DE3725872A1 - Getriebe fuer ein gesteuertes geraet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsvor­ richtung bzw. ein Getriebe, welches in gesteuerten Geräten verwendet wird, wie z.B. Industrierobotern, welche während des Betriebes die Drehrichtung umkehren können.

Bei dem gesteuerten Gerät, wie z.B. Industrierobotern, ist die Triebwelle nicht nur in einer Richtung angetrieben, sondern ihre Drehrichtung wird während des Betriebes umge­ kehrt. Die Zahnräder in der Übertragungsvorrichtung, die in einem solchen gesteuerten Gerät eingebaut sind, haben immer Spiel, und das Vorhandensein des Spiels verzögert das Umkehren der Abtriebswelle in dem Maß entsprechend dem Spiel, mit der Folge, daß die Kraftübertragung ungenau wird. Dieses Problem wurde in der Industrie schon lange dargelegt.

Um eine solche Ungenauigkeit bei der Energieübertragung infolge Spiel auszuschalten, ist vorgeschlagen worden, daß zwei Zahnräder zusammengebracht werden, wobei ihre Phasen um einen solchen Betrag verschoben sind, welcher dem Spiel entspricht, um diese zwei Zahnräder mit einem in Eingriff stehenden Rad ohne Spiel in Eingriff zu bringen. Das Spiel wird jedoch teilweise durch einen un­ vermeidbaren Maschinenbearbeitungsfehler erzeugt, und bei Betrachtung der Grenze beim Verbessern der Maschinenbear­ beitungsgenauigkeit ist es außerordentlich schwierig, die Phasen der zwei Zahnräder exakt entsprechend einem solchen sehr kleinen Spiel zu verschieben und sie auf der Welle zu befestigen. Ferner konnte man bei dem obigen Doppelzahnrad­ mechanismus nicht einen Keileffekt vermeiden, der mit ei­ nem Aufbau mit den zwei Zahnrädern im Eingriff zusammen­ hängt, so daß ein gleichmäßiger Betrieb des Getriebes schwierig ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Getriebes für ein gesteuertes Gerät, welches die Drehrichtung einer Kraftübertragungswelle unter Verwendung von Getriebezügen umkehren kann.

Gegenstand dieser Erfindung ist auch die Schaffung eines Getriebes für gesteuerte Gerätschaften, welches die Kraft genau und gleichmäßig mit praktisch keinem Spiel übertra­ gen kann. Um die Aufgabe zu lösen, werden erfindungsgemäß Getriebezüge verwendet, die aus einem Paar von Zwischen­ zahnrädern im Eingriff mit einem Antriebszahnrad, einem anderen Paar von Zwischenzahnrädern in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad und einem Paar von Zwischenwellen besteht, deren jede eines der Zwischenzahnräder in Eingriff mit dem Antriebszahnrad und eines der Zwischenzahnräder in Eingriff mit dem Abtriebszahnrad verbindet. In den Getriebezügen ist eines der Zwischenzahnräder lose auf der Zwischenwelle so angebracht, daß es über einen beliebigen Winkel gedreht werden kann. Das lose angebrachte Zwischenzahnrad ist an der Zwischenwelle durch eine Befestigungseinrichtung in einem gewünschten Winkel befestigbar gemacht. Die Zwischen­ welle und das Zwischenzahnrad im lose angebrachten Zustand werden etwas in entgegengesetzte Richtungen derart ge­ dreht, daß das Antriebszahnrad kein Spiel hat, und zwar in Kraftübertragungsrichtungen, mit dem Getriebezug, der aus dem Antriebszahnrad, den Zwischenzahnrädern auf einer Seite und dem Abtriebszahnrad gebildet ist; und auch dem anderen Getriebezug, der aus dem Antriebszahnrad, den Zwischenzahn­ rädern auf der anderen Seite und dem Abtriebszahnrad ge­ bildet ist, wobei die Kraftübertragungseinrichtungen für die zwei Getriebezüge entgegengesetzt sind. Bei diesem Ein­ griffszustand ohne Spiel ist das lose angebrachte Zwischen­ zahnrad fest durch die Befestigungseinrichtungen an der Zwischenwelle angebracht.

Dieser Aufbau ermöglicht ein schnelles Umkehren der Dreh­ richtung der Kraftausgangswelle ohne Erzeugung einer zeit­ lichen Nacheilung bzw. Verzögerung infolge des Spiels, wenn die Antriebswelle ihre Drehrichtung verändert, und macht während des Betriebes auch die Getriebedrehung gleichmäßig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes für gesteuerte Gerätschaften ist es bevorzugt, daß das Abtriebs­ zahnrad und ein Paar von Zwischenzahnrädern im Eingriff mit dem Abtriebszahnrad innerhalb des Gehäuses angeordnet werden und das Antriebszahnrad und ein Paar von Zwischen­ zahnrädern in Eingriff mit dem Antriebszahnrad außerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Durch die Anbringung des Antriebszahnrades und des Paares von Zwischenzahnrädern im Eingriff mit dem Antriebszahnrad außerhalb des Gehäuses ist es möglich, das Ende der Zwischenwelle nach außerhalb des Gehäuses so herausragen zu lassen, daß das Zwischen­ wellenende von Hand gedreht werden kann. Dies ermöglicht den Einstellbetrieb, um die zwei Getriebezüge derart ein­ zustellen, daß das Antriebszahnrad in den Energieübertra­ gungsrichtungen, welche für die zwei Getriebezüge entgegen­ gesetzt sind, kein Spiel mit den zwei Getriebezügen hat.

Es ist auch bevorzugt, daß das Antriebszahnrad und seine Zwischenräder, die außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, durch eine Abdeckung eingeschlossen sind, die mittels ei­ nes vom Gehäuse nach außen herausragenden Brückenteils befestigt ist, und daß die Abdeckung mit einem Einstell­ loch versehen ist, welches dem Ende der Zwischenwelle zugewandt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbin­ dung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Getriebe nach der be­ vorzugten Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, wie in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 3 ein vereinfachtes, schematisches Diagramm unter Darstellung des Energieübertragungssystems dieser Erfindung,

Fig. 4 ein Prinzipdiagramm für den Betrieb unter Darstel­ lung der Lage zwischen den Zahnrädern des Getrie­ bes in Kämmeingriff und

Fig. 5 einen Teilquerschnitt des Getriebes unter Darstel­ lung eines Beispieles der Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Zwischenzahnrades an der Zwi­ schenwelle unter Anbringung zwischen einem Zwi­ schenzahnrad und einer Zwischenwelle.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das Getriebe für gesteuerte Ge­ rätschaften als eine Ausführungsform dieser Erfindung. Mit 1 ist eine Antriebswelle bezeichnet, die mit hohen Ge­ schwindigkeiten rotiert, und 2 ist eine Abtriebswelle, welche Kraft aus der Antriebswelle mit reduzierter Dreh­ zahl abzweigt oder ableitet. Die Antriebswelle 1 ist an einem Antriebszahnrad 3 befestigt und die Abtriebswelle 2 mit einem Abtriebszahnrad 4 . Ein Gehäuse 5 weist ein of­ fenes Ende und ein Stützteil 8 auf, welches durch Schrauben 22 am offenen Ende angebracht ist. Innerhalb des Gehäuses 5 sind die Abtriebswelle 2 und das Abtriebszahnrad 4 ange­ bracht, welche durch Lager 9, 9 abgestützt sind. Die An­ triebswelle 1 und das Antriebszahnrad 3 sind bezüglich des Stützteils 8 außerhalb des Gehäuses 5 angebracht, um das Einstellen zum Entfernen eines Spiels zu erleichtern, was nachfolgend beschrieben wird.

Das Gehäuse 5 hat eine von außen angebrachte Abdeckung 13, welche die Antriebswelle 1 und das Antriebszahnrad 2 ein­ schließt. Die Abdeckung 13 ist vom Gehäuse 5 mittels Schrauben 23 abnehmbar, welche in Brückenteile 8 a einge­ schraubt sind, die aus dem Stützteil 8 nach außen heraus­ ragen. Die Antriebswelle 1 ist am Zwischenteil durch ein Lager 7 auf der Abdeckung 13 abgestützt und ist am Vorder­ ende durch ein Lager 6 auf dem Stützteil 8 gehaltert. Die Abdeckung 13 weist ein Einstelloch 24 auf, durch welches ein Werkzeug für die Spieleinstellung eingeführt wird. Das Einstelloch 24 ist mit einer entfernbaren Blindabdeckung 21 versehen.

Das außerhalb des Gehäuses 5 eingebaute Antriebszahnrad 3 befindet sich in Kämmeingriff mit einem Paar von Zwischen­ zahnrädern 10, 10′. Das innerhalb des Gehäuses 5 eingebaute Abtriebszahnrad 4 kämmt mit einem anderen Paar von Zwischen­ zahnrädern 11, 11′. Die gegenüberliegenden Zwischenzahnräder 10 und 11 sind durch eine Zwischenwelle 12 miteinander ver­ bunden, und ein anderer Satz gegenüberliegender Zwischen­ zahnräder 10′ und 11′ ist durch eine Zwischenwelle 12′ miteinander verbunden. Von diesen sind die Zwischenzahn­ räder 11, 10′ und 11′ fest auf den Zwischenwellen 12, 12′ durch Schrumpfpassung angebracht, während nur das verblei­ bende Zwischenzahnrad 10 lose und drehbar auf der Zwischen­ welle 12 angeordnet und durch Schrauben 15 an einer Scheibe 14 befestigt ist, die durch Schrumpfpassung starr an der Zwischenwelle 12 angebracht ist.

Die Schrauben 15 gehen durch durchgehende Löcher 16 hin­ durch, die im Zwischenzahnrad 10 gebildet sind, und schrau­ ben sich in die Scheibe 14. Das durchgehende Loch 16 hat die Gestalt eines Bogenschlitzes, der sich in Umfangsrich­ tung erstreckt. Dieser Bogenschlitz erlaubt die relative Drehung des Zwischenzahnrades 10 und der Zwischenwelle 12, wenn die Schrauben 15 gelöst sind. Das durchgehende Loch 16 braucht nicht notwendigerweise ein Schlitz zu sein und kann auch ein großes Kreisloch sein, welches einen etwas größeren Durchmesser hat als die Schraube 15, um die Rela­ tivdrehung zwischen dem Zwischenzahnrad 10 und der Zwischen­ welle 12 zu erlauben.

Die Einrichtung zum Zusammenkoppeln des lose angebrachten Zwischenzahnrades 10 und der Zwischenwelle 12 ist nicht auf den obigen Mechanismus beschränkt, welcher aus der Scheibe und den Schrauben besteht, sondern kann auch ein Spannring 50 sein, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Spann­ ring 50 besteht aus einem Paar von abgeschrägten Ringen 51 a, 51 b, einem Paar von inneren 52 a und äußeren Bahn­ teilen 52 b, zwischen welchen die kegelich abgeschrägten Ringe angeordnet sind, sowie Schrauben 53, welche durch einen abgeschrägten Ring 51 a hindurchgehen und sich in den anderen abgeschrägten Ring 51 b schrauben.

Der Spannring 50 ist in einem mit einer Ausnehmung versehe­ nen Teil 54 angeordnet, welches im axialen Teil des Zwi­ schenzahnrades 10 gebildet ist. Wenn die Schrauben 53 ge­ löst werden, kann sich das Zwischenzahnrad 10 auf der Zwi­ schenwelle 12 frei drehen. Wenn aber die Schrauben 53 fest­ gezogen werden, bewegt sich das Paar von abgeschrägten Rin­ gen 51 a, 51 b aufeinander zu und drückt über die abgeschrägte Oberfläche des inneren Bahnteils 52 a gegen die Zwischenwel­ le 12 und das äußere Bahnteil 52 b gegen die innere Umfangs­ oberfläche des mit Ausnehmungen versehenen Teils 54 des Zwischenzahnrades 10, wodurch das Zwischenzahnrad 10 und die Zwischenwelle 12 in sicheren Eingriff miteinander gebracht werden.

Wenn das vorstehend beschriebene Getriebe in das Kraftüber­ tragungssystem eines gesteuerten Gerätes eingebaut ist, wie z.B. eines Industrieroboters, dann wird das Zahnrad­ spiel gemäß Fig. 4 entfernt, bevor das Getriebe in Betrieb gebracht wird.

Das obige Getriebe, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, besteht aus einem Getriebezug T, welcher Kraft aus der Antriebswel­ le 1 zum Antriebszahnrad 3, Zwischenzahnrad 10, Zwischen­ welle 12, Zwischenzahnrad 11 und zum Abtriebszahnrad 4 überträgt, und einem anderen Getriebezug T′, der Kraft aus der Antriebswelle 1 zum Antriebszahnrad 3, Zwischen­ zahnrad 10′, Zwischenwelle 12′, Zwischenzahnrad 11′ und zum Abtriebszahnrad 4 überträgt.

In einer solchen Vorrichtung mit diesen Getriebezügen wird die Blindabdeckung 21 von der Abdeckung 13 entfernt, um ein Werkzeug durch das Einstelloch 24 einzuführen und die Schrauben 15 zu lösen (im Falle der Fig. 1 und 2) oder die Schrauben 53 (im Falle der Fig. 5). Dann wird die Zwischen­ welle 12 in Richtung des Pfeiles a der Fig. 4 unter Ver­ wendung eines Eingriffsschlitzes 20 am Wellenende gedreht. Die Drehung der Zwischenwelle 12 wird zum Zwischenzahnrad 11, Abtriebszahnrad 4, Zwischenzahnrad 11′, Zwischenzahn­ rad 10′ und zum Antriebszahnrad 3 in dieser Reihenfolge geführt bzw. befördert, so daß der Berührungszustand der Zähne der miteinander in Eingriff befindlichen Zahnräder der in Fig. 4 gezeigte ist.

Als nächstes wird die Antriebswelle 1 verriegelt oder blockiert, und das Zwischenzahnrad 10 wird etwas in Rich­ tung des Pfeiles b entgegen dem Pfeil a gedreht, bis das Zahnrad 10 anhält, wobei der in Fig. 4 gezeigte Berührungs­ zustand der Zahnradzähne eingestellt wird. Dann werden die Schrauben 15 (im Fall der Fig. 1 und 2) oder die Schrauben 53 (im Falle der Fig. 5) befestigt bzw. festgezogen, um das Zwischenzahnrad 10 und die Zwischenwelle 12 fest mit­ einander zu verbinden.

Wenn die Getriebezüge in der vorstehend beschriebenen Wei­ se eingestellt sind, hat ein Getriebezug T eine Kämmein­ griffslage der Zahnräder derart, daß die Kraft übertragen wird, wenn die Antriebswelle 1-1 in Richtung A (bezüglich der Kraftübertragungsrichtung im Uhrzeigersinn) gedreht wird, während der andere Getriebezug T′ eine Kämmeingriffs­ lage hat, bei welcher Kraft übertragen wird, wenn die An­ triebswelle 1 in der Richtung B gedreht wird (bezüglich der Kraftübertragungsrichtung im Gegenuhrzeigersinn). Wenn also die Antriebswelle 1 in Richtung A gedreht wird, wird die Kraft durch den Getriebezug T zur Abtriebswelle 2 übertragen, nicht aber durch den anderen Getriebezug T′. Mit anderen Worten ist der Zähneeingriff zwischen dem Zwischenzahnrad 10′ und dem Antriebszahnrad 3 im Zug T′ derart, daß es dort eine Lücke c′ zwischen den Zähnen be­ züglich der Kraftübertragungsrichtung so gibt, daß die Kraft nicht übertragen wird und das Zwischenzahnrad 10′ einfach dreht und dem Antriebszahnrad 3 folgt, wobei seine Zähneoberflächen entgegen der Kraftübertragungsrichtung in Berührung sind.

Wenn auf der anderen Seite die Eingangs- bzw. Antriebswel­ le 1 in Richtung B gedreht wird, wird die Kraft über den Getriebezug T′ zur Abtriebswelle 2 übertragen, nicht aber über den Getriebezug T. Das heißt, die Eingriffslage der Zahnradzähne zwischen dem Zwischenzahnrad 10 und dem An­ triebszahnrad 3 ist derart, daß es dort einen Spalt oder eine Lücke c zwischen den Zähnen bezüglich der Kraftüber­ tragungsrichtung so gibt, daß die Kraft nicht übertragen wird und das Zwischenzahnrad 10 einfach dreht und dem An­ triebszahnrad 3 folgt, wobei seine Zähneoberflächen ent­ gegen der Kraftübertragung in Berührung stehen.

Da der Getriebezug, welcher die Kraft nicht trägt, unter Nachfolgen des Antriebszahnrades dreht, wenn sich seine Radzähne mit denen des Antriebszahnrades in Berührung be­ finden, beginnt dann, wenn die Antriebswellenrotation aus der Richtung A in die Richtung B oder umgekehrt umkehrt, der Getriebezug, welcher leer mitlief, unmittelbar mit der Übertragung der Kraft und kehrt die Drehrichtung der Abtriebswelle praktisch ohne Spiel bzw. Totgang um. Dies bedeutet, es gibt in der Richtungsumkehr keine Verzögerung, die sonst infolge des Spiels auftreten kann, und es wird eine genaue Kraftübertragung sichergestellt.

Bei dem herkömmlichen Aufbau mit Doppelradzähneeingriff oder Doppelzahnradaufbau kann der geometrische Fehler, wie z.B. Fehler in der Zahngestalt und Steigungsfehler, nicht absorbiert werden, und es ergibt sich ein Keileffekt bzw. Festklemmen, wodurch eine gleichmäßige Kraftübertragung unmöglich wird. Mit der Übertragung nach der vorliegenden Erfindung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau jedoch hat der kraftübertragende Getriebezug einen Spalt bzw. ei­ ne Lücke (oder Spiel) zwischen den Zahnoberflächen auf der der Kraftübertragungsrichtung entgegengesetzten Seite des Zwischenzahnrades und Antriebsrades, und die Neigung der Radzähne des krafttragenden Zuges wird, sobald er vom Antriebszahnrad angetrieben wird, zum anderen leerlaufen­ den Getriebezug übertragen, um einen gleichmäßigen bzw. weichen Zähnekontakt zwischen dem leerlaufenden Zahnrad und dem Antriebszahnrad zu ermöglichen. Hierdurch wird der geometrische Fehler der Zahnräder absorbiert, wobei ein sehr gleichmäßiger bzw. weicher Übertragungsbetrieb realisiert wird.

Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform von dem Drehzahlverringerer oder einer Reduktionsgetriebevor­ richtung handelte, ist es auch möglich, die Erfindung auf eine Schnellganggetriebevorrichtung oder ein Schongangge­ triebe anzuwenden, wobei die Antriebswelle als Abtriebs­ welle und die Abtriebswelle als Antriebswelle verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, kann die Übertragung nach die­ ser Erfindung die Drehrichtung ohne eine Verzögerung um­ kehren, die sonst infolge Spiel auftreten könnte, wodurch eine gleichmäßige Kraftübertragung ermöglicht ist.

Claims (4)

1. Getriebe für ein gesteuertes Gerät, gekennzeichnet durch ein Paar von Zwischenzahnrädern im Eingriff mit einem Antriebs­ zahnrad; ein anderes Paar von Zwischenzahnrädern in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad; und ein Paar von Zwischenwellen, deren jede eines der Zwischenzahnräder, welches mit dem An­ triebszahnrad in Eingriff steht, und eines der Zwischenzahn­ räder, welches mit dem Abtriebszahnrad in Eingriff steht, verbindet, wodurch ein Paar von Getriebezügen gebildet wird; wodurch eines der Zwischenzahnräder lose auf ei­ ner der Zwischenwellen angebracht und auch durch eine Befestigungseinrichtung fest auf der Zwischenwelle an­ bringbar gemacht ist, die Zwischenwelle und das Zwi­ schenzahnrad in dem lose gekoppelten Zustand etwas in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, so daß der Getriebezug, der aus dem Antriebszahnrad, den Zwi­ schenzahnrädern auf einer Seite und dem Abtriebszahn­ rad gebildet wird, und der andere Getriebezug, der aus dem Antriebszahnrad, den Zwischenzahnrädern auf der anderen Seite und dem Abtriebszahnrad (4) gebildet wird, kein Spiel zwischen den Oberflächen der Radzähne des Antriebszahnrades und der Zwischenzahnräder bezüglich der Kraftantriebsrichtungen haben, welche für die zwei Getriebezüge entgegengesetzt sind, und wobei dann in jenem Getriebeeingriffszustand das lose auf der Zwischen­ welle angeordnete Zwischenzahnrad mittels Befestigungs­ einrichtungen fest an der Zwischenwelle angebracht wird.

2. Getriebe für ein gesteuertes Gerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus Schrauben besteht, welche durch durchgehende Löcher hindurchgehen, die in dem lose angeordneten Zwischen­ zahnrad gebildet sind mit einem Spalt zwischen den Schrauben und den durchgehenden Löchern in Richtung der Zahnraddrehung und einer Scheibe, die an der Zwi­ schenwelle befestigt ist, und daß das Zwischenzahnrad durch Einschrauben der Schrauben in die Scheibe an der Zwischenwelle fest angebracht ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus einem Spannring bzw. Abstandsring gebildet ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abtriebszahnrad und das Paar von Zwischenzahnrädern in Kämmeingriff mit dem Abtriebs­ zahnrad innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, das Antriebszahnrad und das Paar von Zwischenzahnrädern in Kämmeingriff mit dem Antriebszahnrad außerhalb des Ge­ häuses angeordnet sind, das Antriebszahnrad und seine in Kämmeingriff stehenden Zwischenzahnräder durch eine Abdeckung eingeschlossen sind, die über Brückenteile befestigt ist, welche aus dem Gehäuse nach außen ragen, und daß die Abdeckung durch ein Lager die Antriebswelle stützt, auf welcher das Antriebszahnrad angebracht ist, und auch ein Einstelloch hat, welches dem Ende der Zwischenwelle zugewandt ist, auf welchem das Zwischen­ zahnrad lose angebracht ist.