-
In der Folge werden ein Verbindungselement,
das im Wesentlichen einen Gewindespindelantrieb umfasst, sowie ein
Roboterarm beschrieben, der mit diesem Element ausgerüstet ist
(s. zum Beispiel
EP
0 654 325 A ).
-
Ein wesentlicher Vorteil der Gewindespindelantriebe
besteht darin, das sie genaue Bewegungen zwischen zwei Teilen, die
sie verbinden, ermöglichen und
dabei große
Kräfte
aushalten. Noch genauer ist eines der verbundenen Teile mit der
Gewindespindel verbunden, während
das andere dieser Teile mit einer die Gewindespindelmutter umhüllenden
Hülse verbunden
ist, in die diese Gewindespindelmutter mittels Lagern montiert ist,
die ihr ermöglichen,
sich zu drehen. Die Hülse
enthält
noch einen Motor, der auf externe Steuerungsbefehle reagiert, um
die Gewindespindelmutter in Drehung zu versetzen und derart eine
Translationsbewegung der Spindel zu bewirken, um den Abstand zwischen
den beiden Teile zu vergrößern oder
zu verkleinern.
-
Wenn dann die Relativdrehung der
Spindel und der Mutter um eine mit der Spindelachse zusammenfallende
Achse zu der erwünschten
Translationsbewegung führt,
muss auch noch sichergestellt werden, dass die Mutter keine Drehung
um die zu der Achse der Spindel senkrechte Achse ausführt, das heißt keine
Drehung um die Achse, die sich in der Symmetrieebene der Mutter
befindet. Wenn dieser Fall trotzdem eintritt, stützt sich die lange und schlanke
Spindel auf zwei diametral entgegengesetzten Punkten der Mutter
ab, die sich seitwärts
befinden, was in Anbetracht der Druckkraft, der die Mutter ausgesetzt
ist, ihre Durchbiegung und einen vorzeitigen, sehr großen Verschleiß an den
Berührungspunkten verursacht.
-
Ein Gewindespindelantrieb muss zwei
Funktionen erfüllen:
die Führung
von zwei mechanischen Teilen bei einer Translationsbewegung sowie
die Verkleinerung oder die Vergrößerung des
Abstands dieser beiden Teile. Ein Gewindespindel-Spindelmutter-System
erfüllt
leicht die zweite Funktion, verursacht aber Probleme bei der ersten.
Die Translationsführung
der Mutter in Bezug auf die Spindel läuft nämlich darauf hinaus, Drehungen
um die zu der Spindelachse rechtwinklige Achse auszuführen, was die
Vorrichtung sehr schnell verschlechtert. Eine einfache Lösung besteht
darin, weitere mechanische Elemente hinzuzufügen, welche die Translationsführungsfunktion
sicherstellen. Zum Beispiel eine an das Ende der Spindel montierte
Gleitschiene, die den Nachteil hat, deren Länge zu verdoppeln, oder eine gleitende
Schwenkverbindung, parallel zur Spindel montiert, oder allgemeiner
eine prismatische Verbindung, koaxial zu der Spindel realisiert,
wobei die Mutter dann die Form eines Kugelschuhs (patin à bille) annimmt,
was jedoch zu einer beträchtlichen
Vergrößerung des
Durchmessers des Gewindespindelantriebs führt, der seine axiale Symmetrie
verliert. Alle diese Lösungen
führen
zu einer beträchtlichen
Vergrößerung der
Abmessungen und des Gewichts, setzen aber voraus, das die der Spindel
hinzugefügten Führungselemente
perfekt mit dieser ausgerichtet sind, längs des Translationswegs, was
physisch unmöglich
in exakter Weise zu realisieren ist. Die versuchsweise unternommenen
Bearbeitungen werden immer teurer und die Teile immer massiver.
-
Die ideale Lösung ist daher eine Montage, die
nur axiale Transmissionskräfte
zwischen Gewindespindel und der Gewindespindelmutter zulässt. Diese
Montage muss eine Spindel-Mutter-Drehung um die Spindelachse ermöglichen
und jede Spindel-Mutter-Drehung um die zu der Spindelachse senkrechten
Achse ausschließen,
das heißt
um die Achse, die sich in der Symmetrieebene der Mutter befindet.
-
Anscheinend ist dieses doppelte Problem
bis heute nicht gelöst
und die Hersteller von Gewindespindelantrieben beschränken sich
darauf, zuzugeben, dass ihre Vorrichtungen keine großen transversalen
Kräfte
aushalten, was ihre Verwendbarkeit einschränkt oder dazu zwingt, entsprechend
dicke Gewindespindeln zu wählen,
um Durchbiegungen zu vermeiden, die eventuell durch die Biegemomente entstehen
könnten.
-
Das hier vorgeschlagene Verbindungselement
empfiehlt eine Lösung
dieses doppelten Problems und ermöglicht die Verwendung von Gewindespindelantrieben
unabhängig
von der Richtung der Kräfte,
die zwischen den Teilen wirksam sind, die sie verbinden, wobei sie
die Gewindespindel-Spindelmutter-Drehungen um die zu der Achse der
Spindel senkrechte Achse verhindern. Die Gewindespindelantriebe
können
also im Vergleich mit denen nach dem Stand der Technik aus zwei
Gründen
kleiner und leichter gebaut werden: es ist nicht mehr nötig, eine dicke
Spindel zu wählen,
um der Durchbiegung vorzubeugen, und die Linearführung zwischen der Spindel
und der Hülse
entfällt.
-
Das erfindungsgemäße Verbindungselement umfasst
die Charakteristika des Anspruchs 1. Als "Kardangelenke" definiert man die Doppelgelenk-Übertragungsvorrichtungen, deren
Gelenkachsen jeweils durch die Kardangelenke verbundenen Teile getragen
werden (eines der beiden vorhergehend erwähnten Teile, und die Spindel
oder die Mutter) und miteinander verbunden sind durch ein Zwischenteil,
das sie senkrecht hält.
Der technische Haupteffekt der Kardangelenke ist die Übertragung der
Drehungen zwischen den Teilen, die sie verbinden, wobei sie Änderungen
des Winkels zulassen, den diese Teile bilden.
-
Ein solches Verbindungselement kann
in einem Roboterarm verwendet werden und insbesondere in einer Verbindung
zwischen zwei aufeinanderfolgenden, gelenkig so miteinander verbundenen Teilstücken, dass
sie einen veränderlichen
Winkel bilden, wobei die Gelenkigkeitsachse senkrecht ist zu diesen
Teilstücken:
die Gewindespindel ist zwischen zwei Hebelarmen dieser Teilstücke angeordnet
und vergrößert oder
verkleinert ihren Abstand.
-
Das Verbindungselement ist besonders
nützlich
in den Armen kleiner Roboter, die enge Öffnungen durchqueren müssen, zum
Beispiel in Schutzeinschließungen.
Man weiß,
dass die Gelenkmechanismen zwischen Teilstücken bei Vorrichtungen nach dem
Stand der Technik meist Verdickungsstellen der Arme sind, was hier
weitestgehend vermieden wird, so das der Arm dünn bleibt.
-
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt
der Erfindung ist der sehr große
Gewichtsgewinn, der daraus resultiert und entscheidend ist, wenn
es darum geht, mehrere mit einem solchen Gelenk ausgestatteten Elemente
an ihren Enden zusammenzubauen. Wenn man die Anzahl der Elemente
erhöht,
werden die durch das vorausgehende Element aufzubringenden Kräfte sehr
schnell so groß,
dass man eine solche Struktur auf eine sehr kleine Anzahl von Segmenten beschränken muss.
-
Nun weiß der Fachmann, dass in der
Struktur eines Roboterarms, der schlank und beweglich sein soll,
eine große
Anzahl von Elementen gleichzeitig vorhanden sein und wenn möglich aufeinanderfolgen
müssen,
die kaskadenförmig
durch zwei Verbindungsarten miteinander verbunden sind: einerseits Drehungen
mit der Achse des vorausgehenden Elements als Drehachse (Rollachse)
und andererseits Drehungen um eine zu der Achse des vorangehenden
Elements senkrechte Achse (Nickachse), die leicht exzentrisch bzw.
verschoben ist in Bezug auf die Achse des vorangehenden Elements.
Nun hat die Realisierung dieser Nickachsendrehungen bisher eine
solche Struktur auf eine kleine Anzahl von Elementen beschränkt, nicht
nur wegen der oben erwähnten
exzessiven Verdickungen, sondern auch wegen der schnellen Zunahme
des Gewichts und folglich der in dem Maße aufzubringen Kräfte, wie
die Zahl der Elemente zunimmt.
-
Die Erfindung macht es also möglich, einen schlanken
und beweglichen Arm zu realisieren, der fähig ist, eine kreisrunde Öffnung von
kleinem Durchmesser zu durchqueren und der aus mehr als drei modularen
Elementen besteht, umfassend:
- – ein schlankes
hohles Teilstück,
vorteilhafterweise von zylindrischer oder prismatischer Form,
- – eine
mechanische Vorrichtung, vorteilhafterweise am fernen Ende dieses
Teilstücks
angeordnet, das eine Drehung um die Symmetrieachse des Teilstücks oder
eine Längsachse
gewährleistet,
- – eine
mechanische Vorrichtung, die eine Drehung um eine zu der vorhergehenden
senkrechte und vorteilhafterweise exzentrische Achse gewährleistet,
die den oben beschriebenen Gewindespindelantrieb benutzt und die
dieses modulare Element mit dem nachfolgenden verbindet.
-
Die Reihenfolge dieser Elemente kann
umgekehrt werden, ohne den Rahmen der Endung zu verlassen.
-
Wenn die Anzahl der an ihren Enden
zusammengebauten Module zunimmt, muss man die in dem Gewindespindelantrieb
entwickelte Leistung etwas erhöhen,
was die Modularität
etwas einschränkt; jedoch
ermöglichen
Leistungsveränderungen,
die nicht sehr groß sind,
einen Arm zu realisieren, der die drei oben definierten Elemente
umfasst, oder mehr.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist das Kräftemaß, besonders
wünschenswert
für einen
beweglichen Arm in feindlicher Umgebung, einerseits für eine genauen
Befehl zur Ausführung
der gewünschten
Aktion, und andererseits, weil man hinsichtlich der starken bzw.
schnellen Umsteuerbarkeit des Gewindespindelantriebs leicht eine
für die
Sicherheit sehr nützliche
Kollisionsdetektion erhält.
-
Der erfindungsgemäße Gewindespindelantrieb realisiert
eine Montage, die zwischen Gewindespindel und Gewindespindelmutter
nur axiale Translationskräfte
zulässt.
Nun hat dies noch einen sekundären
Vorteil: es ermöglicht,
auf sehr einfache Weise eine Messung der Zug- oder Druckkräfte zu realisieren,
die durch den Gewindespindelantrieb ausgeübt werden, ohne irgendeine
Störung
durch eine mechanische Störgröße. Es genügt, die
Zug- oder Druckkräfte
zu messen, die auf die Schraube selbst ausgeübt werden. Eine bevorzugte
Realisierung besteht darin, auf der Gewindespindel eine Abflachung
anzubringen, in der Nähe
ihres Verankerungspunkts, und auf diese Abflachung zwei oder vier
Dehnungsmessstreifen zu kleben. Die derart ausgeführte Messung liefert
Signale, die ganz besonders störungsfrei
sind.
-
Dieses selbe Prinzip, darin bestehend,
die zu messende mechanische Größe zu isolieren,
wurde auf die anderen Gelenke des Arms ausgedehnt: diejenigen, welche
eine Rollbewegung ermöglichen. Dazu
wurde eine zusätzliche
Vorrichtung benutzt, um das übertragene
Moment von jeder anderen mechanischen Größe zu trennen, um es störungsfrei
zu messen. Sie besteht aus einer Eingangsachse, verbunden mit einem
scheibenförmigen
Element. Die beiden Scheiben stehen sich gegenüber und jede von ihnen trägt mittels
eines Kugelgelenks ein Zwischenglied, in dem das übertragene
Moment reine Zug- oder Druckkräfte
erzeugt. Dazu befindet sich das Zwischenglied in einer zu derjenigen
Achse genau senkrechten Ebene, in der das Moment übertragen
wird, mit orthoradialer Richtung. Dies setzt voraus, dass die beiden
scheibenförmigen
Teile Vorsprünge
aufweisen, um jedes Ende des Zwischenglieds genau zu positionieren.
Das Zwischenglied kann dann mit irgendeiner Kraftmesseinrichtung
ausgestattet sein, wobei eine bevorzugte Lösung aus zwei oder vier auf
das Zwischenglied geklebte Dehnungsmessstreifen besteht.
-
Die Erfindung betrifft auch eine
modulare Roboterarmstruktur, gebildet durch wenigstens drei Elemente
von praktisch gleichem Durchmesser, wobei jedes der Elemente ein
Teilstück,
ein zu dem Teilstück
koaxiales Rollgelenk und ein Nickgelenk umfasst, dessen Drehachse
rechtwinklig ist zu der Achse des Teilstücks und das exzentrisch ist
bezüglich des
Teilstücks.
Das oben beschriebene Verbindungselement kann sich im Wesentlichen
in den Teilstücken
befinden und das Nickgelenk bilden.
-
Diese Gegenstände und Vorteile der Erfindung
werden besser verständlich
mit Bezug auf die folgenden Figuren:
-
die 1 ist
eine allgemeine Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungselements;
-
die 2 ist
eine allgemeine Ansicht eines Roboterarms;
-
die 3 zeigt
die Integration des Verbindungselements in ein Gelenk des Roboterarms;
-
die 4 und 5 zeigen eine Schwenkkraft-Messeinrichtung,
angeordnet an einem Gelenk des Roboterarms;
-
die 6 und 7 zeigen ein Gelenk des Roboterarms
mit vorzüglicher
Dichtheit;
-
und die 8 ist ein Schnitt des Verbindungselements,
senkrecht zu dem der 1.
-
In der Folge wird das Gewindespindel-Verbindungselement
mit Hilfe der 1 beschrieben.
-
Es ist zwischen zwei Teilen A und
B angebracht, deren Abstand man längs der Achse der Gewindespindel 1 einstellen
kann und die auf diese Kräfte
mit beliebigen Richtungen ausüben
können. Die
Gewindespindel 1 ist mit dem Teil A durch ein gewöhnliches
Kardangelenk 2 verbunden, das zwei zueinander senkrechte
Achsen 3 und 4, ein erstes Gabelgelenk 5,
befestigt an dem Teil A und angelenkt an der Achse 3, einen
für die
Achse 3 und die Achse 4 gemeinsamen Kreuzzapfen 6 und
ein zweites Gabelgelenk 7 umfasst, getragen von der Achse 4,
in dem das Ende der Gewindespindel 1 befestigt ist. Die
Gewindespindel 1 ist in die Gewindespindelmutter 9 geschraubt,
die in einer zylindrischen Hülse 10 sitzt
und dort durch einen Deckel 11 arretiert wird, der auf
dem Ende der Hülse 10 festgeschraubt
ist und eine Bohrung für
den Durchgang der Spindel 1 aufweist. Die Achse 4 schließlich ist
senkrecht zu der Spindel 1. Die Hülse 10 umfasst außer der
Gewindespindelmutter 9 einen dem Teil A entgegengesetzten
Ansatz 12, in dem sich das Ende der Spindel 1 erstreckt.
Zwei Schrägrollenlager 13 und 14 umgeben
den Ansatz 12 und sitzen in einer Aufnahme eines Gehäuses 15 des Verbindungselements,
und dieses Gehäuse
15 trägt auch – außerhalb
der Aufnahme – einen
Motor 16, dessen Ausgangswelle 17 parallel ist
zu der Spindel 1 und eine Riemenscheibe 18 antreibt.
Ein Riemen 20 verbindet die Riemenscheibe 18 mit
einer Riemenscheibe 19, die durch einen Keil 21 auf
dem Ende des Ansatzes 12 befestigt ist. Der Ansatz 12 erstreckt
sich über
das Gehäuse 15 hinaus.
Der Motor 16 versetzt also die Riemenscheiben 18 und 19,
den Ansatz 12, die Hülse 10 und
die fest mit der Hülse verbundene
Gewindespindelmutter 9 in Drehung, um die Gewindespindel 1 im
Innern der Gewindespindelmutter 9 vorwärts und rückwärts zu bewegen.
-
Ein zweites Kardangelenk 22 ist
zwischen dem Gehäuse 15 und
dem anderen Teil B vorgesehen. Noch genauer wird der Körper 15 durch
ein erstes Gabelgelenk 23 verlängert, das sich bis zu einer ersten
Achse 24 des Kardangelenks 22 erstreckt, an dem
es angelenkt ist, und ein Kreuzzapfen 25 ist zugleich mit
der ersten Achse 24 und einer zweiten Achse 26 verbunden,
die auch noch an einem zweiten Kreuzzapfen 27 angelenkt
ist, der mit dem Teil B durch einen Flansch 28 verbunden
ist (diese Anordnung ist sehr gut sichtbar in 8). Die Achsen 24 und 27 sind
senkrecht zueinander in einer selben Ebene angeordnet und ihre Drehachsen
schneiden sich im Zentrum O der Gewindespindelmutter 9.
Diese Anordnung ermöglicht
der Gewindespindelmutter 9, sich nach der Gewindespindel 1 auszurichten, wenn
diese schräg
bzw. schief in der Gewindespindelmutter sitzt, denn diese dreht
sich dann frei um das Zentrum O in dem zweiten Kardangelenk 22,
indem sie dem Kippmoment nachgibt, das auf sie wirkt, und nimmt
dabei das Gehäuse 15 und
insbesondere den Motor 16 mit. Diese Bewegungen haben zur
Folge, dass das Kippmoment absorbiert wird, das sonst weiterbestanden
und als ein Biegemoment auf die Spindel 1 gewirkt hätte, was
sehr störend
hätte sein können. Zusammenfassend
ermöglicht
die Erfindung der Gewindespindel 1 und der Gewindespindelmutter 9,
sich zu jedem Zeitpunkt so auszurichten, dass sich die auf sie wirkenden
Querkräfte
aufheben, ohne dass die Teile A und B bewegt werden müssen.
-
In der Folge werden mögliche Anwendungen dieses
Verbindungselements beschrieben. Eine davon ist die Anwendung in
einem Roboterarm ("dextre"), der sehr beweglich
ist und enge Öffnungen durchqueren
kann. Einer davon ist in der 2 dargestellt.
Er besitzt drei Teilstücke 30, 31 und 32 zwischen
einem beweglichen Träger 33 und
einem Hand-Ende 34. Die Teilstücke 30, 31 und 32 sind
verbunden durch eine Schulter 35 und einen Ellbogen 36,
so genannt aus Gründen
der Analogie mit dem menschlichen Arm. Die Schulter 35 und
der Ellbogen 36 umfassen jeweils ein Kippgelenk 37 oder 39,
auch Rollgelenk genannt, und ein Zusammenklappgelenk 38 oder 40 des
Arms, auch Kippgelenk genannt. Die Hand schließlich ist mit seinen eigenen
Gelenken ausgerüstet,
nämlich
einem Rollgelenk 41, einem Nickgelenk 42 und einem
letzten Rollgelenk 43. Die beiden ersten erwähnten Gelenke
befinden sich auf der Seite des Teilstücks 32 und das letzte
befindet sich am Ende der Hand 34, um ihr zu ermöglichen, ein
Werkzeug oder einen anderen Gegenstand, den sie festhält, rotieren
zu lassen.
-
Das in der 1 dargestellte Verbindungselement wird
vorzugsweise in die Nickgelenke 38, 40 oder 42 integriert,
nach der in der 3 gezeigten Art,
wobei identische oder fast identische Montagen für den Ellbogen 36 und
die Hand 34 vorgesehen sind.
-
Die Teilstücke 30 und 31 sind
mit ihren gegenüberstehenden
Enden durch ein Scharnier 46 verbunden. Das Teil A entspricht
einem Hebel 47, der das Teilstück 30 nach dem Scharnier 46 abschließt, und
das Teil B entspricht der Umhüllung 48 des
Teilstücks 31.
Gezeigt werden insbesondere die Stellen der Kardangelenke 2 und 22 sowie
die Gewindespindel 1, der Motor 16 und das Gehäuse 15 der
Gewindespindelmutter 9. Man sieht insbesondere, dass die Gewindespindel 1 senkrecht
bleibt zu dem Scharnier 46. Der erste Teil 30 wird
durch zwei von drei Teilstücken
gebildet: einem ersten Teilstück,
das man aufgrund seiner Länge
ein Hauptteil 49 nennen könnte, und einem Übergangsteilstück 50,
das sich partiell in dem Teilstück 31 erstreckt,
bis zu dem Scharnier 46, und den Hebel 47 umfasst
und ein Verbindungsstück bildet
zwischen dem zweiten Teilstück 31 und
dem Hauptteil 49 des ersten Teilstücks 30. Das Rollgelenk 37 ist
zwischen diesen beiden Teilstücken 49 und 50 angeordnet
und umfasst ein spezialisiertes Untersetzungsgetriebe 51, "Harmonic Drive" genannt, das zwischen
die beiden Teilstücken 49 und 50 montiert ist,
um sie zu unterstützen.
Dieses Untersetzungsgetriebe 51 wird durch einen Motor 52 angetrieben,
der sich in dem Hauptteil 49 befindet.
-
Das Untersetzungsgetriebe 51 ist
von im Wesentlichen zylindrischer Form und klein. Es wurde speziell
für diese
Rollgelenke entwickelt und sein Hauptvorteil ist, dass es den Arm
nicht dicker macht. Das Verbindungselement, welches das Nickgelenk 38 bildet,
ist dank der Anwendung der Erfindung auch nicht sehr groß: man sieht
insbesondere, dass die Spindel 1, das Gehäuse 15 und
der Motor 16 sich in Längsrichtung
ziemlich weit in dem Teilstück 31 erstrecken,
was nicht stört,
aber eine geringe Breite besitzen, so dass das Teilstück 31 schlank
gebaut werden kann. Wenn man zum Beispiel für das Nickgelenk 38 ein
anderes harmonisches Untersetzungsgetriebe 51 hätte wählen wollen,
hätte man
es mit seinen Rotationsachsen parallel zu dem Scharnier 46 oder
senkrecht zu der Ebene der Figur anordnen müssen, was große Probleme
verursacht hätte,
da der Antriebsmotor dieses Untersetzungsgetriebes nicht wie der
Motor 52 gegenüber
dem Untersetzungsgetriebe 51 hätte angeordnet werden können, ohne
weit nach außen
zu ragen; man hätte
diesen Motor im Wesentlichen wie den Motor 16 anordnen müssen, aber
es wäre
ein zusätzliches
Bewegungsübertragungssystem
notwendig gewesen, zwischen ihm und dem harmonischen Untersetzungsgetriebe 51.
-
Das Gewindespindel-Spindelmutter-Verbindungselement
ermöglicht,
zwischen den Teilstücken 30 und 31 große Kräfte zu übertragen
und genaue und unverstellbare Bewegungen auszuführen, wobei der Ausschlagwinkel
zwischen den beiden Teilstücken 30 und 31 groß sein kann,
in der Praxis wenigstens 90°,
wie die beiden Zustände
der 3 zeigen.
-
In der Folge wird mit Hilfe der 1, 4 und beschrieben, wie die auf die Gelenke
ausgeübten Kräfte gemessen
werden.
-
Verwendet werden Kraftmesseinrichtungen bzw.
Dehnungsmessstreifen sowohl für
die Rollgelenke als auch für
die Nickgelenke. Dazu ist die Gewindespindel 1 nahe beim
ersten Kardangelenk 2 und noch genauer zwischen dem ersten
Teil A und der Spindelmutter 9 mit einer Abflachung 53 versehen,
auf die wenigstens ein Dehnungsmessstreifen 54 geklebt
ist, der so ausgerichtet ist, dass die Zug- und Druckverformungen
der Gewindespindel 1 zwischen dem ersten Kardangelenk 2 und
der Spindelmutter 9 gemessen werden.
-
Für
die Rollgelenke wird vorzugsweise eine kompliziertere Einrichtung
benutzt. Hier werden hauptsächlich
Torsionsverformungen von Wellen gemessen. Ein klassisches Verfahren
besteht darin, diese Torsionsverformungen mit Dehnungsmessstreifen
zu messen, die unter einem Winkel von 45° zur Wellenachse aufgeklebt
werden, das heißt
in der Richtung der hauptsächlichen
Torsionsverlängerungen,
aber man stellt fest, dass dieses Verfahren sehr schwierig anzuwenden
ist, denn es ist eine große Ausrichtungsgenauigkeit
der Dehnungsmessstreifen erforderlich und man stellt dann noch immer
große Genauigkeitsfehler
fest. Daher wird hier ein anderes Verfahren vorgeschlagen (s. 4 und 5). Das harmonische Untersetzungsgetriebe 51 umfasst
einen ersten Untersetzungsgetriebeteil 55, befestigt an dem
Hauptteil 49 des Teilstücks 30,
einen zweiten Untersetzungsgetriebeteil 56, befestigt an
dem Endteil 50 des Teilstücks 30, und eine Antriebswelle 57, deren
Ende eine Riemenscheibe 58 trägt, angetrieben durch den Motor 52,
unterstützt
durch die Untersetzungsgetriebeteile 55 und 56 durch
Kugellager 59, der den zweiten Teil 56 mit einer
anderen als seiner Geschwindigkeit antreibt, mit Hilfe eines nicht dargestellten
Getriebes (das harmonische Untersetzungsgetriebe 51 ist
ein handelsübliches
Produkt und bedarf keiner vollständigen
Beschreibung).
-
Der zweite Teil 56 ist mit
einer Scheibe 60 ausgestattet, die sich in einer zu der
Antriebswelle 57 senkrechten Ebene erstreckt, und eine
weitere Scheibe 61, parallel und koaxial mit der ersten,
ist auf einen an den Endteil 50 angrenzenden Deckel 62 des Untersetzungsgetriebes 51 geschraubt.
Die Scheiben 61 und 62 sind verbunden durch ein
Zwischenglied 63, das durch Kugelgelenke 64 und 65 auf
die Scheiben 60 bzw. 61 montiert ist und tangential
zu der Drehbewegung der Scheiben 60 und 61 ausgerichtet
ist. Die durch die Antriebswelle 57 auf den Endteil 50 ausgeübten Kräfte verlaufen
folglich ganz über
das Zwischenglied 63, das zwischen den Kugelgelenken 64 und 65 gespannt
oder gepresst wird. Es genügt
dann, Dehnungsmessstreifen 66 auf die Oberfläche des
Zwischenglieds 63 zu kleben, um seine Verformungen mit
großer
Genauigkeit zu messen und davon die auf das Rollgelenk 63 wirkenden
Kräfte
abzuleiten. Es wurde jedes Mal ein einziger Dehnungsmessstreifen 1 bzw. 66 dargestellt,
aber üblicherweise
werden, um einen Mittelwert der Messungen zu berechnen, mehrere
nebeneinander geklebt oder teils auf die entgegengesetzte Seite
des Trägerteils
geklebt (hier die Gewindespindel 1 oder das Zwischenglied 63).
-
Man weis, dass die Verformungen der
Dehnungsmessstreifen gemessen werden, indem man durch die leitfähigen Drähte, die
ihren empfindlichen Teil bilden, einen Strom fließen lässt und
dann die Widerstandsänderungen
dieser Drähte
in Abhängigkeit von
den Verformungen misst. Es gibt diverse Techniken der Stromversorgung
und Durchführung
dieser Messungen. Die einfachste besteht aus elektrischen Anschlüssen, die
Leiterbahnen umfassen und Schleifkontakte, die diese Leiterbahnen
bei Verschiebungen der Dehnungsmessstreifen bestreichen. Im vorliegenden
Fall können
solche Leiterbahnen kreisförmige
Leiterbahnen sein, abgeschieden auf einer Fläche 67 des ersten
Untersetzungsgetriebeteils 55, dem Zwischenglied 63 gegenüberstehend,
und für das
Nickgelenk kann man Leiterbahnen auf der Innenseite des Gehäuses 48 des
Teilstücks 31 vorsehen,
an der Stelle vor der die Abflachung 48 und der Dehnungsmessstreifen 54 sich
verschieben.
-
Ein letzte Ausführungsform der Erfindung wird
nun mit Hilfe der 6 und 7 beschrieben. Es handelt
sich um eine Montage, welche die Abdichtung des Nickgelenks garantiert.
Dazu endet das Gehäuse 48 in
einem Kammergehäuse 71,
das insbesondere den Hebel 47 enthält und in die sich das Kardangelenk 2 im
Laufe der Schraubbewegungen der Gewindespindel 1 hineinbewegt.
Noch genauer dreht sich das Kammergehäuse 71 um den Hebel 47 herum,
der daher dort eine variable Position einnimmt.
-
Das Kammergehäuse 71 hat zwei entgegengesetzte
Seiten, die überdeckt
werden von Seitenwangen 72 und 73 eines Gabelgelenks,
das die Struktur des Endteils 50 bildet. Die Wangen 72 und 73 sind
hohl und das Scharnier 46 durchquert ihre Innenwände 74 und 75,
obendrein Wände
des Kammergehäuses 71,
durch Öffnungen,
die dort vorgesehen sind.
-
Das Scharnier 46 ist in
der Wand des Kammergehäuses 71 durch
ein Lagerpaar 76 und 77 gelagert, dessen Innenringe
axial gepresst werden zwischen Schultern 78 des Scharniers 46 und
Schultern 79 der Wände 74 und 75.
Die Dichtheit wird durch Lippendichtungen 80 gewährleistet,
eingesetzt zwischen den Schultern 79 und dem Kammergehäuse 71 an
der Stelle dieser Öffnungen.
Man sieht, dass der durch die Wangen 72 und 73 gebotene
Schutz, verbunden mit der Kleinheit der Öffnungen des Kammergehäuses 71,
die Risiken des Eindringens von Verunreinigungen in das Gehäuse 48 oder 71 stark reduziert.
Die Wangen 72 und 73 erstrecken sich ganz nahe
beim Kammergehäuse 71 und
ihre Außenwände sind
durchgehend, da das Scharnier 46 unter ihnen endet.