EP4062083A1

EP4062083A1 - Flexibles getriebebauteil und verfahren zur herstellung eines getriebebauteils

Info

Publication number: EP4062083A1
Application number: EP20774875.7A
Authority: EP
Inventors: Marcel Mergenthaler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-09-28
Also published as: DE102019131616A1; US20220397191A1; JP2023502492A; KR20220080185A; WO2021098903A1; CN114729685A

Abstract

Ein flexibles Getriebebauteil (1) für ein Wellgetriebe umfasst ein nachgiebiges, als Blechteil ausgebildetes, eine Außenverzahnung (6) aufweisendes Verzahnungselement (2), sowie eine mit dem Verzahnungsbauteil (2) verklebte Leiterplatte (3).

Description

Flexibles Getriebebauteil und Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils

Die Erfindung betrifft ein flexibles Getriebebauteil, welches zur Verwendung in einem Wellgetriebe geeignet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Getriebebauteils.

Ein Wellgetriebe ist beispielsweise aus der DE 10 2017 121 024 A1 bekannt. Dieses Wellgetriebe weist eine Kragenhülse als flexibles, mit einer Verzahnung versehenes Element auf. Der Kragen der Kragenhülse ist fest mit einem Getriebegehäuse verbun den, welches als Ganzes drehbar ist.

Die DE 10 2010 037 226 B4 beschreibt einen Aktuator, welcher ein Spannungswel lengetriebe, das heißt Wellgetriebe, sowie ein Steuerungs- und Sensormodul umfasst. Das Wellgetriebe arbeitet in diesem Fall mit einem topfförmigen nachgiebigen Getrie beelement.

Aus der DE 199 43 021 C2 ist ein flachbauender Getriebemotor bekannt, welcher ei nen Scheibenläufermotor und ein konzentrisch zu diesem angeordnetes Wellgetriebe umfasst.

Die Kombination eines Scheibenläufermotors mit einem Umlaufrädergetriebe, nämlich Planetengetriebe, ist zum Beispiel aus der DE 296 22 874 U1 bekannt. In die damit gebildete Motor-Getriebe-Einheit ist auch eine Ansteuerelektronik integriert.

Die WO 2015/007617 A1 offenbart einen Zahnträger, welcher zur Aufnahme einer Mehrzahl von Zahnsegmenten eines Koaxialgetriebes vorgesehen ist. Der Zahnkäfig ist im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt, wobei Schaltungsträger in den Zahnkäfig eingegossen sein können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über die mechanische Funktion hinaus ge hende Zusatzfunktionen eines flexiblen Getriebebauteils für ein Wellgetriebe bereitzu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein flexibles Getriebebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfah ren zur Herstellung eines Getriebebauteils gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zu sammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Getriebebau teil, und umgekehrt.

Das flexible Getriebebauteil umfasst ein nachgiebiges, als Blechteil ausgebildetes Verzahnungselement, welches eine Außenverzahnung aufweist und auch als Getrie bebauteil im engeren Sinne bezeichnet wird, sowie eine durch Verklebung mit dem Verzahnungselement verbundene Leiterplatte, allgemein auch als Schaltungsträger bezeichnet. Die Flexibilität des Getriebebauteils ist in typischen Ausgestaltungen aus schließlich oder nahezu ausschließlich im Bereich des Verzahnungselementes gege ben. Die Leiterplatte ist dagegen höchstens in vergleichsweise geringem Maße flexi bel. Insbesondere kann die Leiterplatte in gewünschter Weise dazu beitragen, dass das Verzahnungselement in seinem mit der Leiterplatte verklebten Abschnitt eine ge ringere elastische Nachgiebigkeit als in anderen, von der Leiterplatte beabstandeten Abschnitten aufweist. Insgesamt handelt es sich bei dem flexiblen Getriebebauteil in typischen Anwendungsfällen um ein nicht rotierendes Element eines Getriebes.

Das Verzahnungselement kann entweder vollumfänglich, das heißt um den gesamten Umfang des Verzahnungselementes, oder lediglich in einzelnen, beispielsweise strei fenförmigen oder annähernd punktförmigen Bereichen, mit der Leiterplatte verklebt sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Verzahnungselement als Kragenhülse aus gebildet, wobei der Kragen des Verzahnungselementes mit der Leiterplatte verklebt ist. Die Außenverzahnung befindet sich in diesem Fall an einem zylindrischen Ab- schnitt des Verzahnungselementes, wobei der minimale Abstand zwischen der Ver zahnung und der Leiterplatte vorzugsweise größer als die - ohne aufgelötete oder in sonstiger Weise montierte Bauelemente zu messende - Stärke der Leiterplatte ist.

Das als Verbundbauteil ausgebildete Getriebebauteil ist allgemein in folgenden Schrit ten herstellbar:

- Bereitstellung eines nachgiebigen Verzahnungselementes, welches als Kragenhülse mit einem zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt und ei nem hieran anschließenden Kragen ausgebildet ist,

- Aufkleben einer Leiterplatte auf den Kragen der Kragenhülse.

Die Leiterplatte kann entweder unter Erwärmung oder bei Raumtemperatur auf die Kragenhülse aufgeklebt werden. Im letztgenannten Fall wird beispielsweise ein Ac- rylatkleber verwendet. Wird zur Herstellung der Verbindung zwischen dem aus Metall, insbesondere Blech, gefertigten Verzahnungselement und der Leiterplatte dagegen eine thermisch aushärtende Folie verwendet, so erfolgt beispielsweise eine Aufhei zung auf ca. 100 °C. In jedem Fall trägt die Klebeverbindung bei thermisch bedingten Ausdehnungen zu einem Spannungsausgleich zwischen dem Verzahnungselement und der Leiterplatte bei.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich mindestens eine auf mechani sche Beanspruchung reagierende Sensorik, das heißt Kraftsensorik, insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens, auf dem Kragen des Verzahnungsbauteils. Von dieser Sensorik gelieferte Signale werden vorzugsweise mit Hilfe einer Auswerteelekt ronik, welche sich auf der Leiterplatte befindet, verarbeitet.

Eine Klebefolie, welche sich beim fertig montierten Getriebebauteil zwischen dem Verzahnungselement und der Leiterplatte befindet, ist vorzugsweise als elektrisch iso lierende und zugleich thermisch leitende Klebefolie ausgebildet. Durch die Klebefolie, welche im fertig montierten Getriebebauteil die Leiterplatte mit dem Verzahnungsele ment verbindet, werden insbesondere Spannungen, die durch Wankbewegungen in nerhalb des Verzahnungselementes entstehen, abgebaut. Vor dem Zusammenbau von Leiterplatte und Verzahnungselement kann die Klebefolie durch eine Schutzfolie abgedeckt sein.

Das Getriebebauteil ist beispielsweise zur Verwendung in einem Wellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers geeignet. Ebenso kann ein das Getrie bebauteil umfassendes Wellgetriebe zum Beispiel als Stellgetriebe in einem Knick armroboter oder in einer Werkzeugmaschine verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä her erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht ein Verzahnungselement für ein Wellgetriebe,

Fig. 2 und 3 in verschiedenen Ansichten eine mit dem Verzahnungselement nach Fi gur 1 zu verbindende Leiterplatte,

Fig. 4 ein aus dem Verzahnungselement und der Leiterplatte gebildetes Ge triebebauteil in vereinfachter Explosionsdarstellung,

Fig. 5 und 6 in symbolisierter Darstellung Montageschritte zur Herstellung des flexib len Getriebebauteils.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes flexibles Getriebebauteil ist als Verbundbauteil ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter darge stellten Wellgetriebe vorgesehen. Das Getriebebauteil 1 ist aus einem Verzahnungs element 2 und einer Leiterplatte 3 durch Verklebung zusammengesetzt. In Figur 1 ist das Verzahnungselement 2 isoliert dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Kragenhülse an sich bekannter Grundform. Die Kragenhülse 2 ist als einstü ckiges Blechteil ausgebildet und beschreibt einen zylindrischen Abschnitt 4 und einen hieran anschließenden Kragen 5, das heißt radial nach außen gerichteten Flansch. Die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 4 stimmt mit der Mittelachse des Wellge triebes überein. Der zylindrische Abschnitt 4 weist in einem ringförmigen Abschnitt, welcher an die dem Kragen 5 abgewandte Stirnseite des Verzahnungselementes grenzt, eine Außenverzahnung 6 auf. Die in Axialrichtung des Verzahnungselementes 2 und damit des gesamten Getriebebauteils 1 gemessene Breite der Außenverzah nung 6 beträgt weniger als die Hälfte der in derselben Richtung gemessenen Ge samtbreite des zylindrischen Abschnitts 4. Innerhalb des Wellgetriebes rotiert das Verzahnungselement 2 nicht.

Beim Betrieb des Wellgetriebes wird der zylindrische Abschnitt 4 durch einen nicht dargestellten Wellgenerator permanent verformt. Die Verformungen setzen sich in un tergeordnetem Maße in den Kragen 5 hinein fort. In seinem äußeren Bereich weist der Kragen 5 eine Vielzahl an Bohrungen 7 auf. Der Bereich des Kragens 5, in welchem sich die Bohrungen 7 befinden, wird als Ringscheibenabschnitt 8 bezeichnet. Inner halb des Ringscheibenabschnitts 8 treten beim Betrieb des Wellgetriebes praktisch keine Verformungen auf. In weiter innen liegenden Bereichen des Kragens 5 werden mechanische Beanspruchungen des Verzahnungselementes 2 mit Hilfe von Deh nungsmessstreifen 9, die allgemein als Kraftsensorik bezeichnet werden und in Figur 4 symbolisiert dargestellt sind, erfasst.

Die Weiterverarbeitung von Signalen, welche die Kraftsensorik 9 liefert, erfolgt mit Hil fe einer elektronischen Schaltung, die auf der Leiterplatte 3 angeordnet ist. Die in den Figuren 2 und 3 isoliert dargestellte Leiterplatte 3 hat eine Ringscheibenform mit vier gleichmäßig am Umfang verteilten, nach außen gerichteten Befestigungslaschen 10. Die Herstellung des flexiblen Getriebebauteils 1 aus dem Verzahnungselement 2 und der Leiterplatte 3 ist in den Figuren 5 und 6 veranschaulicht. Auf der Leiterplatte 3 be findet sich zunächst eine Klebefolie 11 , welche durch eine Schutzfolie 12 abgedeckt ist. Das Verzahnungselement 2 wird, mit dem zylindrischen Abschnitt 4 nach unten, auf eine Werkstückauflage 13 aufgelegt, welche mit Hilfe einer Heizvorrichtung 14 be heizbar ist. Der Einsatz der Heizvorrichtung 14 richtet sich nach der Zusammenset zung der Klebefolie 11. Auf das auf der Werkstückauflage 13 aufliegende Werkstück, das heißt Verzahnungselement 2, wird mit Hilfe eines Werkzeugs 15, welches in verti kaler Richtung verfahrbar ist, wie in Fig. 6 durch zwei Pfeile angedeutet ist, die Leiter- platte 3 unter moderatem Druck aufgesetzt, wobei eine Klebeverbindung 16 zwischen dem Verzahnungselement 2 und der Leiterplatte 3 hergestellt wird. Ein Lösen der Kle beverbindung 16 ist nicht vorgesehen. Durch die Klebeverbindung 16 ist der Kragen 5 der Kragenhülse 2 dauerhaft stabilisiert. Gleichzeitig ist eine rationell herstellbare, raumsparende, mechanisch dämpfende Verbindung zwischen dem Verzahnungsele- ment 2 und der Leiterplatte 3 gegeben.

Bezuqszeichenliste

1 Getriebebauteil

2 Verzahnungselement, Kragenhülse

3 Leiterplatte

4 zylindrischer Abschnitt

5 Kragen

6 Außenverzahnung

7 Bohrung

8 Ringscheibenabschnitt

9 Dehnungsmessstreifen, Kraftsensorik

10 Befestigungslaschen

11 Klebefolie

12 Schutzfolie

13 Werkstückauflage

14 Heizvorrichtung

15 Werkzeug

16 Klebeverbindung

Claims

Patentansprüche

1. Flexibles Getriebebauteil (1 ) für ein Wellgetriebe, mit einem nachgiebigen, als Blechteil ausgebildeten, eine Außenverzahnung (6) aufweisenden Verzah nungselement (2), sowie einer mit dem Verzahnungselement (2) verklebten Leiterplatte (3).

2. Getriebebauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement (2) vollumfänglich mit der Leiterplatte (3) verklebt ist.

3. Getriebebauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement (2) als Kragenhülse ausgebildet ist, wobei deren Kragen (5) mit der Leiterplatte (3) verklebt ist.

4. Getriebebauteil (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kraftsenso rik (9) auf dem Kragen (5) des Verzahnungsbauteils (2).

5. Getriebebauteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensorik (9) elektrisch an die Leiterplatte (3) angeschlossen ist.

6. Getriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine das Verzahnungselement (2) mit der Leiterplatte (3) verbindende, elektrisch isolierende und thermisch leitende Klebefolie (11).

7. Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils (1), mit folgenden Schritten:

- Bereitstellung eines nachgiebigen Verzahnungselementes (2), welches als Kragenhülse mit einem zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt (4) und einem hieran anschließenden Kragen (5) ausgebildet ist,

- Aufkleben einer Leiterplatte (3) auf den Kragen (5) der Kragenhülse (2).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Leiter platte (3) unter Erwärmung auf die Kragenhülse (2) aufgeklebt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Leiter platte (3) bei Raumtemperatur auf die Kragenhülse (2) aufgeklebt wird, wobei ein Acrylatkleber verwendet wird.

10. Verwendung eines Getriebebauteils (1) nach Anspruch 1 als nicht rotierendes Element in einem als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe.