WO2015090614A1 - Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle - Google Patents

Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle Download PDF

Info

Publication number
WO2015090614A1
WO2015090614A1 PCT/EP2014/003453 EP2014003453W WO2015090614A1 WO 2015090614 A1 WO2015090614 A1 WO 2015090614A1 EP 2014003453 W EP2014003453 W EP 2014003453W WO 2015090614 A1 WO2015090614 A1 WO 2015090614A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint
hinge
output shaft
drive shaft
bearings
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/003453
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Nagler
Original Assignee
Gentis Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gentis Gmbh & Co. Kg filed Critical Gentis Gmbh & Co. Kg
Priority to EP14821077.6A priority Critical patent/EP3084246A1/de
Publication of WO2015090614A1 publication Critical patent/WO2015090614A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
    • F16D3/42—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another with ring-shaped intermediate member provided with bearings or inwardly-directed trunnions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members

Definitions

  • the invention relates to a hinge device to a drive, in particular to a manipulator such as a robot or the like., And consists of a drive shaft and an output shaft, which are connected via a hinge.
  • the output shaft is adjustable and rotatable via the joint in all three spatial directions. In this case, the output shaft can be adjusted relative to a normal by a maximum adjustment angle.
  • a more or less large control room can be covered with the output shaft forming an actuating arm.
  • the forces acting on the joint as the adjustment angle increases can lead to inaccuracies in the adjusting movement.
  • the invention has the object of providing a hinge device of the type mentioned in such a way that a large adjustment range of the output shaft is ensured with a simple structure and high positioning accuracy.
  • the formation of the joint of at least a first, preferably inner joint element, a second, preferably outer joint element and two joint axes allows a pivoting movement of the output shaft in a large adjustment, so that a Stellarmende the output shaft can approach any point of a structurally predetermined ball cap.
  • the first, preferably inner joint member has two diametrically opposed bearings which form a first, inner hinge axis.
  • the outer joint member has two each other diametrically opposite bearing, which determine a second, preferably outer hinge axis.
  • the bearings of the first, preferably inner joint element lie on a common first, preferably inner circle and the bearings of the second, outer joint element lie on a common second, preferably outer circle.
  • the joint according to the invention can be designed so that z. B. at different axial positions of the circles, the respective camps move on different trajectories, so on different circles. At any bending angle of the rotating joint, a collision of the moving on the different circles bearing can be excluded.
  • the first joint element forms an inner joint element and the second joint element forms an outer joint element.
  • the first, inner circle is formed with a smaller diameter than the second, outer circle.
  • the inner circle lies in particular within the outer circle.
  • the bearings of the inner joint element are within the outer circle.
  • the joint axes of the joint device according to the invention are preferably in a common plane.
  • the first inner circle and the second, outer circle of the bearings lie in a further common plane.
  • the plane of the hinge axes and the plane of the circles coincide and form an overall plane.
  • the axes of articulation advantageously intersect at a common point of intersection which forms the center of the joint.
  • the outer circle and the inner circle each have a circle center, which is conveniently located in the center of the joint. If the displacement angle is zero, the outer circle is concentric with the inner circle in plan view of the joint.
  • the construction is provided in a first exemplary embodiment such that the drive shaft is held on the first, inner joint element via the second, outer joint element and a second, outer joint axis.
  • the output shaft is coupled to the first, inner hinge member via the first, inner hinge axis.
  • This design results in an adjustment angle between the drive shaft and the output shaft over a large adjustment.
  • the second, outer joint member is mechanically fixedly connected to the drive shaft.
  • the structural design of the hinge device is advantageously chosen such that the hinge elements are nested, d. H. lie in each other.
  • the first, inner joint element can be arranged within the second, outer joint element.
  • At least one further joint element with a further joint axis is arranged between the second, outer joint element and the first, inner joint element.
  • the construction may be designed such that the further joint element is held pivotably about the second, outer joint axis on the second, outer joint element, and the first, inner joint element is held pivotably about the further joint axis on the further joint element.
  • the ball cap forms the adjustment range of the end of the output shaft or the Stellarmendes, due to the extended design of the hinge device with three hinge axes, the ball cap can have an opening angle of up to 160 °, which corresponds to a control range of about 80 °.
  • a bending angle of up to 80 ° is possible. If more than two joint elements and joint axes are provided, such. Three or more, a high sensitivity and a particularly smooth adjustment movement can be achieved. Also, with three or more axes, turning forces can be measured very well, even with a large bending angle.
  • the coupling element is designed as a pivot lever which is mounted in the second, outer joint element and with a
  • the hinge axes are advantageously arranged so that they lie in the circumferential direction about the center of the joint with the same angular distance from one another. It may be appropriate, the joint axes in several, z. B. to arrange two levels to
  • the circumferential distance of the joint axes corresponds to a circumferential angle of 60 °; i.e. the bearings of the joint axes are in the circumferential direction with a circumferential distance of 60 ° to each other. This corresponds to an axis angle of 120 °.
  • the joint elements are formed by joint rings.
  • the second, outer joint member may be formed by a second, outer joint ring and the first, inner joint member by a first, inner joint ring.
  • the further joint element forms an intermediate ring.
  • the joint is formed, inter alia, by the outer joint ring, which surrounds the inner joint ring.
  • Between the outer joint ring and the inner joint ring of the intermediate ring is arranged.
  • Outer hinge ring, intermediate ring and inner joint ring are mutually such that they form in a rest position about a common plane, preferably form exactly one plane. This corresponds to an opening angle of 0 °.
  • the embodiment with joint rings is one possibility of a constructive embodiment of the invention. Rectangular rings or other rectangular shapes, partial shells or else half shells and the like forms may be expedient instead of joint rings. With such adapted forms, the invention may, for. B. be used in confined spaces or z. B. are designed for high mechanical loads.
  • the joint elements are formed as spherical shells or partial spherical shells.
  • a partial spherical shell is preferably designed to be larger than a hemisphere, so that an inner partial spherical shell is held captive in an outer partial spherical shell.
  • Such a construction can be achieved, in particular, by sintering, the partial spherical shells being produced together, preferably in the assembled state.
  • the construction with partial spherical shells has the advantage of a better force distribution, whereby an expansion of the joint is counteracted under load. Due to the structure with spherical shells and the resulting uniform force distribution during operation, a resilient joint device can be made in particular of plastic.
  • the hinge device may also be made of metal, metal alloys and suitable sintered materials.
  • the adjustment stop is formed between the output shaft and the drive shaft.
  • an opening edge of a ball shell held on the output shaft forms the adjustment stop, which cooperates with the drive shaft.
  • the spherical shell engages over the - advantageously connected to the drive shaft - outer joint element and strikes upon reaching the maximum allowable adjustment angle with its opening edge on the drive shaft.
  • the outer joint element is formed by an outer part ball shell, which is overlapped by a ball shell held on the output shaft, an encapsulated joint results.
  • the ball socket of the drive shaft closes the hinge device movable.
  • a hollow drive shaft or a hollow output shaft - injected compressed air into the joint device internal pollution of the joint can be prevented in a simple manner.
  • the injection of z. B. Compressed air can be regular or irregular; In any case, an internal contamination of the joint is counteracted.
  • FIG. 1 is a side view of an inventive hinge device in a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the hinge device of FIG. 1 with removed drive shaft
  • Fig. 3 is a schematic section through the hinge device along the line
  • FIG. 1 a schematic sectional view of the hinge device along the line IV-IV in Fig. 3, a perspective view of a second embodiment of a hinge device according to the invention, a side view of the hinge device of FIG. 5, a plan view of the hinge device of FIG. 5 with removed intermediate ring and remote output shaft,
  • FIG. 8 is a perspective view of the hinge device according to FIG. 5 with the outer joint ring removed, FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view of the hinge device of FIG. 5 with removed outer joint ring and intermediate ring,
  • FIG. 11 in perspective a partial section through the outer
  • Fig. 12 is a perspective view of the hinge device in the second
  • Fig. 13 is a plan view of a third embodiment of one of several
  • Ball cups constructed hinge device, 13, a side view of the joint device according to the invention according to FIG. 14, a side view of the joint device according to FIG. 15 with a maximum adjustment angle of about 50 °, a side view of a further exemplary embodiment of the joint device according to the invention with coupling element 17 shows a schematic section through the hinge device according to FIG. 17 along the line XVIII-XVIII, a schematic section through the hinge device according to FIG. 17 along the line XIX-XIX, a schematic perspective view of the hinge device according to FIG. 17 with the drive shaft removed, a schematic view of another embodiment of the hinge device with a plugged tube as the output shaft, a schematic section through the hinge device of FIG. 22nd
  • an inventive joint 3 which shows two joint elements 110 and 130.
  • the first joint element 110 is formed as an outer joint element in the form of an outer ball shell 53, wherein the ball shell 53 is designed larger than a hemisphere.
  • the opening width 100 of the outer spherical shell 53 is preferably smaller than its largest diameter.
  • an inner spherical shell 51 is arranged as an inner joint element 130.
  • the outer diameter of the inner spherical shell 51 is slightly smaller than the inner diameter of the outer spherical shell 53.
  • bearings 42 are provided, into the bearing pin 12 and 13 of the inner spherical shell 51 (FIG.
  • the inner spherical shell 51 has an opening width which is preferably smaller than its largest diameter.
  • the output shaft 8 is hingedly connected. As can be seen in Figures 3 and 4, the output shaft 8 terminates in a ball 50 which is received within the ball socket 51 of the inner joint member 130.
  • the ball 50 engages with bearing pins 32, 33 in bearing 43, which are held in the wall of the inner joint element 130, in the embodiment in the ball socket 51.
  • the bearings 43 of the inner joint element 130, in the embodiment of the inner spherical shell 51, lie on a common inner circle 230, as shown in FIG. 4.
  • the drive shaft 2 is rotatably connected to the ball socket 53 of the outer joint member 110, so that via the bearings 42 of the ball socket 53, the drive shaft 2 via the outer joint member 110 and the outer hinge axis 10 on the inner
  • Joint member 130 is held.
  • the inner joint element 130 is coupled via the inner joint axis 30 with the output shaft 8, whereby a drebmoment- transmitting connection between the drive shaft 2 and the output shaft 8 is formed.
  • the output shaft 8 are bent relative to the drive shaft 2 by the angle 45.
  • Each angle 45 can be up to 25 °, so that an adjustment angle 44 of a total of approximately 50 ° can be present.
  • the joint elements 110, 130 lie on nested circles 210, 230, d. that is, the inner hinge member 130 is received within the outer hinge member 110.
  • the circles 210, 230 are concentric with each other.
  • the bearings 42, 43 will continue on their associated circles 210th , 230, wherein - regardless of the adjustment angle - the inner circle 230 of the bearing 43 will always lie within the path of movement of the bearings 42 on the outer circle 230. As a result, a uniform rotational movement is given even under large adjustment angles.
  • the mechanical load of the joint 3, in particular the bearings 42, 43, is low even at large adjustment angles. A collision of the bearing in a rotational movement to be executed is avoided.
  • the adjustment angle 44 is limited by a Verstellanschlag 60.
  • the adjustment stop 60 is formed by the opening edge 61 of a ball socket 54, which covers the hinge 3.
  • the ball socket 54 is advantageously fixed to the output shaft 8 and engages over the outer ball socket 53, ie the outer joint element 110.
  • the ball socket 54 may be larger than a hemisphere, its opening diameter preferably being slightly smaller than the maximum outer diameter of the outer ball socket 53.
  • the size of the ball socket 54 and the outer diameter of the drive shaft 2 is matched.
  • the opening edge 61 cooperates with the outer periphery of the drive shaft 2;
  • an inclination limitation of +/- 23.5 ° to the next ball shell is given constructively so that an adjustment angle 44 or an overall inclination angle of 47 ° results.
  • a hinge device 1 is shown in a second embodiment, the z. B. may be provided on an axis. This axis can be the axis of a
  • the hinge device 1 of the exemplary embodiment shown consists of a drive shaft 2, a joint 3 and a held on the drive shaft 2 via the hinge 3 output shaft 8, the z. B. forms an actuating arm.
  • the output shaft 8 is adjustable via the joint 3 with respect to the drive shaft 2 in all three spatial directions x, y and z.
  • the joint 3 is designed as a multiple joint which has three joint elements 110, 120, 130 and three joint axes 10, 20 and 30.
  • the joint axes 10, 20 and 30 of the joint 3 lie in a common plane 4 (FIG. 2); It may be sufficient if, for example, a common plane is formed, that is, there is a small distance between the joint axes. It may be advantageous to arrange the joint axes 10, 20, 30 structurally in different planes. The levels can be parallel to each other.
  • the outer joint element 110 can also be used as the first joint element, the inner joint element
  • Joint element 130 may also be referred to as a third joint element and the further joint element 120 as a second joint element.
  • the center 5 of the possible pivotal movements of the output shaft 8 in the plane 4 lies on a mid-perpendicular 6, which forms a longitudinal central axis of a cylinder body 7.
  • an outer joint ring 11 is set in the exemplary embodiment according to FIGS 5 to 12.
  • the cylinder body 7 with the attached at its end outer hinge ring 11 forms the drive shaft 2 or, more generally, a base support.
  • the joint ring 11 is expediently formed integrally with the cylinder body 7 and forms the outer joint element 110.
  • an intermediate ring 21 which is pivotally supported by bearing pins 12, 13 (FIG. 4) on the outer joint ring 11.
  • the bearing pins 12, 13 are diametrically opposite each other and form the first hinge axis 10.
  • the bearings of the bearing pins 12, 13 lie on a common, outer circle 210.
  • the intermediate ring 21 forms the further joint element 120th
  • an inner joint ring 31 which is pivotally supported by bearing pins 22 and 23 on the intermediate ring 21.
  • the bearings of the bearing pins 22, 23 lie on a common intermediate circuit 220.
  • the inner joint ring 31 is at a distance b to the inner radius of the intermediate ring 21, whereby an engagement space 9 is formed for a terminal end 18 of the output shaft 8, which are also commonly referred to as actuator can.
  • the inner hinge 31 forms the inner hinge 130.
  • the connecting end 18 of the output shaft 8 surrounds the inner joint ring 31, wherein held in the inner joint ring 31 bearing pin 32 and 33 engage in the free legs of the U-shaped connection end 18, whereby the output shaft 8 is held about a third hinge axis 30 pivotally mounted on the inner joint ring 31 ,
  • the bearings of the bearing pins 32, 33 lie on a common inner circle 230.
  • the inner joint ring 31 may alternatively be in the form of a filled ring or disk, or else as a complete ball 50, as shown by way of example in FIG. 14. If the joint ring 31 is designed as an outer joint ring, the connection end 18 can be designed as an internal ball 50 with a flanged output shaft 8.
  • the arrangement of the joint axes 10, 20 and 30 is - as FIG. 7 shows - provided such that the hinge axes 10, 20, 30 intersect at the center 5 of the joint 3.
  • the center distance is preferably 120 °.
  • the circles 210, 220, 230 of the bearings 12, 13; 22, 23; 32, 33 each have a circle center, which is advantageous in the center 5 of the hinge device.
  • the outer circle 210 concentrically surrounds the intermediate circuit 220, the intermediate circuit 220 concentrically surrounds the inner circle 230.
  • the bearings move on separate, circular trajectories, which are independent of the adjustment angle, of the circles 210, 220, 230 correspond.
  • the number of hinge axes corresponds to the divider of 180 ° by the circumferential angle at which the hinge axes are spaced apart.
  • the number of hinge axes corresponds to the divider of 180 ° by the circumferential angle at which the hinge axes are spaced apart.
  • the joint axes 10, 20, 30 are - regardless of the number of joint axes - relative to the center 5 of the joint 3 with equal angular intervals 16 to each other.
  • the joint axes 10, 20, 30 clamp on a common plane 4, on which the longitudinal center axis 6 of the drive shaft 2 is perpendicular.
  • the puncture point of the longitudinal central axis 6 through the plane 4 is at the same time the center 5 of the joint 3.
  • the output shaft 8 can each pivot about the hinge axes 10, 20, 30, whereby the output shaft end 28 can approach any point of a spherical cap 17, the center of the center of the 5 Joint 3 is.
  • the opening angle 15 of the ball cap can be up to 160 °, whereby a large working range of the actuating arm or the output shaft 8 is given.
  • the pivoting movement of the output shaft 8 about the third hinge axis 30 is limited by abutment against the inner edge 24 of the intermediate ring 21.
  • the pivot angle of the inner joint ring 31 relative to the intermediate ring 21 is limited by rotation stops 34.
  • a rotation stop 34 is formed on the inner joint ring 31 in the region of the bearing bolts 32 and 33.
  • the rotation stop extends advantageously over 180 °, thus forming in view expediently a semicircle.
  • the rotation stops 34 on the inner joint ring 31 are counter stops 35 on
  • the counter-stop 35 extends in the embodiment about about 60 ° to 120 ° circumferential angle about the bearing pin 22 and 23 around.
  • the intermediate ring 21 carries in the region of its bearing pin 12, 13 a rotation stop 25 which extends over approximately 180 ° about the bearing pin 12 and 13 respectively.
  • a counter-abutment 14 is provided on the outer joint ring 11 in the region of the bearing pin 12 (FIG. 11), which forms abutment surfaces 19 for the rotational stop 25 of the intermediate ring 21.
  • the counter-stop 14 extends over a circumferential angle of about 60 ° to 120 ° around the bearing pin 12 around, so that the stop surfaces 19 at an angular distance of z. B. 80 ° to 120 ° to each other.
  • the angular distance can be up to 160 °.
  • the position of the rotation stops and the counter stops to limit the pivotal movement about the hinge pins 10 and 20 is provided so that the intermediate ring and the joint ring from a position in the plane 4 both clockwise around the one direction of rotation and left around the other direction with can be pivoted about the same angle.
  • rotation stops for the pivoting movements may be formed by a structural design of the outer edge of a joint ring.
  • the drive shaft 2 or the base support can, as shown in Fig. 12, fixed in a receiving sleeve 40 of the manipulator or the robot and moved by appropriate actuators.
  • FIGS. 13 to 16 The structural design of the hinge device 1 according to the invention is also possible with other geometric shapes than with joint rings.
  • FIGS. 13 to 16 the construction of a further articulated device 1 from spherical shells is shown in FIGS. 13 to 16.
  • This third embodiment corresponds in its basic structure to the second embodiment with joint rings according to FIGS. 5 to 12, for which reason the same reference numerals are used for identical parts.
  • the spherical shells used 51, 52, 53 respectively have openings with a
  • Opening width 100 which is smaller than the maximum diameter of the respective ball shell 51, 52, 53.
  • the output shaft 8 is connected in the center 5 of the joint 3 with an internal ball 50.
  • the spherical shells 51, 52, 53, 54 may be formed with a honeycomb pattern.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 13 to 16 has three joint elements 110, 120 and 130.
  • the inner joint element 130 corresponds to the inner joint ring 31;
  • the outer joint element 110 corresponds to the outer joint ring 11.
  • the further joint element 120 which forms a further joint axis 20, is arranged between the outer joint element 110 and the inner joint element 130. This results in a hinge device 1 with a joint 3 of the outer joint member 110 as a ball shell 53, the inner joint member 130 as a ball shell 51 and the other joint member 120 as a further ball shell 52.
  • the adjustment angle 44 is shown;
  • the opening edge 61 forms an adjustment stop 60, which interacts with the outer circumference of the drive shaft 2 and constructively limits the adjustment angle 44.
  • the joint 3 shown in section in FIG. 14 has ball shells 51 and 52, which show openings in the ball jacket.
  • These spherical shells can also be referred to as skeletonized spherical shells.
  • the bearings provided in the wall of the ball socket 53 move along a trajectory along an outer circle 210 ( Figure 13).
  • the bearings provided in the wall of the ball socket 52 move along a path of movement along an intermediate circuit 220.
  • the bearings provided in the wall of the ball socket 51 move along a path of movement along an inner circle 230 ( Figure 13).
  • the circles 210, 220, 230 each have a circle center, which is advantageously located in the center 5 of the hinge device 1.
  • the outer circle 210 concentrically surrounds the
  • the intermediate circuit 220 concentrically surrounds the inner circle 230.
  • the bearings move on separate, circular trajectories corresponding to the circles 210, 220, 230.
  • openings, holes or the like can be provided in the spherical shells, in particular the covering ball shell 54 of the output shaft 8 as well as the outer ball shell 51 of the drive shaft 2.
  • compressed air injected into the joint device this can escape through the various openings.
  • the injection of compressed air can be regular, irregular or continuous; In any case, contamination of the joint is counteracted, since environmental dirt can not enter via the movement gaps between the covering ball socket 54 and the outer ball socket 53.
  • FIGS. 17 to 20 show a further exemplary embodiment of a hinge device according to the invention.
  • the structure of the joint 3 of three spherical shells corresponds to that of the exemplary embodiment of FIGS. 13 to 16, for which reason the same reference numerals are used for identical parts.
  • a coupling element 70 is provided within the joint 3, which couples the further joint element 120, in the exemplary embodiment the further ball socket 52, position-dependent with a joint element.
  • the coupling element 70 is designed as a pivot lever 71, which is held pivotably in a bearing 72 of the outer joint element 110.
  • the pivot lever 71 engages with pivot arms 73 and 75 between the spherical shells.
  • a first, inner pivot arm 73 engages in a gap 74 between the further ball shell 52 and the inner joint element 120 and the outer ball shell 53 and the outer joint element 110.
  • the articulated arm is formed adapted to the radius of the gap 74 and engages with an extension 76th into a guide slot 77 of the further joint element 120, ie in the further ball socket 54 a.
  • the guide slot 77 extends approximately at the height of the level 4, which is determined by the joint axes 10, 20, 30.
  • the pivot axis 80 of the pivot lever 71 is preferably in the plane 4; the pivot axis passes through the center of the joint 3.
  • the swing arm 75 has a greater length than the swing arm 73, so that the coupling is carried out with a gear ratio. Preferably, a transmission ratio of 1: 2 is provided.
  • the length of the pivot arm 75 is twice as long as the length of the pivot arm 73.
  • the ball socket 52 is guided over the coupling element 70 on the ball socket 54, so that the ball socket 52 lying between the outer ball socket 53 and the inner ball socket 51 always has a defined position occupies.
  • the second pivot arm 75 extends in a gap 78 between the covering ball shell 54 and the outer ball shell 53 and the outer
  • the pivot arm 75 engages with an extension 79 in one
  • Guide slot 81 which is formed in the covering ball shell 54.
  • the guide slot 81 is at the level of the level 4 and extends in the circumferential direction of the ball shell 54 approximately on the largest diameter.
  • FIGS. 18 to 20 show, two pivoting levers 71 and 7 ⁇ are provided, which-with respect to the center 5 of the joint 3-are diametrically opposed to one another.
  • Two pivot levers result in a redundant coupling; an embodiment with only one coupling element or a pivot lever can be sufficient in principle.
  • a pivot lever and a spring element can be arranged as a coupling element.
  • FIGS. 21 and 22 a variant of the hinge device with a drive shaft 2 and an output shaft 8 is shown.
  • the drive of the joint 3 takes place via a toothed belt wheel 90, which acts on the outer circumference of the outer joint element 110.
  • a gear may be provided as part of a transmission.
  • the output shaft 8 is formed by a tube 88 which is inserted through the hinge 3.
  • the plug-in receptacle 91 is held by pins 92 and 93 in an inner joint member 130 pivotable; the inner joint member 130 is pivotally supported by bearing pins 12 and 13 in the outer joint member 110.
  • the embodiment thus corresponds in principle to the structure of the biaxial design of that of the embodiment of Figures 1 to 4.
  • the adjustment angle 44 is limited by the opening edge 61 of the covering ball cap 99, which in a circumferential slot 96 between the outer joint member 110 and the driving Gear 90 dips.
  • the angular offset is divided between the individual hinge rings 10, 20, 30, the spherical shells 51, 52, 53 or the geometric shapes used. This means that at an opening angle of the joint 3 of 100 degrees, a single angle of maximum 40 ° must be traversed.
  • the individual joint elements such as the joint rings 10, 20, 30, the spherical shell 51, 52, 53, 54 or the like. Geometric shapes are arranged sprung to each other. This means that the hinge elements are preferably held in a 0 ° rest position by a spring. If the opening angle of the joint increases, the angle of all joint elements is pre-tensioned by the spring until the rotation stop finally pushes the next joint element forward. As a result, all joint elements are always in the correct position in most operating positions, so that the set total opening angle is always optimally divided between the joint elements.
  • a solid cover of the open joint is easily possible in the structure according to the invention, so that contamination of the joint can be effectively prevented.
  • the hinge device can be cascaded like a cardan as a double joint.
  • two joints are connected by a tube, the hinge axes are then not in a plane.
  • All embodiments have in common that the pairs of a hinge axis 10, 20, 30 forming bearings each lie on a circle 210, 220, 230, wherein an outer circle 210 concentrically surrounds an inner circle 230.
  • Any intermediate circuit 220 is located concentrically between the outer circle 210 and the inner circle 230.
  • the centers of all circles 210, 220, 230 of a joint 3 lie in the center 5 of the joint 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkvorrichtung an einem Antrieb, insbesondere an einem Manipulator wie einem Roboter oder dgl. Und besteht aus einer Antriebswelle (2) und einer über ein Gelenk (3) gehaltenen Abtriebswelle (8), die in allen Raumrichtungen verstellbar gelagert ist. Nach der Erfindung besteht das Gelenk (3) aus mindestens einem ersten, inneren Gelenkelement (130) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern (43) und einem zweiten, äußeren Gelenkelement (110) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern (42). Die Lager (43) des ersten, inneren Gelenkelementes (130) bilden eine erste, innere Gelenkachse (30) und liegen auf einem gemeinsamen ersten, inneren Kreis (230); die Lager (42) des zweiten, äußeren Gelenkelementes (110) bilden eine zweite, äußere Gelenkachse (10) und liegen auf einem gemeinsamen äußeren Kreis (210). Um eine feinfühlige, ruckelfreie Drehung des Gelenks auch bei großen Knickwinkeln zu erzielen, kann der innere Kreis (230) einen geringeren Durchmesser (Di) aufweisen als der äußere Kreis (210).

Description

Gelenkvorrichtung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle
Die Erfindung betrifft eine Gelenkvorrichtung an einem Antrieb, insbesondere an einem Manipulator wie einem Roboter oder dgl., und besteht aus einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, die über ein Gelenk angebunden sind. Die Abtriebswelle ist über das Gelenk in allen drei Raumrichtungen verstellbar und verdrehbar. Dabei kann die Abtriebswelle bezogen auf eine Normale um einen maximalen Verstellwinkel verstellt werden.
Je nach der Ausführung der verwendeten Gelenkvorrichtung kann mit der einen Stellarm bildenden Abtriebswelle ein mehr oder weniger großer Stellraum abgedeckt werden. Die bei größer werdendem Verstellwinkel auf das Gelenk wirkenden Kräfte können zu Ungenauigkeiten in der Stellbewegung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass bei einfachem Aufbau und hoher Stellgenauigkeit ein großer Stellbereich der Abtriebswelle gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Ausbildung des Gelenkes aus mindestens einem ersten, vorzugsweise inneren Gelenkelement, einem zweiten, vorzugsweise äußeren Gelenkelement und zwei Gelenkachsen ermöglicht eine Verschwenkbewegung der Abtriebswelle in einem großen Verstellbereich, so dass ein Stellarmende der Abtriebswelle jeden beliebigen Punkt einer konstruktiv vorgegebenen Kugelkappe anfahren kann. Das erste, vorzugsweise innere Gelenkelement weist zwei einander diametral gegenüberliegende Lager auf, die eine erste, innere Gelenkachse bilden. Das äußere Gelenkelement weist zwei einander diametral gegenüberliegende Lager auf, die eine zweite, vorzugsweise äußere Gelenkachse bestimmen. Die Lager des ersten, vorzugsweise inneren Gelenkelementes liegen auf einem gemeinsamen ersten, vorzugsweise inneren Kreis und die Lager des zweiten, äußeren Gelenkelementes liegen auf einem gemeinsamen zweiten, vorzugsweise äußeren Kreis. Das erfindungsgemäße Gelenk kann so gestaltet sein, dass z. B. bei unterschiedlichen Achslagen der Kreise die jeweiligen Lager sich auf unterschiedlichen Bewegungsbahnen, also auf unterschiedlichen Kreisen bewegen. Bei einem beliebigen Knickwinkel des sich drehenden Gelenks kann eine Kollision der auf den unterschiedlichen Kreisen sich bewegenden Lager ausgeschlossen werden.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bildet das erste Gelenkelement ein inneres Gelenkelement und das zweite Gelenkelement ein äußeres Gelenkelement. Der erste, innere Kreis ist mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet wie der zweite, äußere Kreis. Der innere Kreis liegt insbesondere innerhalb des äußeren Kreises. Die Lager des inneren Gelenkelementes liegen innerhalb des äußeren Kreises. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau aus zwei Gelenkelementen und zwei Gelenkachsen mit Lagern, die auf unterschiedlichen Kreisdurchmessern um ein Zentrum des Gelenkes liegen, ist schon bei einem zweiachsigen Gelenk ein großer Knickwinkel von z. B. bis zu 50° möglich.
Die Gelenkachsen der erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene. Der erste, innere Kreis und der zweite, äußere Kreis der Lager liegen in einer weiteren gemeinsamen Ebene. Insbesondere fallen die Ebene der Gelenkachsen und die Ebene der Kreise zusammen und bilden eine Gesamtebene. Die Gelenkachsen schneiden sich vorteilhaft in einem gemeinsamen Schnittpunkt, der das Zentrum des Gelenkes bildet. Der äußere Kreis und der innere Kreis haben jeweils einen Kreismittelpunkt, der zweckmäßig im Zentrum des Gelenkes liegt. Ist der Verstellwinkel Null, liegt in Draufsicht auf das Gelenk der äußere Kreis konzentrisch zum inneren Kreis. Der Aufbau ist in einem ersten Ausführungsbeispiel so vorgesehen, dass die Antriebswelle über das zweite, äußere Gelenkelement und eine zweite, äußere Gelenkachse an dem ersten, inneren Gelenkelement gehalten ist. Die Abtriebswelle ist mit dem ersten, inneren Gelenkelement über die erste, innere Gelenkachse gekoppelt. Durch diese Gestaltung ergibt sich ein Verstellwinkel zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle über einen großen Verstellbereich. Zweckmäßig ist das zweite, äußere Gelenkelement mechanisch fest mit der Antriebswelle verbunden.
Der konstruktive Aufbau der Gelenkvorrichtung ist vorteilhaft derart gewählt, dass die Gelenkelemente ineinander verschachtelt liegen, d. h. ineinander liegen. So kann das erste, innere Gelenkelement innerhalb des zweiten, äußeren Gelenkelementes angeordnet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für jede weitere Gelenkachse zwischen dem zweiten, äußeren Gelenkelement und dem ersten, inneren Gelenkelement mindestens ein weiteres Gelenkelement mit einer weiteren Gelenkachse angeordnet ist. Die Konstruktion kann so ausgeführt sein, dass das weitere Gelenkelement um die zweite, äußere Gelenkachse schwenkbar am zweiten, äußeren Gelenkelement gehalten ist, und das erste, innere Gelenkelement um die weitere Gelenkachse schwenkbar am weiteren Gelenkelement gehalten ist. Dieser Aufbau als mehrfaches Gelenk mit drei Gelenkachsen ermöglicht einen großen Verstellbereich, innerhalb dem das Stellarmende bzw. das Ende der Abtriebswelle jeden beliebigen Punkt einer Kugelkappe anfahren kann. Die Kugelkappe bildet dabei den Stellbereich des Endes der Abtriebswelle bzw. des Stellarmendes ab, wobei aufgrund der erweiterten Gestaltung der Gelenkvorrichtung mit drei Gelenkachsen die Kugelkappe einen Öffnungswinkel von bis zu 160° haben kann, was einem Stellbereich von etwa 80° entspricht. Mit dem Gelenk aus drei Gelenkelementen und drei Gelenkachsen ist ein Knickwinkel von bis zu 80° möglich. Werden mehr als zwei Gelenkelemente und Gelenkachsen vorgesehen, so z. B. drei oder mehr, können eine hohe Sensibilität und eine insbesondere ruckelfreie Stellbewegung erzielt werden. Auch können bei drei und mehr Achsen Drehkräfte auch bei großem Knickwinkel sehr gut gemessen werden.
In einer Ausführung mit drei oder mehr Gelenkelementen und drei oder mehr Gelenkachsen kann es vorteilhaft sein, ein Koppelelement zwischen Gelenkelementen vorzusehen, um bei Drehrichtungsumkehr eine spielfreie Umkehrbewegung zu erhalten. So kann das weitere Gelenkelement über das Koppelelement stellungsabhängig mit einem Gelenkelement verbunden sein. Vorteilhaft ist das Koppelelement als Schwenkhebel ausgeführt, der im zweiten, äußeren Gelenkelement gelagert ist und mit einem
Führungsende in einen Führungsschlitz des benachbarten Gelenkelementes eingreift. Dadurch kann eine spielfreie Kopplung der Gelenkelemente in oder gegen die Drehrichtung erzielt werden.
Die Gelenkachsen sind vorteilhaft so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung um das Zentrum des Gelenkes mit gleichem Winkelabstand zueinander liegen. Es kann zweckmäßig sein, die Gelenkachsen in mehreren, z. B. zwei Ebenen anzuordnen, um
Öffnungswinkel von größer 160° zu erreichen.
In einer Ausfuhrungsform mit drei Gelenkachsen entspricht der Umfangsabstand der Gelenkachsen einem Umfangswinkel von 60°; d.h. die Lagerstellen der Gelenkachsen liegen in Umfangsrichtung mit einem Umfangsabstand von 60° zueinander. Dies entspricht einem Achswinkel von 120°.
In einer ersten Ausführungsform werden die Gelenkelemente durch Gelenkringe gebildet. So kann das zweite, äußere Gelenkelement durch einen zweiten, äußeren Gelenkring und das erste, innere Gelenkelement durch einen ersten, inneren Gelenkring gebildet sein. In einer Ausführung mit drei Gelenkelementen bildet das weitere Gelenkelement einen Zwischenring. Das Gelenk wird u. a. durch den äußeren Gelenkring gebildet, der den inneren Gelenkring umgibt. Zwischen dem äußeren Gelenkring und dem inneren Gelenkring ist der Zwischenring angeordnet. Äußerer Gelenkring, Zwischenring und innerer Gelenkring liegen derart zueinander, dass sie in einer Ruhestellung etwa eine gemeinsame Ebene bilden, bevorzugt genau eine Ebene bilden. Dies entspricht einem Öffnungswinkel von 0°.
Die Ausführungsform mit Gelenkringen ist eine Möglichkeit einer konstruktiven Ausführung der Erfindung. Anstelle von Gelenkringen können auch Rechteckringe oder andere Rechteckformen, Teilschalen oder auch Halbschalen und dgl. Formen zweckmäßig sein. Mit derartigen angepassten Formen kann die Erfindung z. B. in beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden oder z. B. auf hohe mechanische Belastungen ausgelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Gelenkelemente als Kugelschalen bzw. Teilkugelschalen ausgebildet. Dabei wird eine Teilkugelschale vorzugsweise größer als eine Halbkugel ausgebildet, so dass eine innere Teilkugelschale in einer äußeren Teilkugelschale unverlierbar gehalten ist. Ein derartiger Aufbau kann insbesondere durch Sintern erreicht werden, wobei die Teilkugelschalen gemeinsam, vorzugsweise im Montagezustand, gefertigt werden.
Der Aufbau mit Teilkugelschalen hat den Vorteil einer besseren Kraftverteilung, wodurch einem Aufspreizen des Gelenks bei Belastung entgegengewirkt ist. Durch den Aufbau mit Kugelschalen und die sich dadurch ergebende gleichmäßige Kraftverteilung im Betrieb kann eine belastbare Gelenkvorrichtung insbesondere auch aus Kunststoff hergestellt werden. Die Gelenkvorrichtung kann auch aus Metall, Metalllegierungen und geeigneten Sintermaterialien hergestellt sein.
Um den Verstellwinkel der Abtriebswelle relativ zur Antriebswelle zu begrenzen, ist ein Verstellanschlag vorgesehen, der - unabhängig von der Verstellrichtung - den Verstellbereich des freien Endes der Abtriebswelle begrenzt. Zweckmäßig wird der Verstellanschlag zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle ausgebildet. In besonderer Ausgestaltung des Verstellanschlags ist vorgesehen, dass ein Öffnungsrand einer an der Abtriebswelle gehaltenen Kugelschale den Verstellanschlag bildet, der mit der Antriebswelle zusammenwirkt. Die Kugelschale übergreift das - vorteilhaft mit der Antriebswelle verbundene - äußere Gelenkelement und schlägt bei Erreichen des maximal zulässigen Verstellwinkels mit ihrem Öffnungsrand an der Antriebswelle an.
Wird das äußere Gelenkelement durch eine äußere Teilkugelschale gebildet, die durch eine an der Abtriebswelle gehaltene Kugelschale übergriffen wird, ergibt sich ein gekapseltes Gelenk. Die Kugelschale der Antriebswelle verschließt die Gelenkvorrichtung beweglich. Wird nun - z. B. durch eine hohle Antriebswelle oder eine hohle Abtriebswelle - Druckluft in die Gelenkvorrichtung eingeblasen, kann in einfacher Weise eine innere Verschmutzung des Gelenkes verhindert werden. Das Einblasen von z. B. Druckluft kann regelmäßig oder unregelmäßig erfolgen; in jedem Fall wird einer inneren Verschmutzung des Gelenkes entgegengewirkt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht auf die Gelenkvorrichtung nach Fig. 1 mit abgenommener Antriebswelle,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch die Gelenkvorrichtung längs der Linie
III-III in Fig. 1, einen schematischen Schnitt durch die Gelenkvorrichtung längs der Linie IV-IV in Fig. 3, eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung, eine Seitenansicht auf die Gelenkvorrichtung nach Fig. 5, eine Draufsicht auf die Gelenkvorrichtung nach Fig. 5 mit entferntem Zwischenring und entfernter Abtriebswelle,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung nach Fig. 5 mit demontiertem äußerem Gelenkring,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung nach Fig. 5 mit demontiertem äußeren Gelenkring und Zwischenring,
Fig. 10 in perspektivischer Darstellung eine Ansicht des Zwischenrings der
Gelenkvorrichtung nach Fig. 5,
Fig. 11 in perspektivischer Darstellung einen Teilschnitt durch den äußeren
Gelenkring der Gelenkvorrichtung nach Fig. 5,
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung in der zweiten
Ausführungsform,
Fig. 13 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer aus mehreren
Kugelschalen aufgebauten Gelenkvorrichtung, einen schematischen Horizontalschnitt durch die Gelenkvorrichtung nach Fig. 13, eine Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung nach Fig. 14, eine Seitenansicht auf die Gelenkvorrichtung nach Fig. 15 mit maximalem Verstellwinkel von etwa 50°, eine Seitenansicht auf ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung mit Koppelelement, einen schematischen Schnitt durch die Gelenkvorrichtung nach Fig. 17 längs der Linie XVIII-XVIII, einen schematischen Schnitt durch die Gelenkvorrichtung nach Fig. 17 längs der Linie XIX-XIX, eine schematische perspektivische Ansicht auf die Gelenkvorrichtung nach Fig. 17 mit abgenommener Antriebswelle, eine schematische Ansicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gelenkvorrichtung mit einem durchgesteckten Rohr als Abtriebswelle, einen schematischen Schnitt durch die Gelenkvorrichtung nach Fig. 22.
In der Gelenkvorrichtung 1 der Figuren 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Gelenk 3 gezeigt, welches zwei Gelenkelemente 110 und 130 zeigt. Das erste Gelenkelement 110 ist als äußeres Gelenkelement in Form einer äußeren Kugelschale 53 ausgebildet, wobei die Kugelschale 53 größer als eine Halbkugel gestaltet ist. Die Öffnungsweite 100 der äußeren Kugelschale 53 ist bevorzugt kleiner als ihr größter Durchmesser.
Innerhalb der äußeren Kugelschale 53 ist eine innere Kugelschale 51 als inneres Gelenkelement 130 angeordnet. Der Außendurchmesser der inneren Kugelschale 51 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der äußeren Kugelschale 53. Etwa auf Höhe des größten Durchmessers der äußeren Kugelschale 53 sind Lager 42 vorgesehen, in die Lagerbolzen 12 bzw. 13 der inneren Kugelschale 51 (Fig. 4) eingreifen. Die Lager 42 des äußeren Gelenkelements 110, im Ausfuhrungsbeispiel der äußeren Kugelschale 53, liegen auf einem gemeinsamen, äußeren Kreis 210, wie Fig. 4 zeigt. Die innere Kugelschale 51 hat eine Öffnungsweite, die vorzugsweise kleiner ist als ihr größter Durchmesser.
Innerhalb der inneren Kugelschale 51, also des inneren Gelenkelementes 130, ist die Abtriebswelle 8 gelenkig angebunden. Wie in den Figuren 3 und 4 zu erkennen, endet die Abtriebswelle 8 in einer Kugel 50, die innerhalb der Kugelschale 51 des inneren Gelenkelementes 130 aufgenommen ist. Die Kugel 50 greift mit Lagerbolzen 32, 33 in Lager 43 ein, die in der Wandung des inneren Gelenkelementes 130, im Ausführungsbeispiel in der Kugelschale 51 , gehalten sind. Die Lager 43 des inneren Gelenkelements 130, im Ausführungsbeispiel der inneren Kugelschale 51, liegen auf einem gemeinsamen inneren Kreis 230, wie Fig. 4 zeigt.
Die Antriebswelle 2 ist drehfest mit der Kugelschale 53 des äußeren Gelenkelementes 110 verbunden, so dass über die Lager 42 der Kugelschale 53 die Antriebswelle 2 über das äußere Gelenkelement 110 und die äußere Gelenkachse 10 an dem inneren
Gelenkelement 130 gehalten ist. Das innere Gelenkelement 130 ist über die innere Gelenkachse 30 mit der Abtriebswelle 8 gekoppelt, wodurch eine drebmoment- übertragende Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 8 gebildet ist. Dabei kann, wie in Fig. 3 dargestellt, die Abtriebswelle 8 gegenüber der Antriebswelle 2 um die Winkel 45 abgeknickt werden. Jeder Winkel 45 kann bis zu 25°be- tragen, so dass ein Verstellwinkel 44 von insgesamt etwa 50° gegeben sein kann.
Durch die verschachtelte Anordnung der Kugelschalen 51, 53 ineinander liegen die Gelenkelemente 110, 130 auf ineinander liegenden Kreisen 210, 230, d. h., das innere Gelenkelement 130 ist innerhalb des äußeren Gelenkelementes 110 aufgenommen. In der Schnittdarstellung nach Fig. 4, in der das Gelenk 3 nicht ausgelenkt ist, also der Verstellwinkel "Null" ist, liegen die Kreise 210, 230 konzentrisch ineinander. Bei einer rotierenden Antriebswelle 2 bewegen sich die Lager 42 auf dem äußeren Kreis 210 und die Lager 43 auf dem inneren Kreis 230. Bei einem Verstellwinkel 44 zwischen der Abtriebswelle 8 und der Antriebswelle 2 werden sich die Lager 42, 43 weiter auf ihren zugeordneten Kreisen 210, 230 bewegen, wobei - unabhängig vom Verstellwinkel - der innere Kreis 230 der Lager 43 immer innerhalb der Bewegungsbahn der Lager 42 auf dem äußeren Kreis 230 liegen wird. Dadurch ist eine gleichmäßige Drehbewegung auch unter großen Verstellwinkeln gegeben. Die mechanische Belastung des Gelenks 3, insbesondere der Lager 42, 43, ist auch bei großen Verstellwinkeln gering. Eine Kollision der Lager bei einer auszuführenden Drehbewegung ist vermieden.
Der Verstellwinkel 44 ist durch einen Verstellanschlag 60 begrenzt. Der Verstellanschlag 60 wird vom Öffnungsrand 61 einer Kugelschale 54 gebildet, die das Gelenk 3 abdeckt. Die Kugelschale 54 ist vorteilhaft an der Abtriebswelle 8 festgelegt und übergreift die äußere Kugelschale 53, also das äußere Gelenkelement 110. Die Kugelschale 54 kann größer als eine Halbkugel ausgebildet sein, wobei ihr Öffnungsdurchmesser vorzugsweise geringfügig kleiner ist als der maximale Außendurchmesser der äußeren Kugelschale 53. Um den Verstellanschlag auszubilden, wird die Größe der Kugelschale 54 und der Außendurchmesser der Antriebswelle 2 aufeinander abgestimmt. Der Öffnungsrand 61 wirkt mit dem Außenumfang der Antriebswelle 2 zusammen; vorteilhaft wird bei einem zweiachsigen Gelenk eine Neigungsbegrenzung von +/- 23,5° zur nächsten Kugelschale konstruktiv vorgegeben, so dass sich ein Verstellwinkel 44 bzw. ein Gesamtneigungswinkel von 47° ergibt.
Anstelle von Kugelschalen können auch Gelenkringe 11, 21 und 31 vorgesehen sein, wie am nachfolgenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
In Fig. 5 ist eine Gelenkvorrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform gezeigt, die z. B. an einer Achse vorgesehen sein kann. Diese Achse kann die Achse eines
Manipulators, eines Roboters oder dgl. Gerätes sein. Die Gelenkvorrichtung 1 des gezeigten Ausfuhrungsbeispiels besteht aus einer Antriebswelle 2, einem Gelenk 3 und einer über das Gelenk 3 an der Antriebswelle 2 gehaltenen Abtriebswelle 8, die z. B. einen Stellarm bildet. Der Abtriebswelle 8 ist über das Gelenk 3 gegenüber der Antriebswelle 2 in allen drei Raumrichtungen x, y und z verstellbar.
Wie in den Fig. 5, 13 und 19 gezeigt, ist das Gelenk 3 in dem Ausführungsbeispiel als mehrfaches Gelenk ausgebildet, welches drei Gelenkelemente 110, 120, 130 und drei Gelenkachsen 10, 20 und 30 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Gelenkachsen 10, 20 und 30 des Gelenkes 3 in einer gemeinsamen Ebene 4 (Fig. 2); dabei kann es ausreichend sein, wenn etwa eine gemeinsame Ebene gebildet ist, also ein geringer Abstand zwischen den Gelenkachsen gegeben ist. Es kann vorteilhaft sein, die Gelenkachsen 10, 20, 30 konstruktiv in unterschiedlichen Ebenen anzuordnen. Die Ebenen können zueinander parallel liegen.
Das äußere Gelenkelement 110 kann auch als erstes Gelenkelement, das innere
Gelenkelement 130 kann auch als drittes Gelenkelement und das weitere Gelenkelement 120 als zweites Gelenkelement bezeichnet werden. Wie Fig. 6 zeigt, liegt das Zentrum 5 der möglichen Schwenkbewegungen der Abtriebswelle 8 in der Ebene 4 auf einer Mittelsenkrechten 6, die eine Längsmittelachse eines Zylinderkörpers 7 bildet. An einem Ende des Zylinderkörpers 7 ist im Ausfuhrungsbeispiel nach den Figuren 5 bis 12 ein äußerer Gelenkring 11 festgelegt. Der Zylinderkörper 7 mit dem an seinem Ende befestigten äußeren Gelenkring 11 bildet die Antriebswelle 2 oder, allgemeiner ausgedrückt, einen Grundträger. Der Gelenkring 11 ist dabei zweckmäßig einteilig mit dem Zylinderkörper 7 ausgebildet und bildet das äußere Gelenkelement 110.
Innerhalb des äußeren Gelenkrings 11 liegt, mit geringem radialen Abstand a, ein Zwischenring 21, der über Lagerbolzen 12, 13 (Fig. 4) am äußeren Gelenkring 11 verschwenkbar gehalten ist. Die Lagerbolzen 12, 13 liegen einander diametral gegenüber und bilden die erste Gelenkachse 10. Die Lager der Lagerbolzen 12, 13 liegen auf einem gemeinsamen, äußeren Kreis 210. Der Zwischenring 21 bildet das weitere Gelenkelement 120.
Innerhalb eines Zwischenrings 21 liegt ein innerer Gelenkring 31 , der über Lagerbolzen 22 und 23 am Zwischenring 21 verschwenkbar gehalten ist. Die Lager der Lagerbolzen 22, 23 liegen auf einem gemeinsamen Zwischenkreis 220. Der innere Gelenkring 31 liegt mit einem Abstand b zum Innenradius des Zwischenrings 21 , wodurch ein Eingriffsraum 9 für ein Anschlussende 18 der Abtriebswelle 8 gebildet ist, die auch allgemein als Stellarm bezeichnet werden kann. Der innere Gelenkring 31 bildet das innere Gelenkelement 130.
Das Anschlussende 18 der Abtriebswelle 8 umgreift den inneren Gelenkring 31 , wobei im inneren Gelenkring 31 gehaltene Lagerbolzen 32 und 33 in die freien Schenkel des U- förmigen Anschlussendes 18 eingreifen, wodurch die Abtriebswelle 8 um eine dritte Gelenkachse 30 verschwenkbar am inneren Gelenkring 31 gehalten ist. Die Lager der Lagerbolzen 32, 33 liegen auf einem gemeinsamen, inneren Kreis 230. Der innere Gelenkring 31 kann alternativ als ausgefüllter Ring oder Scheibe ausgeführt sein oder aber auch als vollständige Kugel 50, wie beispielhaft in Fig. 14 gezeigt ist. Wird der Gelenkring 31 als außen liegender Gelenkring gestaltet, kann das Anschlussende 18 als eine innen liegende Kugel 50 mit einer angeflanschten Abtriebswelle 8 ausgebildet sein.
Die Anordnung der Gelenkachsen 10, 20 und 30 ist - wie Fig. 7 zeigt - derart vorgesehen, dass sich die Gelenkachsen 10, 20, 30 im Zentrum 5 des Gelenkes 3 schneiden. In Umfangsrichtung liegen die Gelenkachsen 10, 20, 30 bzw. ihre Lagerstellen 12, 13; 22, 23; 32, 33 mit einem Winkelabstand 16 zueinander; der Winkelabstand 16 beträgt bevorzugt 60° Umfangswinkel bei einem dreiachsigen Gelenk. Der Achsabstand liegt bei vorzugsweise 120°. Die Kreise 210, 220, 230 der Lagerstellen 12, 13; 22, 23; 32, 33 haben jeweils einen Kreismittelpunkt, der vorteilhaft im Zentrum 5 der Gelenkvorrichtung liegt. Der äußere Kreis 210 umgibt konzentrisch den Zwischenkreis 220, der Zwischenkreis 220 umgibt konzentrisch den inneren Kreis 230. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 2 bewegen sich - unabhängig vom Verstellwinkel - die Lager auf voneinander getrennten, kreisförmigen Bewegungsbahnen, die den Kreisen 210, 220, 230 entsprechen.
Die Anzahl der Gelenkachsen entspricht dem Teiler von 180° durch den Umfangswinkel, mit dem die Gelenkachsen mit Abstand zueinander angeordnet werden. Bei zwei Gelenkachsen also 90° (180/2), bei drei Gelenkachsen also 60° (180/3), bei vier Gelenkachsen also 45° (180/4), bei fünf Gelenkachsen 36° (180/5) usw.
Die Gelenkachsen 10, 20, 30 liegen - unabhängig von der Anzahl der Gelenkachsen - bezogen auf das Zentrum 5 des Gelenkes 3 mit gleichen Winkelabständen 16 zueinander. Die Gelenkachsen 10, 20, 30 spannen dabei eine gemeinsame Ebene 4 auf, auf der die Längsmittelachse 6 der Antriebswelle 2 lotrecht steht. Der Durchstoßpunkt der Längsmittelachse 6 durch die Ebene 4 ist zugleich das Zentrum 5 des Gelenkes 3. Durch die Gestaltung des erfindungsgemäßen Gelenkes 3 mit drei Gelenkachsen 10, 20, 30 lässt sich die Abtriebswelle 8 jeweils um die Gelenkachsen 10, 20, 30 verschwenken, wodurch das Abtriebswellenende 28 jeden beliebigen Punkt einer Kugelkappe 17 anfahren kann, deren Mittelpunkt das Zentrum 5 des Gelenkes 3 ist. Der Öffnungswinkel 15 der Kugelkappe kann bis zu 160° betragen, wodurch ein großer Arbeitsbereich des Stellarms bzw. der Abtriebswelle 8 gegeben ist.
Die Schwenkbewegung der Abtriebswelle 8 um die dritte Gelenkachse 30 ist durch Anschlagen an den inneren Rand 24 des Zwischenrings 21 begrenzt.
Der Verschwenkwinkel des inneren Gelenkrings 31 relativ zum Zwischenring 21 ist durch Drehanschläge 34 begrenzt. Wie Fig. 9 zeigt, ist am inneren Gelenkring 31 im Bereich der Lagerbolzen 32 und 33 jeweils ein Drehanschlag 34 ausgebildet. Der Drehanschlag erstreckt sich vorteilhaft über 180°, bildet somit in Ansicht zweckmäßig einen Halbkreis.
Den Drehanschlägen 34 am inneren Gelenkring 31 sind Gegenanschläge 35 am
Zwischenring 21 zugeordnet. Der Gegenanschlag 35 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel über etwa 60° bis 120° Umfangswinkel um den Lagerbolzen 22 bzw. 23 herum.
In ähnlicher Weise trägt der Zwischenring 21 im Bereich seiner Lagerbolzen 12, 13 einen Drehanschlag 25, der sich über etwa 180° um den Lagerbolzen 12 bzw. 13 erstreckt. Wie Fig. 11 zeigt, ist am äußeren Gelenkring 11 im Bereich der Lagerbolzen 12 (Fig. 11) ein Gegenanschlag 14 vorgesehen, der Anschlagflächen 19 für den Drehanschlag 25 des Zwischenrings 21 ausbildet. Der Gegenanschlag 14 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von etwa 60° bis 120° um den Lagerbolzen 12 herum, so dass die Anschlagflächen 19 in einem Winkelabstand von z. B. 80° bis 120° zueinander liegen. Bei einem zweiachsigen Gelenk und einem klein bauenden Lager kann der Winkelabstand eine Größe von bis zu 160° haben. Die Lage der Drehanschläge und der Gegenanschläge zur Begrenzung der Schwenkbewegung um die Gelenkachsen 10 und 20 ist so vorgesehen, dass der Zwischenring und der Gelenkring aus einer Lage in der Ebene 4 sowohl rechts herum um die eine Drehrichtung als auch links herum um die andere Drehrichtung mit etwa gleichem Winkel verschwenkt werden können.
Es kann zweckmäßig sein, die Drehanschläge für die Schwenkbewegungen durch eine konstruktive Gestaltung des äußeren Randes eines Gelenkringes zu bilden.
Die Antriebswelle 2 bzw. der Grundträger kann, wie in Fig. 12 dargestellt, in einer Aufnahmehülse 40 des Manipulators bzw. des Roboters fixiert und durch entsprechende Stellmotoren bewegt werden.
Die konstruktive Gestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung 1 ist auch mit anderen geometrischen Formen möglich als mit Gelenkringen. Als eines von weiteren möglichen Ausführungsbeispielen ist in den Figuren 13 bis 16 der Aufbau einer weiteren Gelenkvorrichtung 1 aus Kugelschalen dargestellt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Grundaufbau dem zweiten Ausführungsbeispiel mit Gelenkringen nach den Figuren 5 bis 12, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Die jeweils verwendeten Kugelschalen 51, 52, 53 weisen Öffnungen mit einer
Öffnungsweite 100 auf, die jeweils kleiner ist als der maximale Durchmesser der jeweiligen Kugelschale 51, 52, 53. Die Abtriebswelle 8 ist im Zentrum 5 des Gelenkes 3 mit einer innen liegenden Kugel 50 angebunden. Um ein niedriges Gewicht zu erzielen und die Fertigung zu vereinfachen, können die Kugelschalen 51 , 52, 53, 54 mit einem wabenförmigen Muster ausgebildet sein.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 bis 12 weist das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 13 bis 16 drei Gelenkelemente 110, 120 und 130 auf. Im Vergleich mit dem Ausfuhrungsbeispiel nach den Fig. 5 bis 12 entspricht das innere Gelenkelement 130 dem inneren Gelenkring 31 ; das äußere Gelenkelement 110 entspricht dem äußeren Gelenkring 11. Zwischen dem äußeren Gelenkelement 110 und dem inneren Gelenkelement 130 ist das weitere Gelenkelement 120 angeordnet, welches eine weitere Gelenkachse 20 bildet. Dadurch ergibt sich eine Gelenkvorrichtung 1 mit einem Gelenk 3 aus dem äußeren Gelenkelement 110 als Kugelschale 53, dem inneren Gelenkelement 130 als Kugelschale 51 und dem weiteren Gelenkelement 120 als weitere Kugelschale 52. Aufgrund der drei Gelenkachsen 10, 20, 30 ergibt sich in Umfangsrichtung um das Zentrum 5 des Gelenkes 3 ein Winkelabstand 16 von 60° zwischen den Gelenkachsen 10, 20 und 30. Dadurch kann z. B. ein Verstellwinkel 44 von bis zu 80° erreicht werden.
In Fig. 16 ist der Verstellwinkel 44 dargestellt; auch hier wird deutlich, dass der Öffnungsrand 61 einen Verstellanschlag 60 bildet, der mit dem Außenumfang der Antriebswelle 2 zusammenwirkt und den Verstellwinkel 44 konstruktiv begrenzt.
Das in Fig. 14 im Schnitt gezeigte Gelenk 3 weist Kugelschalen 51 und 52 auf, die Durchbrüche in dem Kugelmantel zeigen. Diese Kugelschalen können auch als skelettierte Kugelschalen bezeichnet werden.
Die in der Wand der Kugelschale 53 vorgesehenen Lager bewegen sich auf einer Bewegungsbahn längs eines äußeren Kreises 210 (Fig. 13). Die in der Wand der Kugelschale 52 vorgesehenen Lager bewegen sich auf einer Bewegungsbahn längs eines Zwischenkreises 220. Die in der Wand der Kugelschale 51 vorgesehenen Lager bewegen sich auf einer Bewegungsbahn längs eines inneren Kreises 230 (Fig. 13). Die Kreise 210, 220, 230 haben jeweils einen Kreismittelpunkt, der vorteilhaft im Zentrum 5 der Gelenkvorrichtung 1 liegt. Der äußere Kreis 210 umgibt konzentrisch den
Zwischenkreis 220, der Zwischenkreis 220 umgibt konzentrisch den inneren Kreis 230. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 2 bewegen sich - unabhängig vom Verstellwinkel - die Lager auf voneinander getrennten, kreisförmigen Bewegungsbahnen, die den Kreisen 210, 220, 230 entsprechen.
Wie die Figuren 15 und 16 zeigen, können in den Kugelschalen, insbesondere der abdeckenden Kugelschale 54 der Abtriebswelle 8 sowie der äußeren Kugelschale 51 der Antriebswelle 2 Durchbrüche, Löcher oder dgl. vorgesehen sein. Wird über die vorzugsweise hohl ausgebildete Antriebswelle 2 und/oder Abtriebswelle 8 Luft, z. B. Druckluft, in die Gelenkvorrichtung eingeblasen, kann diese über die verschiedenen Öffnungen entweichen. Das Einblasen der Druckluft kann regelmäßig, unregelmäßig oder kontinuierlich erfolgen; in jedem Fall wird einer Verschmutzung des Gelenkes entgegengewirkt, da Umgebungsschmutz nicht über die Bewegungsspalte zwischen der abdeckenden Kugelschale 54 und der äußeren Kugelschale 53 eintreten kann.
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung zeigen die Figuren 17 bis 20. Der Aufbau des Gelenks 3 aus drei Kugelschalen entspricht dem nach dem Ausführungsbeispiel der Figuren 13 bis 16, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Wie die Figuren 17 bis 20 zeigen, ist innerhalb des Gelenkes 3 ein Koppelelement 70 vorgesehen, welches das weitere Gelenkelement 120, im Ausführungsbeispiel die weitere Kugelschale 52, stellungsabhängig mit einem Gelenkelement koppelt. Wie Fig. 19 zeigt, ist das Koppelelement 70 als Schwenkhebel 71 ausgebildet, der in einem Lager 72 des äußeren Gelenkelementes 110 verschwenkbar gehalten ist. Der Schwenkhebel 71 greift mit Schwenkarmen 73 und 75 zwischen die Kugelschalen. Ein erster, innerer Schwenkarm 73 greift in einen Spalt 74 zwischen der weiteren Kugelschale 52 bzw. dem inneren Gelenkelement 120 und der äußeren Kugelschale 53 bzw. dem äußeren Gelenkelement 110. Der Gelenkarm ist dem Radius des Spalts 74 angepasst geformt und greift mit einem Fortsatz 76 in einen Führungsschlitz 77 des weiteren Gelenk- elementes 120 ein, d. h. in die weitere Kugelschale 54 ein. Der Führungsschlitz 77 verläuft etwa auf Höhe der Ebene 4, die durch die Gelenkachsen 10, 20, 30 bestimmt ist. Die Schwenkachse 80 des Schwenkhebels 71 liegt bevorzugt in der Ebene 4; die Schwenkachse verläuft durch das Zentrum des Gelenks 3.
Der Schwenkarm 75 hat eine größere Länge als der Schwenkarm 73, so dass die Kopplung mit einem Übersetzungsverhältnis ausgeführt ist. Bevorzugt ist ein Übersetzungsverhältnis von 1 :2 vorgesehen. Die Länge des Schwenkarms 75 ist doppelt so groß wie die Länge des Schwenkarms 73. Der Kugelschale 52 wird über das Koppelelement 70 an der Kugelschale 54 geführt, so dass die zwischen der äußeren Kugelschale 53 und der inneren Kugelschale 51 liegende Kugelschale 52 immer eine definierte Stellung einnimmt.
Auf der äußeren Seite der äußeren Kugelschale 51 bzw. des äußeren Gelenkelementes 110 erstreckt sich der zweite Schwenkarm 75 in einem Spalt 78 zwischen der abdeckenden Kugelschale 54 und der äußeren Kugelschale 53 bzw. dem äußeren
Gelenkelement 110. Der Schwenkarm 75 greift mit einem Fortsatz 79 in einen
Führungsschlitz 81 ein, der in der abdeckenden Kugelschale 54 ausgebildet ist. Der Führungsschlitz 81 liegt auf Höhe der Ebene 4 und erstreckt sich in Umfangsrichtung der Kugelschale 54 etwa auf deren größtem Durchmesser.
Wie die Figuren 18 bis 20 zeigen, sind zwei Schwenkhebel 71 und 7Γ vorgesehen, die - bezogen auf das Zentrum 5 des Gelenkes 3 - einander diametral gegenüberliegen. Zwei Schwenkhebel ergeben eine redundante Kopplung; eine Ausführung mit nur einem Koppelelement bzw. einem Schwenkhebel kann grundsätzlich ausreichend sein. Anstelle eines Schwenkhebels kann auch ein Federelement als Koppelelement angeordnet werden. Durch die auf Höhe der Gelenkachsen 10, 20, 30 im äußeren Gelenkelement 110 gelagerten Schwenkhebel 71, 71' wird erreicht, dass bei einer Drehrichtungsumkehr das Spiel des Gelenks 3 minimiert ist.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 21 und 22 ist eine Variante zu der Gelenkvorrichtung mit einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 8 gezeigt. Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 21 und 22 erfolgt der Antrieb des Gelenks 3 über einen Zahnriemenrad 90, welches am Außenumfang des äußeren Gelenkelementes 110 angreift. Anstelle eines Zahnriemenrades 90 kann auch ein Zahnrad als Teil eines Getriebes vorgesehen sein. Die Abtriebswelle 8 ist durch ein Rohr 88 gebildet, welches durch das Gelenk 3 hindurchgesteckt ist. Die Steckaufnahme 91 ist über Zapfen 92 und 93 in einem inneren Gelenkelement 130 verschwenkbar gehalten; das innere Gelenkelement 130 ist über Lagerbolzen 12 und 13 im äußeren Gelenkelement 110 verschwenkbar gehalten. Die Ausführungsform entspricht somit im Prinzip dem Aufbau des zweiachsigen Auslegung der der nach dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4. Der Verstellwinkel 44 ist begrenzt durch den Öffnungsrand 61 der abdeckenden Kugelkappe 99, die in einen umlaufenden Schlitz 96 zwischen dem äußeren Gelenkelement 110 und dem antreibenden Zahnrad 90 eintaucht.
Werden mehrere Gelenkachsen 10, 20, 30 oder mehr vorgesehen, können folgende Vorteile gegeben sein:
1. Die Verschwenkwinkel pro Gelenkachse werden geringer;
2. Die Geschwindigkeiten bei der Umlenkung am Scheitelpunkt der Gelenkachsen werden geringer;
3. Die Drehmöglichkeit des Gelenks bei großem Öffnungswinkel wird sehr weich, d. h., man kann sehr sanft und ruckfrei drehen.
Der Winkel der Gelenkachsen kann um 180 Grad/ Anzahl Gelenkachsen ausgelegt sein, d. h. 180/3 = 60° Achsversatz, wenn die vollen 360°gedreht werden sollen. Wird das Gelenk in der Anwendung weniger als 360 Grad gedreht, also nur eine Hin- und Her- Bewegung ausgeführt, kann in diesem Spezialfall ein kleinerer Winkel sinnvoll sein.
Der Winkel versatz teilt sich zwischen den einzelnen Gelenkringen 10, 20, 30, den Kugelschalen 51, 52, 53 oder den verwendeten geometrischen Formen auf. Dies bedeutet, dass bei einem Öffnungswinkel des Gelenkes 3 von 100 Grad ein Einzelwinkel von maximal 40° durchfahren werden muss.
Um auch bei leichten Drehungen sauber drehen zu können, werden die einzelnen Gelenkelemente wie die Gelenkringe 10, 20, 30, die Kugelschale 51, 52, 53, 54 oder dgl. geometrische Formen gefedert zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass durch eine Feder die Gelenkelemente vorzugsweise in einer 0° Ruhestellung gehalten werden. Erhöht sich der Öffnungswinkel des Gelenkes, werden durch die Feder die Winkel aller Gelenkelemente vorgespannt, bis der Drehanschlag das nächste Gelenkelement endgültig weiterschiebt. Dadurch sind alle Gelenkelemente in den meisten Betriebslagen immer in der richtigen Stellung, damit der eingestellte Gesamtöffnungswinkel jederzeit optimal zwischen den Gelenkelementen aufgeteilt ist.
Eine feste Abdeckung des offenen Gelenkes ist bei dem erfindungsgemäßen Aufbau einfach möglich, so dass eine Verschmutzung des Gelenkes wirkungsvoll verhindert werden kann.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann die Gelenkvorrichtung wie ein Kardan als Doppel-Gelenk kaskadiert werden. Dabei sind zwei Gelenke durch ein Rohr verbunden, wobei die Gelenkachsen dann nicht in einer Ebene liegen.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die paarweise eine Gelenkachse 10, 20, 30 bildenden Lager auf jeweils einem Kreis 210, 220, 230 liegen, wobei ein äußerer Kreis 210 einen inneren Kreis 230 konzentrisch umgibt. Ein eventuell vorhandener Zwischenkreis 220 liegt konzentrisch zwischen dem äußeren Kreis 210 und dem inneren Kreis 230. Vorzugsweise liegen die Mittelpunkte aller Kreise 210, 220, 230 eines Gelenkes 3 im Zentrum 5 des Gelenks 3.

Claims

Ansprüche
1. Gelenkvorrichtung an einem Antrieb, insbesondere an einem Manipulator wie einem Roboter oder dgl., bestehend aus einer Antriebswelle (2) und einer über ein Gelenk (3) gehaltenen Abtriebswelle (8), die in allen Raumrichtungen verstellbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (3) aus mindestens einem ersten Gelenkelement (130) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern (43) und einem zweiten Gelenkelement (110) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Lagern (42) besteht, wobei die Lager (43) des ersten Gelenkelementes (130) auf einem gemeinsamen ersten Kreis (230) liegen und eine erste Gelenkachse (30) bilden und die Lager (42) des zweiten Gelenkelementes (110) auf einem gemeinsamen zweiten Kreis (210) liegen und eine zweite Gelenkachse (10) bilden.
2. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkelement (130) ein inneres Gelenkelement (130) bildet und das zweite Gelenkelement (110) ein äußeres Gelenkelement (110) bildet, und dass der erste, innere Kreis (230) einen geringeren Durchmesser (Di) aufweist als der zweite, äußere Kreis (210).
3. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen (10, 30) und vorzugsweise die Kreise (210, 230) in einer gemeinsamen Ebene (4) liegen und sich die Gelenkachsen (10, 30) in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden, der das Zentrum (5) des Gelenkes (3) bildet.
4. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) über das zweite, äußere Gelenkelement (110) und die zweite, äußere Gelenkachse (10) an dem ersten, inneren Gelenkelement (130) gehalten ist, und das erste, innere Gelenkelement (130) über die erste, innere Gelenkachse (30) mit der Abtriebswelle (8) gekoppelt ist.
5. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gelenkelement (110) mechanisch fest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.
6. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (110, 130) ineinander liegen, derart, dass das erste, innere Gelenkelement (130) innerhalb des zweiten, äußeren Gelenkelementes (110) liegt.
7. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten, äußeren Gelenkelement (110) und dem ersten, inneren Gelenkelement (130) mindestens ein weiteres Gelenkelement (120) mit einer weiteren Gelenkachse (20) angeordnet ist.
8. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Gelenkelement (120) um die zweite, äußere Gelenkachse (10) schwenkbar am zweiten, äußeren Gelenkelement (110) gehalten ist, und das erste, innere Gelenkelement (130) um die weitere Gelenk- achse (20) schwenkbar am weiteren Gelenkelement (120) gehalten ist.
9. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Gelenkelement (120) über ein Koppelelement (70) stellungsabhängig mit einem Gelenkelement (110) verbunden ist.
10. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (70) ein Schwenkhebel (71) ist, der im zweiten, äußeren Gelenkelement (110) gelagert ist und mit einem Führungsende (76) in einen Führungsschlitz (77) des benachbarten Gelenkelementes (120) eingreift.
11. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen (10, 20, 30) in Umfangsrichtung um das Zentrum (5) des Gelenks (3) mit gleichem Winkelabstand (16) zueinander liegen.
12. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (110, 120, 130) durch Gelenkringe (11, 21, 31) gebildet sind.
13. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkelemente (110, 120, 130) als Teilkugelschalen (51, 52, 53) ausgebildet sind, und eine Teilkugelschale (51, 52, 53) vorzugsweise größer als eine Halbkugel ausgebildet ist.
14. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellwinkel (44) der Abtriebswelle (8) relativ zur Antriebswelle (2) durch einen Verstellanschlag (60) begrenzt ist, wobei der Verstellanschlag (60) vorzugsweise zwischen der Abtriebswelle (8) und der Antriebswelle (2) ausgebildet ist.
15. Gelenkvorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellanschlag (60) von dem Öffnungsrand (81) einer an der Abtriebswelle (8) gehaltenen Kugelschale (54) gebildet ist, die das äußere Gelenkelement (110) übergreift und zur Begrenzung des Verstellwinkels (44) mit ihrem Öffnungsrand (61) an der Antriebswelle (2) anschlägt.
16. Gelenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (8) eine Kugelschale (54) trägt, die die Gelenkvorrichtung (1) beweglich abdeckt.
PCT/EP2014/003453 2013-12-21 2014-12-20 Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle WO2015090614A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14821077.6A EP3084246A1 (de) 2013-12-21 2014-12-20 Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013021830.6 2013-12-21
DE102013021830.6A DE102013021830A1 (de) 2013-12-21 2013-12-21 Gelenkvorrichtung an einem Manipulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015090614A1 true WO2015090614A1 (de) 2015-06-25

Family

ID=52273080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/003453 WO2015090614A1 (de) 2013-12-21 2014-12-20 Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3084246A1 (de)
DE (1) DE102013021830A1 (de)
WO (1) WO2015090614A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2540339A (en) * 2015-06-11 2017-01-18 Punk Couplings Ltd Nuts and bolts

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2531994B (en) * 2014-10-15 2020-06-24 Cmr Surgical Ltd Surgical articulation
CN108673562B (zh) * 2018-05-31 2021-07-13 哈尔滨理工大学 一种基于球齿轮齿盘机构的迎宾机器人头颈部结构
CN109331379B (zh) * 2018-11-18 2020-07-17 温州安普消防科技有限公司 一种消防设备的远端控制方法和控制系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4452654A (en) * 1982-05-28 1984-06-05 General Dynamics, Pomona Division Method of assembling a gyroscope gimbal fixture
US5215386A (en) * 1990-04-04 1993-06-01 Mpb Corporation Gimbal bearing
US5728004A (en) * 1994-07-06 1998-03-17 Chrysler Corporation Universal joint with layered bushings
WO2005000623A2 (en) * 2003-06-24 2005-01-06 Imperial College Innovations Limited Drive system and method
WO2010022932A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 SGF SüDDEUTSCHE GELENKSCHEIBENFABRIK GMBH & CO. KG Kreuzgelenk zum verbinden zweier wellenabschnitte

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4452654A (en) * 1982-05-28 1984-06-05 General Dynamics, Pomona Division Method of assembling a gyroscope gimbal fixture
US5215386A (en) * 1990-04-04 1993-06-01 Mpb Corporation Gimbal bearing
US5728004A (en) * 1994-07-06 1998-03-17 Chrysler Corporation Universal joint with layered bushings
WO2005000623A2 (en) * 2003-06-24 2005-01-06 Imperial College Innovations Limited Drive system and method
WO2010022932A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 SGF SüDDEUTSCHE GELENKSCHEIBENFABRIK GMBH & CO. KG Kreuzgelenk zum verbinden zweier wellenabschnitte

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2540339A (en) * 2015-06-11 2017-01-18 Punk Couplings Ltd Nuts and bolts
GB2540339B (en) * 2015-06-11 2020-09-30 Punk Couplings Ltd Nuts and bolts

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013021830A1 (de) 2015-06-25
EP3084246A1 (de) 2016-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2802572C2 (de) Homokinetisches Doppelgelenk für große Beugewinkel
DE602005004453T2 (de) Gelenkmechanismus mit zwei Aktuatoren für eine Roboterhand und dergleichen
DE102005058423B4 (de) Steuerknüppel für ein elektrohydraulisches Steuersystem
WO2015090614A1 (de) Gelenkvorrichtung zwischen einer antriebswelle und einer abtriebswelle
DE4300793B4 (de) Zentrierfeder für Triplan-Kugelgleichlaufgelenke
DE2526031C2 (de) Gleichlaufgelenkkupplung zum Übertragen von Drehbewegungen zwischen zwei in einem Winkel zueinander liegenden Wellen
DE2736386C3 (de) Reibrollgetriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Längsbewegung
DE4436096C2 (de) Klinkenschaltwerk zum Antrieb einer Verstellvorrichtungen für einen Fahrzeugsitz
DE1298786B (de) Reibungslose Kupplung
DE3343826C2 (de)
DE3710518C1 (de) Drehgelenk fuer kleine Beugewinkel
DE60014555T2 (de) Universalgelenk
EP0882402B1 (de) Diaphragma
DE102005029064B4 (de) Kugelgelenkverbindung
WO2003093919A1 (de) Mehrwegeschaltmittel
DE60207430T2 (de) Hubvervielfachungsvorrichtung
WO2007031071A1 (de) Gelenk zur anlenkung mehrerer, insbesondere stabförmiger anlenkteile
DE19539581B4 (de) Universalgelenk mit Feder-Viergelenken
DE3410158A1 (de) Drehgelenk mit einer achse
DE102018208475A1 (de) Kugelgelenk
EP4041502B1 (de) Roboterarm mit einem knickgelenk
EP1236916B1 (de) Wellenkupplung
EP2037302B1 (de) Vorrichtung zur Drehwinkelbegrenzung eines drehbar gelagerten Objekts sowie optische Beobachtungseinrichtung
DE60007250T2 (de) Stufenloses Toroidgetriebe
EP2407331A1 (de) Luftausströmer als Ausstattungsteil für Kraftfahrzeuge

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14821077

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014821077

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014821077

Country of ref document: EP