisch zu einem Spielausgleich und zu gleichmäßiger Lastverteilung. Es liegt jeweils die antreibende Zahnflanke jedes beidseitigen Untersetzungs­ getriebes immer an der entsprechenden gegenüberliegenden Zahnflanke des Zahnrades an, mit dem der Zahneingriff be­ steht, so daß bereits im Augenblick des Starts von den beidseitigen Untersetzungsgetrieben jeweils exakt das gleiche Drehmoment übertragen werden kann, und nicht zu­ nächst das eine Untersetzungsgetriebe unter Last steht und sich damit eine einseitige Belastung mit auszugleichen­ dem Torsionsmoment ergibt, bis hiernach auch das andere Getriebe unter Last steht. Aus diesen Gründen ergibt sich eine gleichmäßige Kraftübertragung. Dadurch entfällt die Ge­ fahr etwaiger Verspannungen der Gelenkteile und etwaiger ungleicher Torsionsbelastungen. Getriebeseitig kann auf eine Schrägverzahnung verzichtet werden, wodurch jedes Untersetzungsgetriebe wesentlich einfacher und billiger wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2-11. Durch die Lagerung des Wellenab­ schnittes innerhalb der Hohlwelle ist eine axial kompakte Anordnung geschaffen, so daß sich die Axialabmessungen nicht ändern. Die Wellenlagerung innerhalb der Hohlwelle braucht allein etwaige Relativverdrehung beim Spielaus­ gleich zwischen den beiden Untersetzungsgetrieben aufzu­ nehmen. Die Druckausgleichsfeder bewirkt das beidseitige Anstellen der jeweiligen Rotorwellen im Gelenkteil, der auch den Motor enthält, lagernden Wellenlager. Zugleich ist über die Druckausgleichsfeder ein Ausgleich der beiden Wellenlager gegeben. Die Kugel vermeidet eine etwaige Reibung und damit Torsionsbeanspruchung sowie Verschleiß.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schwenkantriebes.

Der nur schematisch gezeigte Schwenkantrieb dient als Ge­ lenkantrieb zur Erzeugung von Schwenkbewegungen bei Armen von Industrierobotern oder dergleichen Hand­ habungsgeräten.

Der Schwenkantrieb weist zwei Gelenkteile 10 und 50 auf, die um eine gemeinsame Schwenkachse 11 schwenkbeweglich mit­ einander verbunden sind. Zur Schwenklagerung beider Gelenk­ teile 10 und 50 aneinander dienen beidseitige Lager 12 und 13. Der jeweilige Außenring 14 bzw. 15 des Lagers 12 bzw. 13 sitzt fest in einem Stirndeckel 20, 21 des einen Ge­ lenkteiles 10, während der Innenring 16 bzw. 17 des je­ weiligen Lagers 12 bzw. 13 fest auf einer Scheibe 16 bzw. 19 sitzt, die fest mit dem anderen Gelenkteil 50 verbunden ist. Dieser Gelenkteil 50 ist etwa gabelförmig und nimmt zwischen seinen beidseitigen Wänden 51, 52 den anderen Gelenkteil 10 auf.

Dieser andere Gelenkteil 10 hat ein praktisch geschlossenes Gehäuse 22, das an beiden Stirnseiten mittels der Stirn­ deckel 20, 21 abgeschlossen ist und zwischen beiden Stirn­ deckeln 20, 21 verspannte, etwa achsparallele Wände 23 aufweist, die zusammen einen Innenraum 24 begrenzen.

In diesem Innenraum 24 des einen Gelenkteiles 10 ist ein Motor 25 enthalten, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Drehstromasynchronmotor gebildet ist. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Motor 25 dagegen z. B. aus einem pneumatischen oder hy­ draulischen Antriebsmotor, der ebenso wie der gezeigte Drehstromasynchronmotor ein äußeres Statorsystem 26 und ein inneres Rotorsystem 27 aufweist. Die Mittelachse des Motors 25 fällt mit der Schwenkachse 11 zusammen.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Statorsystem 26 fester Bestandteil des Gehäuses 22, relativ zu diesem also undrehbar. Dagegen ist das Rotorsystem 27 im Gehäuse 22 relativ zu diesem und zum Statorsystem 26 drehbar, wobei der Abtrieb des Motors 25 vom Rotorsystem 27 gebildet ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind dagegen die Verhältnisse vertauscht. Das Rotorsystem ist relativ zum Gehäuse 22 fest, während dessen Statorsystem relativ zum Gehäuse 22 und zum Rotorsystem umläuft. Auch bei einem hydraulischen oder pneumatischen Motor können die Verhältnisse so beschaffen sein.

Auf beiden Axialseiten des Motors 25 ist jeweils ein Untersetzungsgetriebe 28 bzw. 28′ angeordnet, das jeweils als Planetengetriebe ausgebildet ist, dessen Zentrum eben­ falls mit der Schwenkachse 11 zusammenfällt. Der Antrieb des jeweiligen Untersetzungsgetriebes 28, 28′ erfolgt vom Motorabtrieb, hier also vom Rotorsystem 27, während der Abtrieb jedes Untersetzungsgetriebes 28, 28′ auf den Ge­ lenkteil 50 erfolgt, mit dem der abtreibende Getriebeteil fest verbunden ist.

Der Motorabtrieb, der wie erläutert entweder vom Rotorsystem. 27 oder, in Umkehrung und nicht gezeigt, vom Statorsystem 26 erfolgen kann, ist aus zwei koaxialen, axial nebenein­ ander angeordneten und voneinander unabhängigen Abtriebs­ teilen 29 und 30 gebildet, von denen jeder Abtriebsteil 29 und 30 unabhängig vom anderen das zugeordnete, axial be­ nachbarte Untersetzungsgetriebe 28 bzw. 28′ antreibt.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem der Motorab­ trieb vom Rotorsystem 27 des Motors 25 gebildet ist, sind die beiden koaxialen Abtriebsteile 29 und 30 aus zwei axial nebeneinander angeordneten, voneinander unabhängigen Rotoren 27a und 27b gebildet.

Wie ersichtlich, ist diesen beiden axialen, voneinander un­ abhängigen Rotoren 27a und 27b ein beiden gemeinsamer Stator 26a zugeordnet, der sich axial über die Summe der Längen beider Rotoren 27a, 27b erstreckt.

Die mit dem Rotor 27a feste Rotorwelle 31 ist zumindest teilweise und auf einem Abschnitt, der dem anderen, axial benachbarten Rotor 27b zugewandt ist, als Hohlwelle 32 aus­ gebildet. Die am anderen Rotor 27b feste Rotorwelle 33 er­ streckt sich mit einem Wellenabschnitt 34 in die Hohlwelle 32 hinein, in der sie mittels zweier Lager 35, 36 gelagert ist.

Ferner ist im Inneren der Hohlwelle 32 eine axiale Druck­ ausgleichsfeder 37 aufgenommen, die sich mit einem Ende direkt an der Rotorwelle 31 abstützt und die mit ihrem anderen Ende über eine Kugel 38 am Stirnende der anderen Rotorwelle 33, und zwar des Wellenabschnittes 34 dieser, abgestützt ist. Die Lager 35, 36 dienen allein zur Lagerung für die Relativdrehung zwischen beiden Rotoren 27a und 27b, und zwar zum Spielausgleich. Die Druckausgleichsfeder 37 erzeugt eine in beide Richtungen der Schwenkachse 11 ge­ richtete Anstellkraft für beidseitige Lager 39 und 40, mit­ tels denen die Rotorwelle 31 bzw. 33 im jeweiligen Stirn­ deckel 20 bzw. 21 des Gelenkteiles 10 umlaufend gelagert ist.

Die beiden als Planetengetriebe ausgebildeten Untersetzungs­ getriebe 28, 28′ sind völlig gleichartig ausgebildet und spiegelbildlich, bezogen auf die Symmetrieachse 41, ange­ ordnet. Einzelheiten sind daher allein am Beispiel des in der Zeichnung linken Untersetzungsgetriebes 28 nachfolgend näher erläutert. Im Zentrum des Untersetzungsgetriebes 28 befindet sich ein zur Rotorwelle 31 koaxiales Sonnenrad 42, das fest mit der Rotorwelle 31 verbunden, beim gezeigten Ausführungsbeispiel direkt daran angearbeitet, ist. Das Sonnenrad 42 bildet den Antrieb des Untersetzungsgetriebes 28. Es kämmt mit z. B. mehreren Planetenrädern 43, 44, die in einem mit einer Innenverzahnung 45 versehenen Hohlrad 46 umlaufen. Beide sind gleich in den Stirndeckel 20 einge­ arbeitet. Die Planetenräder 43, 44 sind jeweils drehbar auf Bolzen 47, 48 gelagert, die fest an der Scheibe 18 ange­ ordnet sind. Die Scheibe 18 bildet den umlaufend angetrie­ benen Stegteil des Planetengetriebes, und dabei dessen Ab­ trieb.

Wird der Motor 25 erregt, so laufen die beiden Rotoren 27a und 27b in der einen oder anderen Richtung um, unter auto­ matischem Spielausgleich. Jeder Rotor 27a, 27b treibt dabei das axial benachbarte, zugeordnete Untersetzungsgetriebe 28 bzw. 28′ an. Durch den Antrieb des Sonnenrades 42 werden die Planetenräder 43, 44 angetrieben, die auf ihren Bolzen 47, 48 und innerhalb der Innenverzahnung 45 des festen Hohlrades 46 umlaufen. Dies hat eine Antriebsbewegung der den Planetensteg oder Planetenradträger bildenden Scheibe 18 zur Folge, und zwar mit deutlicher Untersetzung ins Langsame. Aufgrund dessen wird der Gelenkteil 50 relativ zum anderen Gelenkteil 10 geschwenkt.

Durch die Aufteilung des Rotorsystems 27 in zwei vonein­ ander unabhängige einzelne, axial benachbarte Rotoren 27a und 27b ergibt sich eine gleichmäßige Lastverteilung. Von weiterem Vorteil ist, daß die Montage, Justierung und die sonstigen Arbeiten bei dieser Vorrichtung auf diese Weise wesentlich einfacher und kostengünstiger sind. Ein besonderer Torsionsausgleich zwischen beiden Planetengetrieben entfällt, so daß diese wesentlich einfacher und billiger werden. Die Montage ist deswegen besonders einfach, weil bei der Vorrichtung automatisch ein Spielausgleich erfolgt. Außer­ dem ist gewährleistet, daß bei beiden Untersetzungsgetrie­ ben 28, 28′ jeweils die antreibende Getriebeflanke des Sonnenrades immer an entsprechender gegenüberliegender Zahnradflanke anliegt, so daß bei Start des Motors 25 von beiden Untersetzungsgetrieben 28 und 28′ dasselbe Drehmoment übertragen wird. Die Kraftübertragung erfolgt daher gleichmäßiger. Die beiden Lager 35, 36 sind als umlaufende Lager nicht belastet. Sie dienen vielmehr allein dazu, eine Relativdrehung beim Spielausgleich zwischen den beiden Untersetzungsgetrieben 28, 28′ vorzunehmen. Mittels der Druckausgleichsfeder 37 werden die beidseitigen Lager 39, 40 angestellt, wobei auch diesbezüglich ein Axialaus­ gleich erreicht ist. Im Falle eines Torsionsausgleiches muß zuerst von der angetriebenen Seite das Torsionsdreh­ moment überwunden werden, bis das andere Untersetzungsge­ triebe anliegt, was bei kurzer und schneller Rotationszeit zum Vorteil wird.

Claims (11)

1. Schwenkantrieb für die Arme von Industrierobotern oder dergleichen Handhabungsgeräten, mit zwei um eine gemeinsame Schwenkachse (11) schwenkbeweglich verbundenen Gelenkteilen (10, 50), von denen der eine (10) im Inneren (24) einen aus einem Statorsystem (26) und einem Rotorsystem (27) bestehenden Motor (25) enthält, dessen Mittelachse mit der Schwenkachse (11) zusammenfällt, und mit auf beiden Axialseiten des den Motorabtrieb bildenden Statorsystems (26) oder Rotor­ systems (27) angeordneten Untersetzungsgetrieben (28, 28′), deren Antrieb vom Motorabtrieb erfolgt und deren Abtrieb mit dem anderen Gelenkteil (50) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorabtrieb aus zwei koaxialen, axial nebeneinander angeordneten und voneinander unabhängigen Abtriebsteilen (29, 30) gebildet ist, von denen jeder Abtriebsteil (29, 30) unabhängig vom anderen das zuge­ ordnete, axial benachbarte Untersetzungsgetriebe (28, 28′) an­ treibt.

2. Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motorabtrieb vom Rotorsystem (27) des Motors (25) gebildet ist und daß die beiden koaxialen Abtriebsteile (29, 30) aus zwei axial neben­ einander angeordneten, voneinander unabhängigen Rotoren (27a, 27b) gebildet sind.

3. Schwenkantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den beiden axialen, voneinander unabhängigen Rotoren (27a, 27b) ein beiden gemeinsamer Stator (26a) zugeordnet ist.

4. Schwenkantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im axialen Zwischen­ raum zwischen beiden Rotoren (27a, 27b), insbesondere zwischen deren beiden Rotorwellen (31, 33), eine axiale Druckausgleichsfeder (37) angeordnet ist.

5. Schwenkantrieb nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckausgleichsfeder (37) mit einem Ende am einen Rotor (27a), insbesondere dessen Rotorwelle (31), und mit ihrem anderen Ende über eine Kugel (38) am anderen Rotor (27b), insbeson­ dere dessen Rotorwelle (37), abgestützt ist.

6. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 2-5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rotor­ welle (31) des einen Rotors (27a) zumindest teilweise und auf einem Abschnitt, der dem anderen axial benach­ barten Rotor (27b) zugewandt ist, als Hohlwelle (32) ausgebildet ist, in der ein Wellenabschnitt (34) der Rotorwelle (33) des anderen Rotors (27b) aufgenommen ist.

7. Schwenkantrieb nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wellenabschnitt (34) mittels mindestens einem Lager (35, 36) innerhalb der Hohlwelle (32) gelagert ist.

8. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 4-7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Druck­ ausgleichsfeder (37), ggf. auch deren Kugel (38), im Inneren der Hohlwelle (32) angeordnet ist.

9. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Motor (25) aus einem Drehstromasynchronmotor gebildet ist.

10. Schwenkantrieb nach einem der Ansprüche 1-9, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden, jeweils einem Abtriebsteil (29, 30), insbesondere einem Rotor (27a, 27b), zugeordneten Untersetzungsge­ triebe (28, 28′) jeweils als Planetengetriebe ausge­ bildet sind.

11. Schwenkantrieb nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Abtriebsteil (29, 30), insbesondere Rotor (27a, 27b), ein koaxiales Sonnenrad (42) antreibt, das mit mindestens einem Planetenrad (43, 44) kämmt, welches in einem fest mit dem den Motor (25) enthaltenden Gelenkteil (10) verbundenen Hohlrad (46) umläuft, wobei das mindestens eine Planetenrad (43, 44) an einem den Abtrieb bildenden Stegteil (18) drehbar gehalten ist, der fest mit dem anderen Gelenk­ teil (50) verbunden ist.