WO2020164840A1

WO2020164840A1 - Gelenkanordnung

Info

Publication number: WO2020164840A1
Application number: PCT/EP2020/050892
Authority: WO
Inventors: Markus Aegerter
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2021-08-12
Also published as: DE102019201785A1; DE102019201785B4

Abstract

Es wird eine Gelenkanordnung (1) vorgeschlagen, die einen zweiten Gelenkkörper (3) aufweist, der über einen Kugelkopf (8) in einer Kugelpfanne (9) eines ersten Gelenkkörpers (2) verschwenkbar gelagert ist. Der Kugelkopf (8) ist außen mit einer Abtriebsverzahnung (33) versehen,mit der die Antriebszahnräder (55, 56) zweier drehbar an dem ersten Gelenkkörper (2) gelagerter Antriebseinheiten (4, 5) in formschlüssigem Verzahnungseingriff stehen. Durch selektives Verdrehen eines oder beider Antriebseinheiten (4, 5) kann der zweite Gelenkkörper (3) zu einer Arbeits-Schwenkbewegung angetrieben werden, bei der eine Hauptachse (12) des zweiten Gelenkkörpers (3) innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches um ein Schwenkzentrum (7) verschwenkt wird.

Description

Gelenkanordnung

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung, mit einem ersten Gelenkkörper und einem bezüglich des ersten Gelenkkörpers un ter Ausführung einer Arbeits-Schwenkbewegung um ein Schwenk zentrum verschwenkbaren und in unterschiedlichen Arbeits- Schwenkpositionen positionierbaren zweiten Gelenkkörper, wo bei der erste Gelenkkörper eine Kugelpfanne aufweist, in der der zweite Gelenkkörper zur Ermöglichung der Arbeits- Schwenkbewegung mit einem Kugelkopf um das Schwenkzentrum drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Gelenkkörper eine imaginäre Hauptachse hat, die das Schwenkzentrum schneidet.

Eine derartige Gelenkanordnung ist aus der WO 2016/023568 Al bekannt und dient dort zur gelenkigen Verbindung zweier Vor richtungsteile. Eine Besonderheit der bekannten Gelenkanord nung besteht darin, dass der zweite Gelenkkörper mit einem Kugelkopf berührungslos in einer Kugelpfanne des ersten Ge lenkkörpers gelagert ist. Zur Erzielung der berührungslosen Lagerung wird ein Supraleiter verwendet .

Eine aus der DE 10 2009 045 290 Al bekannte Gelenkanordnung ist als Taumelkugelgelenk ausgebildet und verfügt über einen Kugelzapfen, der um die Längsachse eines Gehäuses verdrehbar ist. In dem Gehäuse ist eine Kugelschale ausgebildet, in der der Kugelzapfen mit einer Gelenkkugel gelagert ist . Der Ku gelzapfen hat eine bezüglich der Längsachse des Gehäuses schräg ausgebildete Längsachse. An der Gelenkkugel ist ein Zahnradteller ausgebildet, mit dem zwei Kugelzahnräder in Eingriff stehen, mit denen außerdem ein weiterer Zahnradtel ler kämmt. Der weitere Zahnradteller kann rotativ angetrieben werden, um über die beiden Kugelzahnräder ein Drehmoment in den Kugelzapfen einzuleiten, was dazu führt, dass die Gelenk kugel verdreht wird und der Kugelzapfen eine Taumelbewegung ausführt .

Gelenkanordnungen werden häufig auch in der Robotertechnik eingesetzt. Ein Beispiel hierfür liefert die DE 10 2010 013 617 B4. Dort ist eine Gelenkanordnung beispielsweise in einen Roboterarm integriert, um Vorrichtungsteile in Form zweier Armabschnitte des Roboterarms gelenkig miteinander zu verbin den. Die bekannte Gelenkanordnung enthält auch eine Antriebs- einheit, durch die die beiden Gelenkkörper zu einer relativen Drehbewegung antreibbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach und kostengünstig aufgebaute Gelenkanordnung zu schaffen, mit der sich variantenreiche Relativbewegungen zwischen den aneinan- der angelenkten Gelenkkörpern realisieren lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Gelenkanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen,

- dass an dem ersten Gelenkkörper zwei unabhängig voneinander drehbare Antriebseinheiten angeordnet sind, wobei eine erste Antriebseinheit der beiden Antriebseinheiten durch Kraftein leitung in einen ersten Betätigungsabschnitt zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung um eine erste Drehachse antreibbar ist und wobei eine zweite Antriebseinheit der beiden Antriebsein heiten durch Krafteinleitung in einen zweiten Betätigungsab- schnitt zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung um eine zu der ersten Drehachse rechtwinkelige zweite Drehachse antreibbar ist ,

- wobei die erste Antriebseinheit ein erstes Antriebszahnrad mit einem in einer sich quer zu der ersten Drehachse erstre- ckenden ersten Zahnkranzebene liegenden ersten Antriebszahn kranz aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit ein zwei tes Antriebszahnrad mit einem in einer sich quer zu der zwei ten Drehachse erstreckenden zweiten Zahnkranzebene liegenden zweiten Antriebszahnkranz aufweist,

- wobei der Kugelkopf des zweiten Gelenkkörpers an seiner Au ßenumfangsfläche über eine AbtriebsVerzahnung verfügt, mit der die Antriebszahnkränze der Antriebszahnräder beider An triebseinheiten in formflüssigem Verzahnungseingriff stehen, sodass der zweite Gelenkkörper durch selektives Verdrehen ei- ner oder beider Antriebseinheiten derart zu der Arbeits-

Schwenkbewegung antreibbar ist, dass seine Hauptachse inner halb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches um das Schwenkzent rum verschwenkt wird.

Auf diese Weise liegt eine Gelenkanordnung vor, mit der sich ein an einem ersten Gelenkkörper schwenkbar gelagerter zwei ter Gelenkkörper sehr variantenreich aktiv verschwenken und positionieren lässt. In jede der beiden Antriebseinheiten kann eine Betätigungskraft eingeleitet werden, um durch das Zusammenwirken der Antriebszahnräder mit der Abtriebsverzah- nung des Kugelkopfes eine Arbeits-Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers hervorzurufen. Jede Antriebseinheit kann durch das Zusammenwirken ihres Antriebszahnrades mit der Abtriebs- Verzahnung des Kugelkopfes eine Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers relativ zum ersten Gelenkkörper hervorrufen. Bei dieser Schwenkbewegung handelt es sich unmittelbar um die Arbeits-Schwenkbewegung, wenn eine Antriebseinheit singulär betätigt wird, ohne gleichzeitig auch die andere Antriebsein- heit zu betätigen. Durch gleichzeitige Drehbetätigung der beiden Antriebseinheiten kann eine Arbeits-Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers hervorgerufen werden, die sich aus den beiden durch jeweils eine der beiden Antriebseinheiten hervorrufbaren und sich zeitgleich überlagernden Schwenkbewe gungen zusammensetzt. Die beiden Antriebseinheiten können zeitlich nacheinander oder auch gleichzeitig betätigt werden. Die beiden Antriebseinheiten können auch wahlweise nacheinan der oder zeitgleich mit unterschiedlichen oder gleichen Dreh- geschwindigkeiten und/oder mit unterschiedlichen oder glei chen Drehrichtungen betätigt werden. Eine effektive und schlupffreie Kraftübertragung zur Erzeugung der Arbeits- Schwenkbewegung ist dadurch gewährleistet, dass der Kugelkopf an seiner Außenumfangsfläche über eine AbtriebsVerzahnung verfügt, mit der jede Antriebseinheit mittels eines zu ihr gehörenden Antriebszahnrades in einem formschlüssigen Verzah nungseingriff steht. Der zweite Gelenkkörper hat eine das Schwenkzentrum des zweiten Gelenkkörpers schneidende imaginä re Hauptachse, die bei der Arbeits-Schwenkbewegung innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches um das Schwenkzentrum verschwenkbar ist. Dementsprechend kann der zweite Gelenkkör per durch eine entsprechend gesteuerte Drehbetätigung der beiden Antriebseinheiten in unterschiedlichen Arbeits- Schwenkpositionen positioniert werden, in denen die Hauptach- se innerhalb des besagten kegelförmigen Arbeitsbereiches liegt .

Die Gelenkanordnung lässt sich bei beliebigen technischen An wendungen verwenden, in denen zwei Vorrichtungsteile in ge lenkiger Weise miteinander zu verbinden und zu einer relati- ven Schwenkbewegung anzutreiben sind. Ein bevorzugter Anwen dungsfall ist die Robotertechnik, wobei die Gelenkanordnung beispielsweise einfach oder mehrfach in einen Roboter inte- griert ist, der über relativ zueinander verschwenkbare Robo terkomponenten verfügt .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un teransprüchen hervor. Vorzugsweise ist die Gelenkanordnung kinematisch so ausge legt, dass die Hauptachse des zweiten Gelenkkörpers unabhän gig von der jeweils eingenommenen Arbeits-Schwenkposition des zweiten Gelenkkörpers eine imaginäre Antriebsebene schneidet, die von den beiden rechtwinkelig zueinander angeordneten Drehachsen der beiden Antriebseinheiten aufgespannt ist. Be vorzugt liegt das Schwenkzentrum für die Arbeits- Schwenkbewegung direkt in dieser Antriebsebene.

Zweckmäßigerweise hat jede der beiden Antriebseinheiten eine das zugeordnete Antriebszahnrad durchsetzende Antriebswelle. Die Längsachse jeder Antriebswelle fällt mit der Drehachse der zugeordneten Antriebseinheit zusammen. Jede Antriebswelle ist in einer Weise, die eine Drehmomentübertragung ermöglich, mit dem zugehörigen Antriebszahnrad gekoppelt . Jedes An triebszahnrad ist an der zugeordneten Antriebswelle über ein Kugelgelenk derart schwenkbar gelagert, dass seine Zahnkran zebene unterschiedliche Neigungen bezüglich der Drehachse der Antriebswelle einnehmen kann und dadurch in der Lage ist, der sich bei Ausführung der Arbeits-Schwenkbewegung in ihrer Nei gung verändernden AbtriebsVerzahnung zu folgen. Insbesondere ist das Antriebszahnrad vergleichbar einer Taumelscheibe schwenkbeweglich an der zugeordneten Antriebswelle gelagert . Durch die Beweglichkeit des Antriebszahnrades ist eine ver schleißarme und verspannungsfreie Kraftübertragung zwischen den Antriebseinheiten und dem Kugelkopf gewährleistet . Bei jeder der beiden Antriebseinheiten verfügt zweckmäßiger weise die Antriebswelle über einen kugelförmigen Lagerab schnitt mit einer kugelförmigen Außenlagerflache, auf dem das Antriebszahnrad mit einer konkaven Innenlagerflache ver- schwenkbar gelagert ist, die insbesondere nach Art einer Ku gelzone geformt ist . Auf diese Weise kann das Antriebszahnrad prinzipiell eine beliebige Taumelbewegung auf dem kugelförmi gen Lagerabschnitt ausführen. Allerdings ist die relative Be weglichkeit zwischen dem Antriebszahnrad und der Antriebswel- le in der Umfangsrichtung der Drehachse unterbunden, um eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Hierzu ist in der Au ßenlagerfläche mindestens eine sich in einer mit der Längs achse der Antriebswelle zusammenfallenden Ebene erstreckende und in ihrer Längsrichtung bevorzugt gekrümmte Mitnehmernut ausgebildet, in die ein über die Innenlagerfläche vorstehen der Mitnehmervorsprung des Antriebszahnrades gleitverschieb lich und zugleich auch drehbar eingreift. Dadurch ist das An triebszahnrad relativ zu der Antriebswelle variabel ver- schwenkbar, um sich der momentanen Arbeits-Schwenkposition der am Kugelkopf ausgebildeten AbtriebsVerzahnung anzupassen.

Bevorzugt sind die Mitnehmernut und der Mitnehmervorsprung paarweise vorhanden, wobei sie sich in bezüglich der Drehach se diametral gegenüberliegenden Bereichen befinden.

Die Anordnung der Mitnehmernut und des Mitnehmervorsprunges bezüglich des Lagerabschnittes und des Antriebszahnrades kann auch vertauscht sein. In diesem Fall befindet sich mindestens ein Mitnehmervorsprung radial abstehend dem kugelförmigen La gerabschnitt, während eine damit zusammenwirkende Mitneh mernut in der bevorzugt kugelzonenförmigen konkaven Innenla- gerfläche des Antriebszahnrades ausgebildet ist. Insbesondere zugunsten einer einfachen Montage ist es zweck mäßig, wenn jedes Antriebszahnrad aus zwei von axial einander entgegengesetzten Seiten her auf den kugelförmigen Lagerab schnitt aufgesetzten und axial zusammengefügten Zahnradhälf- ten besteht, die jeweils einen Teilbereich der konkaven In nenlagerfläche bilden. Die beiden Zahnradhälften können durch beliebige Befestigungsmittel fest miteinander verbunden sein. Beispielsweise sind sie miteinander verrastet und/oder mitei nander verschweißt und/oder miteinander verklebt. Der zweite Gelenkkörper hat zweckmäßigerweise einen von dem Kugelkopf radial abstehenden Abtriebsstutzen, dessen Längs achse mit der Hauptachse des zweiten Gelenkkörpers zusammen fällt. Ein derartiger Abtriebsstutzen eignet sich besonders gut zur Verbindung mit einem von zwei gelenkig miteinander zu verbindenden Vorrichtungsteilen.

Zur leichten Anbringung von gelenkig miteinander zu verbin denden Vorrichtungsteilen, beispielsweise zwei Roboterkompo nenten, ist es zweckmäßig, wenn an dem ersten Gelenkkörper eine erste Befestigungsschnittstelle und an dem zweiten Ge- lenkkörper eine zweite Befestigungsschnittstelle ausgebildet ist. Die Befestigungsschnittstellen erlauben eine feste me chanische Verbindung. Mindestens eine und bevorzugt jede Be festigungsschnittstelle ist zur externen Befestigung des zu geordneten Gelenkkörpers an einem Vorrichtungsteil insbeson- dere zur Schraubbefestigung ausgebildet. Jede Befestigungs schnittstelle kann aber auch anders strukturiert sein, bei spielsweise als eine lösbare Spanneinrichtung.

Um eine bevorzugte Ausgestaltung der AbtriebsVerzahnung zu definieren, ist es zweckmäßig, sich auf einen mit der Haupt- achse zusammenfallenden sogenannten Großkreis des Kugelkopfes zu beziehen. Der Kugelkopf hat eine Vielzahl solcher Groß kreise, die jeweils im Bereich eines maximalen Durchmessers des Kugelkopfes liegen. Die sphärische Außenumfangsfläche des Kugelkopfes hat eine zur besseren Unterscheidung als Hauptum- fangsrichtung bezeichnete Umfangsrichtung, die der Kreislinie eines solchen Großkreises folgt . Die AbtriebsVerzahnung des Kugelkopfes hat eine Vielzahl von Zähnen, die in der Hauptum fangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind und jeweils quer dazu eine der Krümmung des Kugelkopfes entsprechende Längsgestalt haben.

Die Zähne der AbtriebsVerzahnung können so ausgebildet sein, dass sie sich nur über einen Teilumfang des Kugelkopfes hin weg erstrecken. Wesentlich ist eine dahingehende Anordnung, das unabhängig von der Arbeit-Schwenkposition ein Verzah- nungseingriff mit den Antriebszahnkränzen der Antriebszahnrä der beider Antriebseinheiten vorliegt .

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Ab triebsVerzahnung des Kugelkopfes koaxial zu der Hauptachse ausgebildet ist, wobei sie über eine Vielzahl von ringförmig ausgebildeten Zähnen verfügt, die in zu der Hauptachse koaxi aler Ausrichtung in der Achsrichtung der Hauptachse aufeinan derfolgend angeordnet sind.

Unmittelbar benachbarte ringförmige Zähne der Abtriebsverzah nung haben zweckmäßigerweise einen voneinander abweichenden Durchmesser. Der Durchmesser entspricht insbesondere zumin dest im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Kugelkopfes in derjenigen Ebene, in der sich der betreffende ringförmige Zahn erstreckt. Jeder ringförmig ausgebildete Zahn ist insbe sondere kreisringförmig ausgebildet . Zwischen benachbarten Zähnen befindet sich jeweils ein ringförmiger, nach Art einer Ringnut ausgebildeter Zahnzwischenraum.

Bevorzugt ist der erste Gelenkkörper mehrteilig ausgebildet, wobei er über ein Gehäuse mit zwei in der Achsrichtung einer imaginären mittigen Längsachse aneinander angesetzten und an einander befestigten schalenförmigen Gehäuseteilen verfügt. Die beiden schalenförmigen Gehäuseteile sind in einer zu der mittigen Längsachse rechtwinkeligen Fügeebene aneinanderge setzt und bilden jeweils ein Abschnitt der Kugelpfanne. Bei der Montage der Gelenkanordnung können die beiden schalenför migen Gehäuseteile von einander gegenüberliegenden Seiten her an den Kugelkopf des zweiten Gelenkkörpers angesetzt und mit einander verbunden werden. Die beiden Gehäuseteile sind bei spielsweise durch eine Schraubverbindung aneinander befes- tigt, insbesondere in lösbarer Weise.

Wenn die Gelenkanordnung für einen Handbetrieb verwendbar sein soll, beispielsweise als gelenkiger Befestigungssockel für zu bearbeitende Werkstücke, sind die Betätigungsabschnit te für eine manuelle rotative Krafteinleitung ausgelegt. Je- der Betätigungsabschnitt kann in diesem Fall beispielsweise mit einem von Hand ergreifbaren und drehbaren Drehknauf aus- gestattet sein.

Besonders vorteilhaft wird eine Gelenkanordnung angesehen, bei der die Betätigungsabschnitte der beiden Antriebseinhei- ten für eine rotative Krafteinleitung durch eine elektrisch und/oder durch Fluidkraft betriebene Antriebseinrichtung der Gelenkanordnung ausgebildet sind. Beispielsweise kann für je de Antriebseinheit eine eigene Antriebseinrichtung mit ihrem Gehäuse am ersten Gelenkkörper befestigt und über ein Ab- triebsteil mit dem Betätigungsabschnitt antriebsmäßig gekop- pelt sein. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise ein Elektromotor, beispielsweise ein Servomotor oder ein Schritt motor. Die Antriebseinrichtung kann auch beispielsweise nach einem elektromagnetischen Funktionsprinzip arbeiten. Eine ebenfalls verwendbare, durch Fluidkraft betriebene Antriebs einrichtung enthält beispielsweise einen pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Arbeitszylinder oder auch mindestens einen Kontraktionsantrieb, der über einen Kontraktions schlauch verfügt, der bei Innendruck-Beaufschlagung axial kontrahiert. Solche Kontraktionsantriebe werden von der An melderin unter der Bezeichnung "Fluidic Muscle" vertrieben. Man kann hier von einem pneumatischen Muskel sprechen.

Die Gelenkanordnung enthält vorzugsweise eine elektronische Steuereinrichtung, an die die Antriebseinrichtungen zur be- triebsmäßigen elektrischen Ansteuerung angeschlossen sind.

Die elektronische Steuereinrichtung kann die Antriebseinrich tungen zur wunschgemäßen Positionierung des zweiten Gelenk körpers ansteuern.

Es ist von Vorteil, wenn der zweite Gelenkkörper nicht nur die zur Ausführung der Arbeits-Schwenkbewegung erforderlichen Schwenkfreiheitsgrade hat, sondern zusätzlich auch noch um eine mit der Hauptachse zusammenfallende, als Arbeits- Drehachse bezeichnete Drehachse relativ zu dem ersten Gelenk körper drehbar ist. Diese Verdrehmöglichkeit besteht insbe- sondere unabhängig von der Arbeits-Schwenkbewegung und der momentan eingenommenen Arbeits-Schwenkposition. Wenn der ers te Gelenkkörper eine Drehbewegung ausführt, kann seine Ab triebsVerzahnung an den beiden Antriebsverzahnungen abglei ten, ohne den Verzahnungseingriff zu verlieren. Bevorzugt umfasst die Gelenkanordnung eine dritte Antriebs einheit, durch die der zweite Gelenkkörper zu einer Arbeits- Drehbewegung um die Arbeits-Drehachse antreibbar ist.

Zweckmäßigerweise ist die dritte Antriebseinheit um eine dritte Drehachse drehbar an dem ersten Gelenkkörper gelagert und hat einen dritten Betätigungsabschnitt, in den eine An triebskraft eingeleitet werden kann, um die dritte Antriebs einheit zu einer dritten Antriebs-Drehbewegung um die dritte Drehachse anzutreiben. Die dritte Antriebseinheit ist über ein Koppelgetriebe derart mit dem zweiten Gelenkkörper an triebsmäßig verbunden, dass aus der dritten Antriebs- Drehbewegung der dritten Antriebseinheit die angestrebte Ar beits-Drehbewegung des zweiten Gelenkkörpers um die mit der Hauptachse zusammenfallende Arbeits-Drehachse resultiert. Auf diese Weise ist eine Drehmomentübertragung zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung des zweiten Gelenkkörpers unabhängig davon gewährleistet, welche Arbeits-Schwenkposition der zwei te Gelenkkörper momentan einnimmt .

Um die dritte Antriebs-Drehbewegung zu erzeugen, ist der dritte Betätigungsabschnitt zweckmäßigerweise in vergleichba rer Weise wie der erste und zweite Betätigungsabschnitt für eine manuelle rotative Krafteinleitung oder für eine rotative Krafteinleitung durch eine elektrisch und/oder durch Fluid kraft betriebene Antriebseinrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist die dritte Antriebseinheit so ausgebildet und angeordnet, dass ihre dritte Drehachse rechtwinkelig zu einer von der ersten Drehachse der ersten Antriebseinheit und der zweiten Drehachse der zweiten Antriebseinheit aufgespannten Antriebsebene ausgerichtet ist. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der dritten Antriebseinheit sieht vor, dass eine den dritten Betätigungsabschnitt aufwei sende Antriebswelle vorhanden ist, die an dem ersten Gelenk körper derart drehbar gelagert ist, dass sie um die dritte Drehachse verdrehbar ist . Die Antriebswelle taucht mit einem Antriebsabschnitt in einen Hohlraum des Kugelkopfes ein, wo bei an dem Antriebsabschnitt zwei sich bezüglich der dritten Drehachse diametral gegenüberliegende und in einander entge gengesetzte Richtungen radial nach außen ragende Koppelarme des Koppelgetriebes angeordnet sind. Die Koppelarme haben an der der Antriebswelle abgewandten Stirnseite jeweils einen Kopplungskopf, mit dem sie jeweils in einen von zwei sich be züglich der Hauptachse diametral gegenüberliegenden und in den Hohlraum des Kugelkopfes einmündenden Koppelschlitzen des Koppelgetriebes eintauchen. Beim Verdrehen der dritten An triebseinheit werden die Schlitzflanken der Koppelschlitze von den Koppelköpfen der Koppelarme beaufschlagt, sodass eine Drehmomentübertragung stattfindet, aus der die Arbeits- Drehbewegung resultiert. Unabhängig davon ist der Kugelkopf ständig und insbesondere auch bei der Arbeit s- Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers um zwei zueinander rechtwinkelige erste und zweite Kippachsen verkippbar, wobei die erste

Kippachse von den zueinander koaxialen Längsachsen der beiden Koppelarme gebildet ist und die zweite Kippachse rechtwinke- lig zu einer die beiden Koppelschlitze enthaltenden Schlitz ebene verläuft.

Nachfolgend wird die Erfindung an der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 eine isometrische Darstellung einer bevorzugten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gelenkanord- nung Figur 2 die Gelenkanordnung aus Figur 1 aus einem anderen Blickwinkel ,

Figur 3 eine isometrische Explosionsdarstellung der Ge lenkanordnung aus Figuren 1 und 2 , Figur 4 die Gelenkanordnung gemäß Figuren 1 bis 3 ohne Ab bildung des ersten Gelenkkörpers,

Figur 5 die Anordnung aus Figur 4, wobei der zweite Gelenk körper und die mit diesem zusammenwirkende dritte Antriebseinheit im Längsschnitt gezeigt sind, Figur 6 einen Schnitt der Gelenkanordnung gemäß Schnittli nie VI -VI, wobei die Schnittebene in einer An triebsebene liegt, die durch die rechtwinkelig zu einander ausgerichteten Drehachsen der ersten und zweiten Antriebseinheit aufgespannt ist, Figur 7 eine Draufsicht der Gelenkanordnung mit Blickrich tung gemäß Pfeil VII aus Figur 8, wobei der erste Gelenkkörper nur teilweise abgebildet ist,

Figur 8 die Anordnung aus Figur 7 in einem Schnitt gemäß

Schnittlinie VI II -VI II aus Figur 7, wobei der in Figur 7 nicht gezeigte Bestandteil des ersten Ge lenkkörpers strickpunktiert angedeutet ist, und

Figur 9 eine isometrische Einzeldarstellung der ersten An triebseinheit in der aus Figur 7 ersichtlichen Be triebsphase mit bezüglich der ersten Drehachse ge neigter erster Zahnkranzebene des ersten Antriebs zahnrades . Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ge lenkanordnung hat einen ersten Gelenkkörper 2 und einen be züglich des ersten Gelenkkörpers 2 verschwenkbaren zweiten Gelenkkörper 3. Die Gelenkanordnung 1 hat eine erste Antriebseinheit 4 und eine diesbezüglich gesonderte zweite Antriebseinheit 5. Beide Antriebseinheiten 4, 5 sind an dem ersten Gelenkkörper 2 an geordnet. Durch ihre Betätigung kann der zweite Gelenkkörper 3 zu einer durch Doppelpfeile angedeuteten Arbeits- Schwenkbewegung 6 relativ zum ersten Gelenkkörper 2 angetrie ben werden. Die Arbeits-Schwenkbewegung 6 hat ein Schwenk zentrum 7.

Im Rahmen der Arbeits-Schwenkbewegung 6 kann der zweite Ge lenkkörper 3 in unterschiedlichen Schwenkpositionen bezüglich des ersten Gelenkkörpers 2 positioniert werden, die als Ar beits-Schwenkpositionen bezeichnet werden.

Zur Ermöglichung der Arbeits-Schwenkbewegung 6 hat der zweite Gelenkkörper 3 einen Kugelkopf 8, der in einer von dem ersten Gelenkkörper 2 gebildeten Kugelpfanne 9 drehbar gelagert ist . Der bezüglich des ersten Gelenkkörpers 2 stationäre Drehpunkt des Kugelkopfes 8 liegt in dem bezüglich des ersten Gelenk körpers 2 ortsfesten Schwenkzentrum 7.

Der zweite Gelenkkörper 3 hat eine imaginäre Hauptachse 12. Die Hauptachse 12 schneidet das Schwenkzentrum 7 unabhängig von der momentanen Arbeits-Schwenkposition des zweiten Ge lenkkörpers 3. Bevorzugt definiert die Hauptachse 12 eine Längsachse des zweiten Gelenkkörpers 3.

Der erste Gelenkkörper 2 hat eine imaginäre mittige Längsach se 13. Bevorzugt umfasst der erste Gelenkkörper 2 ein Gehäuse 11 mit zwei schalenförmigen ersten und zweiten Gehäuseteilen 14, 15, die in der Achsrichtung der mittigen Längsachse 13 aneinander angesetzt sind und gemeinsam einen Gehäuseinnen- raum 16 umschließen. Die den Gehäuseraum 16 begrenzenden In- nenflächen der Gehäuseteile 14, 15, die jeweils nach Art ei ner Kugelkappe geformt sind, definieren gemeinsam die ent sprechend der Innenkontur einer Hohlkugel geformte Kugelpfan ne 9.

Jedes der beiden schalenförmigen Gehäuseteile 14, 15 hat eine kugelkappenförmige Ausnehmung. Diese beiden kugelkappenförmi gen Ausnehmungen ergänzen sich zu dem Gehäuseinnenraum 16, wenn die Gehäuseteile 14, 15 mit den Öffnungen der Gehäuse ausnehmungen voraus aneinander angesetzt sind. Dabei liegen die beiden Gehäuseteile 14, 15 in einer zu der mittigen

Längsachse rechtwinkeligen Fügeebene 17 aneinander an. Durch Befestigungsschrauben oder andere Befestigungsmaßnahmen sind die beiden Gehäuseteile 14, 15 fest miteinander verbunden.

Das erste Gehäuseteil 14 hat eine in den Gehäuseinnenraum 16 einmündende erste Gehäuseöffnung 18. Die Längsachse dieser ersten Gehäuseöffnung 18 fällt mit der mittigen Längsachse 13 des ersten Gelenkkörpers 2 zusammen.

Der zweite Gelenkkörper 3 hat zweckmäßigerweise einen von dem Kugelkopf 8 radial abstehenden Abtriebsstutzen 22, der koaxi al zu der Hauptachse 12 ausgerichtet ist. Er ist exemplarisch hohlzylindrisch ausgebildet, kann aber zumindest teilweise auch aus einem Vollmaterial bestehen. Der Abtriebsstutzen 22 hat eine Längsachse 23, die mit der Hauptachse 12 zusammen fällt.

Der zweite Gelenkkörper 3 ist bevorzugt zweiteilig ausgebil- det . Dies trifft auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu. Hier besteht der zweite Gelenkkörper 3 aus dem Kugelkopf 8 und aus einem T-förmig profilierten Abtriebskörper 24, der an dem Kugelkopf 8 befestigt ist und den Abtriebsstutzen 22 auf weist . Der zweite Gelenkkörper 3 ragt mit seinem Abtriebsstutzen 22 durch die erste Gehäuseöffnung 18 hindurch aus dem ersten Ge lenkkörper 2 heraus. Der Querschnitt der ersten Gehäuseöff nung 18 ist wesentlich größer als derjenige des Abtriebsstut zens 22. Somit bleibt ein die Arbeits-Schwenkbewegung 6 er- möglichender ringförmiger Freiraum zwischen dem Außenumfang des Abtriebsstutzens 22 und der Begrenzungsfläche der ersten Gehäuseöffnung 18.

Der Kugelkopf 8 hat zweckmäßigerweise einen Hohlraum 25.

Exemplarisch ist der Kugelkopf 8 von dem Hohlraum 25 in der Achsrichtung der Hauptachse 12 durchsetzt. Die beiden daraus resultierenden Austrittsöffnungen des Hohlraumes 25 seien als erste und zweite Kugelöffnung 26, 27 bezeichnet. Die erste Kugelöffnung 26 ist der ersten Gehäuseöffnung 18 zugeordnet.

Exemplarisch ist der Abtriebskörper 24 mit einem den Ab- triebsstutzen 22 radial überragenden ringförmigen Befesti gungsabschnitt 28 in die erste Kugelöffnung 26 eingesetzt und durch geeignete Maßnahmen an dem Kugelkopf 8 befestigt. Bei spielsweise liegt hier eine Rastverbindung oder Schweißver bindung vor. Die zweite Kugelöffnung 27 ist dem ersten Gehäuseteil 14 zu gewandt .

Der Kugelkopf 8 hat an seiner kugeligen Außenumfangsfläche 32 eine AbtriebsVerzahnung 33. Diese AbtriebsVerzahnung 33 ist koaxial zu der Hauptachse 12 angeordnet. Sie hat eine Viel- zahl von ringförmig ausgebildeten Zähnen 34, die in zu der Hauptachse 12 koaxialer Ausrichtung in der Achsrichtung der Hauptachse 12 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Achs richtung der Hauptachse 12 wird im Folgenden zur Vereinfa- chung auch als Hauptachsrichtung 12 bezeichnet .

Zwischen in der Hauptachsrichtung 12 jeweils unmittelbar auf einanderfolgenden Zähnen 34 befindet sich ein zu der Haupt achse 12 ebenfalls koaxialer ringförmiger Zahnzwischenraum 35. Jeder ringförmige Zahnzwischenraum 35 hat die Form einer Ringnut .

Wird der Kugelkopf 8 gedanklich in einer mit der Hauptachse 12 zusammenfallenden Ebene geschnitten, wird die Schnittflä che von einem sogenannten Großkreis 36 der Kugel begrenzt, der in Figur 8 strichpunktiert angedeutet ist. Bei dieser Be- trachtung werden exemplarisch die aufgrund der Kugelöffnungen 26, 27 vorhandenen Durchbrechungen der Außenkontur des Kugel- köpfes 8 unberücksichtigt gelassen. Eine Umfangsrichtung, die der Kreislinie des Großkreises 36 folgt, sei im Folgenden als Hauptumfangsrichtung 37 des Kugelkopfes 8 bezeichnet. In die- ser Hauptumfangsrichtung 37 abwechselnd aufeinanderfolgend sind die Zähne 34 und die Zahnzwischenräume 35 an der Außen umfangsfläche 32 des Kugelkopfes 8 ausgebildet.

Die ringförmigen Zähne 34 und die Zahnzwischenräume 35 sind jeweils bevorzugt kreisringförmig gestaltet. Jeder ringförmig gestaltete Zahn 34 erstreckt sich in einer zu der Hauptachse 12 rechtwinkeligen Zahnebene. Jeder Zahn 34 hat in der Zahnebene eine gekrümmte Längsgestalt, wobei die Krümmung dem Radius der Ringform des betreffenden Zahns 34 entspricht . Im Bereich der beiden Kugelöffnungen 26, 27 haben die ring förmigen Zähne 34 einen kleinsten Durchmesser. Ausgehend von dort wird der Ringdurchmesser der Zähne 34 zunehmend größer und hat ein Maximum im Äquatorialbereich des Kugelkopfes 8. Die beiden weiter oben schon erwähnten ersten und zweiten An triebseinheiten 4, 5 sind in unabhängig voneinander drehbarer Weise an dem ersten Gelenkkörper 2 gelagert . Exemplarisch sind sie an dem Gehäuse 11 drehgelagert. Die erste Antriebs einheit 4 ist um eine erste Drehachse 42 drehbar und die zweite Antriebseinheit 5 ist um eine zweite Drehachse 43 drehbar. Die beiden Drehachsen 42, 43 sind rechtwinkelig zu einander ausgerichtet und verlaufen etwa tangential zur Au ßenumfangsfläche 32 des Kugelkopfes 8. Gemeinsam spannen die beiden Drehachsen 42, 43 eine als Antriebsebene 44 bezeichne- te Ebene auf, die rechtwinkelig zu der mittigen Längsachse 13 ausgerichtet ist. Diese Antriebsebene 44 wird von der Haupt achse 12 des zweiten Gelenkkörpers 3 unabhängig davon quer durchschnitten, welche Arbeits-Schwenkposition der zweite Ge lenkkörper 3 momentan einnimmt . Die erste Antriebseinheit 4 hat einen ersten Betätigungsab schnitt 45 und die zweite Antriebseinheit 5 hat einen zweiten Betätigungsabschnitt 46. Beide Betätigungsabschnitte 45, 46 liegen außerhalb des ersten Gelenkkörpers 2 und ermöglichen eine Krafteinleitung zur Erzeugung eines Drehmoments, um die erste Antriebseinheit 4 zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung 47 um die erste Drehachse 42 anzutreiben und um die zweite Antriebseinheit 5 zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung 48 um die zweite Drehachse 43 anzutreiben.

Zweckmäßigerweise hat jede Antriebseinheit 4, 5 eine An- triebswelle 52, die durch Drehlagermittel 53 an dem ersten Gelenkkörper 2 um ihre Längsachse 54 verdrehbar gelagert sind, wobei die jeweilige Längsachse 54 die zugeordnete Dreh achse 42, 43 definiert. Bevorzugt fungiert der außerhalb des ersten Gelenkkörpers 2 liegende Endabschnitt jeder Antriebs- welle 52 als Betätigungsabschnitt 45, 46.

Die erste Antriebseinheit 4 hat ein erstes Zahnrad 55 mit ei nem peripheren ersten Antriebszahnkranz 55a. Die zweite An triebseinheit 5 hat ein zweites Antriebszahnrad 56 mit einem peripheren zweiten Antriebszahnkranz 56a. Die Antriebszahn- kränze 55a, 56a sind radial außen am jeweiligen Antriebszahn rad 55, 56 ausgebildet. Der erste Antriebszahnkranz 55a liegt in einer imaginären ersten Zahnkranzebene 55b, während der zweite Antriebszahnkranz 56a in einer zweiten Zahnkranzebene 56b liegt. Das erste Antriebszahnrad 55 ist drehfest an der Antriebswel le 52 der ersten Antriebseinheit 4 angeordnet . Das zweite An triebszahnrad 56 ist drehfest an der Antriebswelle 52 der zweiten Antriebseinheit 5 angeordnet . Beide Antriebszahnräder 55, 56 stehen mit ihren Antriebszahnkränzen 55a, 56a in Ver- zahnungseingriff mit der AbtriebsVerzahnung 33 des Kugelkop fes 8. Die Verzahnungs-Eingriffsbereiche sind in der Umfangs richtung der Hauptachse 12 um 90° zueinander versetzt.

Die Gelenkanordnung 1 verfügt zweckmäßigerweise über eine erste Antriebseinrichtung 57, die an dem ersten Betätigungs- abschnitt 45 angreift, und sie verfügt außerdem über eine zweite Antriebseinrichtung 58, die an dem zweiten Betäti gungsabschnitt 46 angreift. Durch die Antriebseinrichtungen 57, 58 kann jede Antriebswelle 52 und somit jede Antriebsein heit 4, 5 wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhr- zeigersinns zu der zugeordneten ersten oder zweiten Antriebs- Drehbewegung 47, 48 angetrieben werden.

Die Antriebseinrichtungen 57, 58 sind beispielsweise elektri sche Antriebseinrichtungen 57, 58, wobei sie bevorzugt auf einem elektromotorischen oder auf einem elektromagnetischen Antriebsprinzip basieren. Alternativ können sie beispielswei se auch von einer durch Fluidkraft betätigbaren Bauart sein. In all diesen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Gelenkan ordnung auch noch eine nicht illustrierte elektronische Steu- ereinrichtung beinhaltet, an die die Antriebseinrichtungen 57, 58 zum Empfang von Steuersignalen angeschlossen sind, um die Antriebs-Drehbewegungen 47, 48 zu erzeugen.

Zusätzlich oder alternativ können die Betätigungsabschnitte 45, 46 auch zur manuellen Krafteinleitung ausgebildet sein. Beispielsweise kann an jedem Betätigungsabschnitt 45, 46 ein mit einer Hand drehbarer Handknauf drehfest fixiert sein.

Aufgrund des geschilderten Verzahnungseingriffes kann der zweite Gelenkkörper 3 durch selektives Verdrehen einer oder beider Antriebseinheiten 4, 5 zu der Arbeits-Schwenkbewegung 6 angetrieben werden. Das selektive Verdrehen schließt ein, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine der beiden An triebseinheiten verdreht wird oder dass beide Antriebseinhei ten gleichzeitig verdreht werden. Ferner umfasst das selekti ve Verdrehen ein wahlweises Verdrehen im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns und auch ein Verdrehen mit unter schiedlichen Drehgeschwindigkeiten .

Beim Verdrehen einer Antriebseinheit 4, 5 rotiert entspre chend deren Antriebszahnrad 55, 56, wobei der Verzahnungsein griff mit der AbtriebsVerzahnung 33 dazu führt, dass ein Drehmoment in den Kugelkopf 8 eingeleitet wird, das ein Ver- schwenken des ersten Gelenkkörpers 2 um das Schwenkzentrum 7 zur Folge hat. Die AbtriebsVerzahnung 33 läuft dabei an dem momentan rotierenden Antriebszahnrad 55, 56 vorbei.

Durch eine entsprechend aufeinander abgestimmte Rotation der beiden Antriebseinheiten 4, 5 kann die Arbeits-

Schwenkbewegung 6 erzeugt werden, wobei die Hauptachse 12 in nerhalb eines in Figur 1 strichpunktiert angedeuteten kegel förmigen Arbeitsbereiches 62 um das Schwenkzentrum 7 herum verschwenkt wird. Bevorzugt sind die Antriebszahnräder 55, 56 so gelagert, dass sie bezüglich des ersten Gelenkkörpers 2 in einer Weise ver- schwenkbar sind, dass ihre Zahnkranzebenen 55b, 56b unter schiedliche Neigungen bezüglich der zugeordneten Drehachse 42, 43 einnehmen können. Dadurch sind die Antriebszahnräder 55, 56 in der Lage, sich selbsttätig in ihrer Ausrichtung an die momentane Neigung der AbtriebsVerzahnung 33 anzupassen. Man kann sich die Lagerung vergleichbar der Lagerung einer Taumelscheibe vorstellen. Diese automatische Anpassbarkeit der ineinander eingreifenden Verzahnungen reduziert den Ver- schleiß und verhindert Verkantungen. Außerdem kann auf diese Weise eine relativ große Kontaktfläche zwischen den aneinan der anliegenden Zahnflanken gewährleistet werden, was die spezifische Beanspruchung minimiert.

Um die vorgenannten Neigungsverstellung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn jedes Antriebszahnrad 55, 56 eine zent rale axiale Durchbrechung 63 hat, mit der es auf die zugeord nete Antriebswelle 52 aufgesetzt ist. Dadurch wird das An triebszahnrad 55, 56 von der zugeordneten Antriebswelle 52 durchsetzt. Zur Ermöglichung der erwähnten Neigungsanpassung ist das Antriebszahnrad 55, 56 über ein Kugelgelenk 64 an der Antriebswelle gelagert .

Zweckmäßigerweise ist zur Bildung jedes Kugelgelenks 64 jede Antriebswelle 52 mit einem kugelförmigen Lagerabschnitt 65 versehen, auf dem das Antriebszahnrad 55, 56 mit einer die axiale Durchbrechung 63 radial außen begrenzenden Innenlager fläche 66 verschwenkbar gelagert ist, wobei diese Innenlager fläche 66 konkav und nach Art der Kugelzone einer Hohlkugel geformt ist . Der kugelförmige Lagerabschnitt 65 hat eine zu der Innenlagerfläche 66 komplementäre kugelige Außenlagerflä che 61.

Zugunsten einer leichten Montage besteht jedes Antriebszahn rad 55, 56 zweckmäßigerweise aus zwei axial zusammengefügten und aneinander befestigten ringförmigen Zahnradhälften 67a, 67b, die bei der Montage der Antriebseinheit 4, 5 von axial einander entgegengesetzten Seiten her auf die Antriebswelle 52 aufgesteckt und an den kugelförmigen Lagerabschnitt 65 an gesetzt werden. Jede der beiden Zahnradhälften 67a, 67b defi niert einen Teilbereich der konkaven Innenlagerfläche 66. Bevorzugt sind die beiden Zahnradhälften 67a, 67b mit einer Zentriereinrichtung 68 versehen, die ein gegenseitiges Ver drehen der zusammengefügten Zahnradhälften 67a, 67b durch ei nen Formschluss verhindern. Die Zentriereinrichtung 68 be steht beispielsweise aus mehreren in Zentrierausnehmungen eingreifenden Zentrierstiften.

Die beiden Zahnradhälften 67a, 67b werden durch geeignete Be festigungsmaßnahmen axial zusammengehalten, beispielsweise durch Verrastung, durch Verkleben oder durch Verschweißen. Für die angesprochene Drehmomentübertragung zwischen der An triebswelle 52 und dem Antriebszahnrad 55, 56 sind in die Au ßenlagerfläche 61 des kugelförmigen Lagerabschnittes 65 zwei Mitnehmernuten 72 eingebracht. Die Mitnehmernuten 72 liegen sich bezüglich der Längsachse 54 diametral gegenüber und er strecken sich in einer mit der Längsachse 54 der Antriebswel le 52 zusammenfallenden Ebene. Die längsseitige Nutöffnung jeder Mitnehmernut 72 folgt der Krümmung der kugelförmigen Außenlagerfläche 61. Jede Mitnehmernut 72 ist dementsprechend vorzugsweise in ihrer Längsrichtung gekrümmt .

An jedem Antriebszahnrad 55, 56 sind zwei sich bezüglich des Zahnradzentrums diametral gegenüberliegende Mitnehmervor sprünge 73 ausgebildet, die nach radial innen in die zentrale axiale Durchbrechung 63 hineinragen. Von diesen beiden Mit- nehmervorsprüngen 73 greift jeweils einer in eine der beiden Mitnehmernuten 72 ein. Der Eingriff ist sowohl gleitver schieblich als auch drehbeweglich.

Bei Ausführung einer Antriebs-Drehbewegung 47, 48 werden die Mitnehmervorsprünge 73 durch die Nutflanken der Mitnehmernut 72 beaufschlagt, sodass eine Drehmitnahme des zugeordneten Antriebszahnrades 55, 56 erfolgt. Unabhängig davon ist jedes Antriebszahnrad 55, 56 in der Lage, sich unter Veränderung der Neigung der Zahnradebene 55b, 56b zu verschwenken, wobei die bevorzugt kreiszylindrisch konturierten Mitnehmervor- spränge 73 in der Mitnehmernut 72 entlanggleiten oder diesbe züglich verdreht werden.

Zur Veränderung der Neigung der Zahnkranzebene 55b, 56b ist jedes Antriebszahnrad 55, 56 um eine Drehachse drehbar, die durch die zueinander koaxialen Längsachsen der beiden Mitneh- mervorsprünge 73 definiert ist. Außerdem kann jedes Antriebs- zahnrad 55, 56 um eine zu dieser Drehachse rechtwinkelige Drehachse verschwenkt werden. Da sich die Schwenkbewegungen überlagern können, kann jedes Antriebszahnrad 55, 56 eine Neigungsveränderung der Zahnkranzebene 55b, 56b vergleichbar einer Taumelscheibe ausführen.

Es versteht sich, dass die Anordnung der Mitnehmernuten 72 und der Mitnehmervorsprünge 73 bezüglich der Antriebswelle 52 und der Antriebszahnräder 55, 56 auch vertauscht sein kann. Zudem könnten die Mitnehmernuten 72 und Mitnehmervorsprünge 73 pro Kugelgelenk 64 auch nur einfach vorhanden sein.

Die beiden Antriebseinheiten 4, 5 erstrecken sich zweckmäßi gerweise jeweils in einem von dem ersten Gelenkkörper 2 bzw. von dem Gehäuse 11 definierten Antriebsraum 74. Dementspre chend sind zwei solcher Antriebsräume 74 vorhanden. Jeder An triebsraum 74 schneidet die Kugelpfanne 9 an, sodass ein Ge häusefenster 75 vorliegt, durch das hindurch ein jeweiliges Antriebszahnrad 55, 56 mit der AbtriebsVerzahnung 33 in Ein griff gelangen kann.

Die Wandungen der Antriebsräume 74 sind zweckmäßigerweise je- weils teilweise von einem der beiden Gehäuseteile 14, 15 ge bildet, die dafür über schalenförmig gestaltete Wandabschnit te verfügen.

Die Gelenkanordnung 1 ist zweckmäßigerweise mit Mitteln ver sehen, die eine voneinander unabhängige externe mechanische Befestigung der beiden Gelenkkörper 2, 3 ermöglichen.

In diesem Zusammenhang ist exemplarisch der erste Gelenkkör per 2 mit einer ersten Befestigungsschnittstelle 76 und der zweite Gelenkkörper 3 mit einer zweiten Befestigungsschnitt stelle 77 versehen. Beide Befestigungsschnittstellen 76, 77 sind exemplarisch ausgebildet, um eine Schraubverbindung mit einem nicht weiter abgebildeten externen Vorrichtungsteil zu ermöglichen, beispielsweise mit einem Längenabschnitt eines Roboterarms. Beispielhaft besteht die erste Befestigungs- Schnittstelle 76 aus in dem ersten Gelenkkörper 2 ausgebilde ten Befestigungslöchern, während die zweite Befestigungs schnittstelle 77 aus einem in dem Abtriebsstutzen 22 ausge bildeten Innengewinde besteht .

Es versteht sich, dass die eine mechanische Verbindung mit externen Vorrichtungsteilen ermöglichenden Befestigungs schnittstellen 76, 77 dem jeweiligen Bedarf entsprechend aus gebildet sein können.

Zweckmäßigerweise verfügt der zweite Gelenkkörper 3 zusätz lich über einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad bezüglich des ersten Gelenkkörpers 2. Dieser weitere Bewegungsfreiheitsgrad besteht aus einer Rotationsmöglichkeit um eine mit der Haupt achse 12 zusammenfallende Drehachse, die zur besseren Unter scheidung als Arbeits-Drehachse 78 bezeichnet wird. Der zwei te Gelenkkörper 3 kann unabhängig von seiner Arbeits- Schwenkposition und selbst während der Ausführung einer Ar beits-Schwenkbewegung 6 eine Drehbewegung um die Arbeits- Drehachse 78 ausführen, die im Folgenden zur besseren Unter scheidung als Arbeits-Drehbewegung 82 bezeichnet wird. Die Arbeits-Drehbewegung 82 ist sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Uhrzeigersinns möglich.

Die beiden Antriebszahnkränze 55a, 56a stehen in jedem Be triebszustand der Gelenkanordnung 1 mit der Abtriebsverzah nung 33 in Verzahnungseingriff und so auch während einer Ar beits-Drehbewegung 82. Während dieser Arbeits-Drehbewegung 82 kann die AbtriebsVerzahnung 33, die diese Arbeits- Drehbewegung 82 mitmacht, an den mit ihr momentan in Verzah nungseingriff stehenden Zahnkranzabschnitten der beiden An triebszahnkränze 55a, 56a abgleiten.

Es ist vorteilhaft, wenn die Arbeits-Drehbewegung 82 bedarfs- gemäß hervorrufbar und kontrollierbar ist . Zu diesem Zweck ist die Gelenkanordnung 1 bevorzugt mit einer dritten An triebseinheit 83 ausgestattet, die drehantriebsmäßig mit dem zweiten Gelenkkörper 3 gekoppelt ist . Die dritte Antriebsein heit 83 ist nicht nur zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung 82 in der Lage, sondern kann den zweiten Gelenkkörper 3 auch in jeder bezüglich der Arbeits-Drehachse 78 eingenommenen Drehposition drehfest festhalten.

Die dritte Antriebseinheit 83 ist wie die erste und zweite Antriebseinheit 4, 5 an dem ersten Gelenkkörper 2 drehbar ge- lagert, und zwar um eine dritte Drehachse 84, die bevorzugt mit der mittigen Längsachse 13 des ersten Gelenkkörpers 2 zu sammenfällt. Dementsprechend verläuft die dritte Drehachse 84 beim Ausführungsbeispiel rechtwinkelig zu der Antriebsebene 44. Die dritte Antriebseinheit 83 hat einen von außerhalb des ersten Gelenkkörpers 2 her zugänglichen dritten Betätigungs abschnitt 85, in den eine zur Erzeugung eines Drehmoments ge eignete Betätigungskraft einleitbar ist, durch die die dritte Antriebseinheit 83 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeu- teten dritten Antriebs-Drehbewegung 86 um die dritte Drehach se 84 antreibbar ist.

Über ein Koppelgetriebe 87 ist die dritte Antriebseinheit 83 derart antriebsmäßig mit dem ersten Gelenkkörper 2 gekoppelt, dass aus der dritten Antriebs-Drehbewegung 86 der dritten An- triebseinheit 83 die Arbeits-Drehbewegung 82 des zweiten Ge lenkkörpers 3 um die Arbeits-Drehachse 78 resultiert.

Zweckmäßigerweise ist die Gelenkanordnung 1 mit einer nur schematisch angedeuteten dritten Antriebseinrichtung 88 aus- gestattet, die mit dem dritten Betätigungsabschnitt 85 an triebsmäßig gekoppelt ist und die in der Lage ist, die dritte Antriebs-Drehbewegung 86 zu erzeugen. Bevorzugt ist die drit te Antriebseinrichtung 88 wie auch die beiden anderen An triebseinrichtungen 57, 58 außen an dem ersten Gelenkkörper 2 angebracht. Hinsichtlich der Ausgestaltung der dritten An triebseinrichtung 88 gelten die oben zu den beiden anderen Antriebseinrichtungen 57, 58 gemachten Ausführungen entspre chend .

Auch die dritte Antriebseinrichtung 88 ist zweckmäßigerweise an eine optional vorhandene elektronische Steuereinrichtung angeschlossen, die den Betrieb der dritten Antriebseinrich tung 88 steuert. Es besteht zudem die Möglichkeit, den drit ten Betätigungsabschnitt 85 zusätzlich oder alternativ für eine manuelle rotative Krafteinleitung auszubilden und bei- spielsweise mit einem manuell betätigbaren Drehknauf zu ver sehen .

Der dritte Betätigungsabschnitt 85 ist zweckmäßigerweise an einer Antriebswelle 92 ausgebildet, die um die dritte Dreh achse 84 drehbar an dem ersten Gelenkkörper 2 gelagert ist, wobei der dritte Betätigungsabschnitt 85 außerhalb des ersten Gelenkkörpers 2 liegt . Das schalenförmige zweite Gehäuseteil 15 hat eine der ersten Gehäuseöffnung 18 des ersten Gehäuse teils 14 in der Achsrichtung der mittigen Längsachse 13 ge genüberliegende zweite Gehäuseöffnung 19, die von der An- triebswelle 92 drehbeweglich durchsetzt ist. Ein innerer End- abschnitt der Antriebswelle 92, der als Antriebsabschnitt 93 bezeichnet sei, ragt in den Gehäuseinnenraum 16 hinein, wobei er außerdem in den Hohlraum 25 des Kugelkopfes 8 hineinragt.

Das Koppelgetriebe 87 hat zwei an dem Antriebsabschnitt 93 angeordnete, sich bezüglich der dritten Drehachse 84 diamet ral gegenüberliegende Koppelarme 94, die jeweils mit einem Kopplungskopf 95 enden.

Zu dem Koppelgetriebe 87 gehören außerdem zwei Koppelschlitze 96, die am Innenumfang der den Hohlraum 25 umschließenden Wandung des Kugelkopfes 8 ausgebildet sind und mit einer schlitzartigen Längsöffnung in diesen Hohlraum 25 einmünden. Die beiden Koppelschlitze 96 liegen sich bezüglich der Haupt achse 12 diametral gegenüber und erstrecken sich jeweils in der Hauptachsrichtung 12, wobei sie in einer gemeinsamen, die Hauptachse 12 enthaltenden Schlitzebene 97 liegen. Wie insbe sondere aus Figur 5 gut ersichtlich ist, haben die Kopplungs schlitze 96 zweckmäßigerweise eine konkav gekrümmte Schlitz - grundfläche 98, sodass sie jeweils eine nutartige Struktur haben und auch als Kopplungsnuten bezeichnet werden könnten. Die Krümmung der Schlitzgrundfläche 98 entspricht vorzugswei se der Krümmung der Außenumfangsfläche 32 des Kugelkopfes 8.

Die beiden Koppelarme 94 haben zueinander koaxiale Längsach sen 94a. Jeder Kopplungsarm 94 taucht mit dem Kopplungskopf 95 in einen der beiden Kopplungsschlitze 96 ein und liegt an beiden Nutflanken des betreffenden Kopplungsschlitzes 96 an. Außerdem ist jeder Kopplungskopf 95 gleitverschieblich im zu geordneten Kopplungsschlitz 96 aufgenommen, sodass er darin in der Schlitzlängsrichtung entlanggleiten kann.

Das Antriebsdrehmoment zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung 82 wird durch das Koppelgetriebe 87 dadurch von der dritten Antriebseinheit 83 auf den zweiten Gelenkkörper 3 übertragen, dass die Kopplungsköpfe 95 in der Umfangsrichtung der Haupt achse 12 drückend auf die Schlitzflanken der Kopplungsschlit ze 96 einwirken. Die Kopplungsköpfe 95 sind außerdem so ausgebildet, dass der zweite Gelenkkörper 2 relativ zu der dritten Antriebseinheit 83 um eine erste Kippachse 99 verkippbar, wobei diese erste Kippachse 99 mit den beiden zueinander koaxialen Längsachsen 94a der beiden Koppelarme 94 zusammenfällt . Die Kippbeweg- lichkeit wird dadurch begünstigt, dass die Kopplungsköpfe 95 im Kontaktbereich mit den Stützflanken der Kopplungsschlitze 96 kugelförmig abgerundet sind. Bevorzugt sind die Kopplungs- köpfe 95 insgesamt kugelförmig ausgebildet.

Wenn es sich bei den Kopplungsköpfen 95 um separate Elemente der Kopplungsarme 94 handelt, kann die Kippbeweglichkeit um die erste Kippachse 99 auch dadurch begünstigt werden, dass die Kopplungsköpfe 95 bezüglich der Längsachsen 94a drehbar an dem mit dem Antriebsabschnitt 93 verbundenen Armabschnitt des zugeordneten Koppelarmes 94 gelagert sind. Insbesondere bei einer solchen drehbaren Ausgestaltung können die Kopp lungsköpfe 95 außen auch mit einer kreiszylindrischen Kontur versehen sein.

Aufgrund der geschilderten Ausgestaltung ist der zweite Ge lenkkörper 3 in der Lage, bei während der Ausführung der Ar- beits-Schwenkbewegung 6 um die erste Kippachse 99 relativ zu der dritten Antriebseinheit 83 zu verkippen. Die dabei statt findende Kippbewegung 99a ist durch einen Doppelpfeil kennt lich gemacht .

Zusätzlich kann der erste Gelenkkörper 2 unter Ausführung ei- ner zweiten Kippbewegung 100a auch noch um eine zweite Kippachse 100 verkippen, die rechtwinkelig zu der ersten Kippachse 99 verläuft und sowohl diese erste Kippachse 99 als auch die mittige Längsachse 13 schneidet. Der Schnittpunkt liegt zweckmäßigerweise auf dem Schwenkzentrum 7. Bei der zweiten Kippbewegung 100a bewegen sich die Koppel schlitze 96 entlang der Kopplungsköpfe 95, an denen sie mit ihren Schlitzflanken abgleiten.

Die beiden Kippbewegungen 99a, 100a können gleichzeitig stattfinden. Die Kippbeweglichkeit gestattet es dem zweiten Gelenkkörper 3, die Arbeits-Schwenkbewegung 6 auszuführen und dabei kontinuierlich mit der dritten Antriebseinheit 83 an triebsmäßig gekoppelt zu sein.

Claims

Ansprüche

1. Gelenkanordnung, mit einem ersten Gelenkkörper (2) und einem bezüglich des ersten Gelenkkörpers (2) unter Ausführung einer Arbeits-Schwenkbewegung (6) um ein Schwenkzentrum (7) verschwenkbaren und in unterschiedlichen Arbeits- Schwenkpositionen positionierbaren zweiten Gelenkkörper (3) , wobei der erste Gelenkkörper (2) eine Kugelpfanne (9) auf weist, in der der zweite Gelenkkörper (3) zur Ermöglichung der Arbeits-Schwenkbewegung (6) mit einem Kugelkopf (8) um das Schwenkzentrum (7) drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Gelenkkörper (3) eine imaginäre Hauptachse (12) hat, die das Schwenkzentrum (7) schneidet,

dadurch gekennzeichnet,

- dass an dem ersten Gelenkkörper (2) zwei unabhängig vonei nander drehbare Antriebseinheiten (4, 5) angeordnet sind, wo- bei eine erste Antriebseinheit (4) der beiden Antriebseinhei ten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen ersten Betätigungs abschnitt (45) zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung (47) um eine erste Drehachse (42) antreibbar ist und wobei eine zwei te Antriebseinheit (5) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen zweiten Betätigungsabschnitt (46) zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung (48) um eine zu der ersten Drehachse (42) rechtwinkelige zweite Drehachse (43) antreibbar ist,

- wobei die erste Antriebseinheit (4) ein erstes Antriebs- zahnrad (55) mit einem in einer sich quer zu der ersten Dreh achse (42) erstreckenden ersten Zahnkranzebene (55b) liegen den ersten Antriebszahnkranz (55a) aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit (5) ein zweites Antriebszahnrad (56) mit einem in einer sich quer zu der zweiten Drehachse (43) erstreckenden zweiten Zahnkranzebene (56b) liegenden zweiten Antriebszahnkranz (56a) aufweist,

- wobei der Kugelkopf (8) des zweiten Gelenkkörpers (3) an seiner Außenumfangsfläche (32) über eine AbtriebsVerzahnung (33) verfügt, mit der die Antriebszahnkränze (55a, 56a) der Antriebszahnräder (55, 56) beider Antriebseinheiten (4, 5) in formschlüssigem Verzahnungseingriff stehen, sodass der zweite Gelenkkörper (3) durch selektives Verdrehen einer oder beider Antriebseinheiten (4, 5) derart zu der Arbeits- Schwenkbewegung (6) antreibbar ist, dass seine Hauptachse (12) innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches (62) um das Schwenkzentrum (7) verschwenkt wird. 2. Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse (12) des zweiten Gelenkkörpers (3) unab hängig von der jeweils eingenommenen Arbeits-Schwenkposition eine von den zueinander rechtwinkeligen Drehachsen (42, 43) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) aufgespannte Antriebsebe- ne (44) schneidet.

3. Gelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass jede der beiden Antriebseinheiten (4, 5) eine das zugeordnete Antriebszahnrad (55, 56) durchsetzende An triebswelle (52) aufweist, deren Längsachse (54) mit der zu- geordneten Drehachse (42, 43) zusammenfällt und die drehmo mentübertragend mit dem Antriebszahnrad (55, 56) gekoppelt ist, wobei das Antriebszahnrad (55, 56) über ein Kugelgelenk (64) derart schwenkbar an der Antriebswelle (52) gelagert ist, dass seine Zahnkranzebene (55b, 56b) unterschiedliche Neigungen bezüglich der Drehachse (42, 43) einnehmen und dadurch der sich bei der Arbeits-Schwenkbewegung (6) in ihrer Neigung verändernden AbtriebsVerzahnung (33) folgen kann.

4. Gelenkanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebswelle (52) einen kugelförmigen Lagerab- schnitt (65) mit einer kugelförmigen Außenlagerflache (61) aufweist, auf dem das Antriebszahnrad (55, 56) mit einer ku gelzonenförmigen konkaven Innenlagerflache (66) verschwenkbar gelagert ist, wobei in der Außenlagerflache (61) mindestens eine sich in einer mit der Längsachse (54) der Antriebswelle (52) zusammenfallenden Ebene erstreckende gekrümmte Mitneh mernut (72) ausgebildet ist, in die ein über die Innenlager fläche (66) vorstehender Mitnehmervorsprung (73) des An triebszahnrades (55, 56) gleitverschieblich und drehbar ein greift, oder umgekehrt. 5. Gelenkanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Antriebszahnrad (55, 56) aus zwei von axial einan der entgegengesetzten Seiten her auf den kugelförmigen Lager abschnitt (65) aufgesetzten und axial zusammengefügten Zahn radhälften (67a, 67b) besteht, die jeweils einen Teilbereich der konkaven Innenlagerfläche (66) bilden.

6. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkkörper (3) einen von dem Kugelkopf (8) radial abstehenden, zu der Hauptachse (12) koaxialen Abtriebsstutzen (22) aufweist. 7. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Gelenkkörper (2) eine zur externen Befestigung des ersten Gelenkkörpers (2) vorgesehene erste Befestigungsschnittstelle (76) ausgebildet ist, wobei an dem zweiten Gelenkkörper (3) eine zur externen Befestigung des zweiten Gelenkkörpers (3) vorgesehene zweite Befesti gungsschnittstelle (77) ausgebildet ist.

8. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (32) des Kugel- köpfes (8) eine Hauptumfangsrichtung (37) hat, die der Kreis linie eines mit der Hauptachse (12) zusammenfallenden Groß kreises (36) des Kugelkopfes (8) folgt, wobei die Abtriebs verzahnung (33) des Kugelkopfes (8) über eine Vielzahl von Zähnen (34) verfügt, die in der Hauptumfangsrichtung (37) aufeinanderfolgend angeordnet sind und jeweils quer dazu eine gekrümmte Längsgestalt haben.

9. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die AbtriebsVerzahnung (33) des Kugel kopfes (8) koaxial zu der Hauptachse (12) ausgebildet ist, wobei sie eine Vielzahl von ringförmig ausgebildeten Zähnen

(34) hat, die in zu der Hauptachse (12) koaxialer Ausrichtung in der Achsrichtung der Hauptachse (12) aufeinanderfolgend angeordnet sind.

10. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gelenkkörper (2) eine imaginä re mittige Längsachse (13) hat und über zwei aneinander be festigte schalenförmige Gehäuseteile (14, 15) verfügt, die in einer zu der mittigen Längsachse (13) rechtwinkeligen Füge ebene (17) aneinandergesetzt sind und jeweils einen Abschnitt der Kugelpfanne (9) bilden.

11. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte (45, 46) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) jeweils für eine ma nuelle rotative Krafteinleitung und/oder für eine rotative Krafteinleitung durch eine elektrisch und/oder durch Fluid- kraft betriebene Antriebseinrichtung (57, 58) der Gelenkan ordnung (1) ausgebildet sind.

12. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gelenkkörper (3) un- abhängig von der Arbeits-Schwenkbewegung (6) und seiner mo mentanen Arbeits-Schwenkposition um eine mit der Hauptachse (12) zusammenfallende Arbeits-Drehachse (78) relativ zu dem ersten Gelenkkörper (2) drehbar ist, wobei die Abtriebsver zahnung (33) an den beiden Antriebszahnkränzen (55a, 56a) ab- gleiten kann.

13. Gelenkanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an dem ersten Gelenkkörper (2) um eine dritte Drehachse (84) drehbar gelagerte dritte Antriebseinheit (83) aufweist, die durch Krafteinleitung in einen dritten Betäti- gungsabschnitt (85) zu einer dritten Antriebs-Drehbewegung (86) um die dritte Drehachse (84) antreibbar ist und die mit dem zweiten Gelenkkörper (3) über ein Koppelgetriebe (87) derart in Antriebsverbindung steht, dass aus der dritten An triebs-Drehbewegung (86) der dritten Antriebseinheit (83) ei- ne Arbeits-Drehbewegung (82) des zweiten Gelenkkörpers (3) um die Arbeits-Drehachse (78) resultiert.

14. Gelenkanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Betätigungsabschnitt (85) der dritten An triebseinheit (83) für eine manuelle rotative Krafteinleitung und/oder für eine rotative Krafteinleitung durch eine

elektrisch und/oder durch Fluidkraft betriebene Antriebsein richtung (88) der Gelenkanordnung (1) ausgebildet ist.

15. Gelenkanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, dass die dritte Drehachse (84) der dritten An- triebseinheit (83) rechtwinkelig zu einer von der ersten Drehachse (42) der ersten Antriebseinheit (4) und der zweiten Drehachse (43) der zweiten Antriebseinheit (5) aufgespannten Antriebsebene (44) ausgerichtet ist,

16. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Antriebseinheit (83) eine den dritten Betätigungsabschnitt (85) aufweisende, an dem ersten Gelenkkörper (2) um die dritte Drehachse (84) drehbar gelagerte Antriebswelle (92) aufweist, die mit einem Antriebsabschnitt (93) in einen Hohlraum (25) des Kugelkopfes (8) eintaucht, wobei an dem Antriebsabschnitt (93) zwei sich bezüglich der dritten Drehachse (84) diametral gegenüberlie gende und in einander entgegengesetzte Richtungen radial nach außen ragende Koppelarme (94) des Koppelgetriebes (87) ange ordnet sind, die jeweils mit einem Kopplungskopf (95) in ei- nen von zwei sich bezüglich der Hauptachse (12) diametral ge genüberliegenden und in den Hohlraum (25) des Kugelkopfes (8) einmündenden Koppelschlitzen (96) des Koppelgetriebes (87) eintauchen, wobei die Kopplungsköpfe (95) der Koppelarme (94) zur Drehmomentübertragung zwischen der dritten Antriebsein- heit (83) und dem zweiten Gelenkkörper (3) mit den Schlitz flanken der Koppelschlitze (96) Zusammenwirken und wobei der Kugelkopf (8) des zweiten Gelenkkörpers (3) bei der Arbeits- Schwenkbewegung (6) des zweiten Gelenkkörpers (3) um zwei zu einander rechtwinkelige erste und zweite Kippachsen (99, 100) verkippbar ist, wobei die erste Kippachse (99) von den zuei nander koaxialen Längsachsen (94a) der beiden Koppelarme (94) gebildet ist und die zweite Kippachse (100) rechtwinkelig zu einer die beiden Koppelschlitze (96) enthaltenden Schlitzebe ne (97) verläuft.