DE4021923A1 - Wellgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe, das mit einem hohen Übersetzungsverhältnis Drehmoment und Drehzahl eines Antriebs­ motors wandelt und somit Drehbewegungen realisiert, wie sie die Bewegungsabläufe, die beispielsweise von in technologischen Prozessen eingesetzten Arbeitsmechanismen wie Industrieroboter u. ä. vorgegeben werden, erfordern.

Wellgetriebe bestehen aus einem starren Rad, einem elastischen Rad und einem Wellgenertor, wobei je nach Anwendungsfall eines der Räder als Antriebs- oder Abtriebselement und das andere als festgehaltener Teil angeordnet ist. Die Kraftübertragung für die Rotationsbewegung erfolgt durch eine vom Wellgenerator hervorgerufene umlaufende Verformung des elastischen Rades. Bei bekannten Ausführungen von Wellgetrieben besitzen elasti­ sches und starres Rad entweder eine Verzahnung mit geringem Zähnezahlunterschied oder bei Wellgetrieben auf Reibradbasis einen geringfügig unterschiedlichen Umfang. Durch die vom Wellgenerator erzeugte Verformung des elastischen Rades gelangt dieses mit dem starren Rad in ein oder mehreren Zonen in Ein­ griff. Auf Grund des Teilkreis- bzw. Reibkreisunterschiedes be­ wegen sich bei rotierendem Wellgenerator elastisches und starres Rad relativ zueinander. Die Relativbewegung von Punkten des elastischen Rades zum starren Rad erfolgt auf hypozykloiden­ ähnlichen Bahnkurven, die durch die Überlagerung von Dreh- und Verformungsbewegung entstehen.

Im praktischen Einsatz der beiden o. g. konstruktiven Ausfüh­ rungen hat sich gezeigt, daß bereits geringe Maß-, Form- und Lageabweichungen der Getriebeelemente Störungen bei der Über­ tragung des Drehmomentes bzw. der Drehzahl hervorrufen können. Bei verzahntem elastischen bzw. starren Rad verursachen bereits geringe Fertigungsungenauigkeiten Zahneingriffsstörungen, die über einen erhöhten Zahnverschleiß bis zu Torsionsschwingungen am Antriebselement führen können. Um solche Störungen zu ver­ meiden, wird zur Einhaltung der erforderlichen engen Toleran­ zen ein extrem hoher Fertigungsaufwand betrieben. Dadurch sind Wellgetriebe mit verzahnten Getriebeteilen sehr teuer und werden demzufolge nur in eingeschränktem Maße angewendet.

Deutlich weniger fertigungsaufwendig und damit billiger sind Wellgetriebe, die auf kraftschlüssiger Übertragung basieren. Hier haben sich allerdings einige funktionstechnisch bedingte Nachteile gezeigt. Zunächst ist ein ständiges Nachstellen der Reibkraft erforderlich, um den Schlupf zwischen elastischem und starrem Rad so gering wie möglich zu halten.

Nachstelleinrichtungen sind beispielsweise aus der SU-PS 3 12 094 bekannt. Trotz der Nachstellung der Normalkraft zur Gewährleistung der Umfangskräfte ändern sich auf Grund der Laufwärme die Reibwerte und damit das Übersetzungsverhältnis, so daß Schlupf nicht vollständig vermieden werden kann. Das Abtriebsmoment ist demzufolge eine Funktion der Temperatur und muß stets im Vergleich zur Motordrehzahl gemessen und erfor­ derlichenfalls über die Nachstelleinrichtung oder die Änderung der Motordrehzahl korrigiert werden. Das wiederum erfordert ein aufwendiges Steuerungssystem.

Ziel der Erfindung ist ein Wellgetriebe, dessen Herstellungs­ aufwand den der auf Kraftschluß basierenden Wellgetriebe nicht wesentlich übersteigt und dabei annähernd die gleiche Funktions­ tüchtigkeit erreicht wie auf Formschluß basierende Wellgetriebe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe zu entwickeln, dessen sich relativ zueinander bewegenden Räder zur torsionsschwingungsfreien Übertragung von Drehzahl und Drehmoment keine engen Toleranzen erfordern. Ferner sollen Leistungsverluste ohne Nachstelleinrichtung und zusätzliche Steuersysteme vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lauf­ fläche eines der beiden sich relativ zueinander bewegenden Räder profiliert ist und auf die andere, nichtprofilierte, mit dem profilierten Rad in Wirkverbindung gelangende Lauf­ fläche eine Schicht aus einem elastischen Werkstoff fest aufgebracht ist.

Wegen der günstigeren Herstellbarkeit wird das elastische Rad an seinem Außenmantel mit der Profilierung versehen werden und das starre Rad an seinem Innenmantel die elastische Schicht tragen.

Der Wellgenerator erzeugt in bekannter Weise Eingriffszonen zwischen dem elastischen und dem starren Rad. Die radiale Deformation des elastischen Rades durch den Wellgenerator wird so dimensioniert, daß in der elastischen Schicht auf Grund der Bahnkurven von Punkten des Profiles des jeweils profilierten Rades ein reversibles Gegenprofil als Hüllkurve entsteht. Im Gegensatz zu bisher üblichen Zahnpaarungen wird damit in der Kontaktzone der Räder ein dem Bewegungsablauf optimal angepaßtes, ständig neu entstehendes Profilpaar erzeugt. Durch die Ausbildung des reversiblen Gegenprofils als Hüll­ kurve erfolgt die Relativbewegung beider Räder ohne Inter­ ferenzgefahr bei einem maximalen Flankenkontakt über der ge­ samten nutzbaren Profilhöhe innerhalb der Eingriffszone. Infolge des reversiblen, umlaufenden Formschlusses, durch den Schlupf weitestgehend vermieden wird, steigt das übertragbare Drehmoment gegenüber vergleichbaren Reibradwellgetrieben wesentlich an. Nachstelleinrichtungen entfallen, das Masse- Leistungsverhältnis verbessert sich.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung der elastischen Schicht besteht darin, daß Form-, Maß- und Lageabweichungen der Teile sich in der Hüllkurve automatisch abbilden, so daß die be­ kannten Schwingungserscheinungen auf Grund von Eingriffsstörungen abgebaut werden. Das bedeutet, daß bei der Herstellung der Pro­ filierung kein besonderer technologischer Aufwand erforderlich ist. Geeignet sind alle bekannten zahnähnlichen Profilierungen, wie Rändelungen, Kordelungen und dergleichen.

Das neue Wellgetriebe erfordert somit keinen wesentlich höheren Herstellungsaufwand als Wellgetriebe auf der Basis einer kraft­ schlüssigen Übertragung und gewährleistet ähnlich gute Lauf­ eigenschaften, wie Wellgetriebe mit verzahnten Getriebeteilen.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Wellgetriebeeinbausatz als Prinzipskizze und

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch das Wellgetriebe.

Wie aus den Fig. 1 und 2 erkennbar, besteht im vorliegen­ den Beispiel der Wellgetriebebausatz aus einem hohlen starren Rad 1, das ein elastisches Rad 2 umfaßt. An der offe­ nen Seite des starren Rades 1 ist an seinem Innenmantel eine kreisringförmige Schicht 3 aus einem Polymerwerkstoff ange­ bracht. Das elastische Rad 2 ist topfförmig ausgebildet und besitzt an seiner offenen Seite auf seinem Außenmantel eine zahnartige Profilierung 4. Ein Wellgenerator 5, der das elastische Rad 2 ellipsenförmig verformt, erzeugt so zwei Eingriffszonen 6, wobei innerhalb dieser Eingriffszonen 6 die zahnartige Profilierung 4 des elastischen Rades 2 in die elastische kreisringförmige Schicht 3 des starren Rades 1 eingedrückt ist. Der Wellgenerator 5 ist über eine Nabe 7 antreibbar. Das übertragene Drehmoment ist am Flansch 8 des elastischen Rades 2 abnehmbar.

Claims (2)

1. Wellgetriebe, bestehend aus einem elastischen und einem starren Rad, wobei das elastische Rad durch einen rotie­ renden Wellgenerator mit seiner Lauffläche zonenweise mit der Lauffläche des starren Rades in Wirkverbindung gebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Lauffläche des elastischen Rades (2) oder des starren Rades (1) eine zahnähnliche Profilierung (4) be­ sitzt und auf die jeweils nicht profilierte Lauffläche eine Schicht (3) aus einem elastischen Werkstoff fest auf­ gebracht ist.

2. Wellgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zahnähnliche Profilierung (4) eine Rändelung oder Kordelung ist.