WO2021204624A1 - Drehlager und getriebebox - Google Patents

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WO2021204624A1
WO2021204624A1 PCT/EP2021/058443 EP2021058443W WO2021204624A1 WO 2021204624 A1 WO2021204624 A1 WO 2021204624A1 EP 2021058443 W EP2021058443 W EP 2021058443W WO 2021204624 A1 WO2021204624 A1 WO 2021204624A1
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Definitions

  • the invention relates to a pivot bearing according to the preamble of claim 1. It also relates to a gear box according to the preamble of claim 3.
  • Such rotary bearings are particularly suitable for the rotary bearing of stress wave gears, the rotary bearing and the stress wave gearing forming a gear box.
  • Such gear boxes are used in many ways in many areas of technology. In particular, such gear boxes are increasingly used in robotics and also in prosthetics. As an example, reference is made here to the Harmonie Drive® gearbox, which belongs to the group of voltage wave gearboxes.
  • the drive component designed there as an elliptical wave generator deforms the transmission component designed as an externally toothed flexspline via a ball bearing, which is in engagement in the opposite areas of the large elliptical axis with the internally toothed, circular spline wheel.
  • the large axis of the ellipse and thus the tooth meshing area are displaced.
  • the Flexspline of the Harmonie Drive® gearbox usually has two teeth less than the Circular Spline, a relative movement between the Flexspline and the Circular Spline takes place by one tooth during half a revolution and by two teeth during a full revolution.
  • the circular spline is fixed, the flexspline as the output element rotates in the opposite direction to the drive.
  • the circular spline can be arranged so that it can be fixed in a rotary bearing ring.
  • Stress wave gears of this type are placed on a rotary bearing ring, on which they are rotatably mounted, in order to realize a rotary movement between two components.
  • the wheel of the stress wave transmission can be arranged non-rotatably with respect to the rotary bearing ring, with rolling elements then being arranged between the rotary bearing surfaces of the rotary bearing ring and the transmission component, whereby the rotatability of the stress wave transmission relative to the Pivot bearing ring is guaranteed.
  • the transmission component of the stress wave gear can also be arranged in a rotationally fixed manner to the rotary bearing ring, with rolling elements then being arranged between the rotary bearing surfaces of the rotary bearing ring and the wheel, whereby the rotatability of the stress wave gear with respect to the rotary bearing ring is also ensured.
  • AT 129 151 B discloses a single or multiple row full-complement radial ball bearing.
  • Running ring is a guide ring with an angular cross-section on or inserted,
  • CH 38509 A describes a ball bearing with two concentrically nested rings and a guide ring for the rolling elements.
  • a disadvantage of such a construction is that when the output part rotates, the rolling elements can fall out of the space, so that the function of the rotary bearing is impaired and can block it.
  • a guide ring for the rolling elements is arranged in at least one of the two receptacles between the receiving opening and the rolling elements.
  • the invention is based on the consideration that a failure of the rolling elements from the bearing should absolutely be avoided. Replacing the pivot bearing is very time-consuming, particularly in difficult-to-access installation situations. In addition, malfunctions and blocking of the bearing can lead to dangerous situations.
  • the falling out of the rolling elements can be prevented with the aid of a guide ring which restricts the rolling elements in their movement in the axial direction in the direction of the receiving opening.
  • the pivot bearing can preferably be designed as a four-point bearing.
  • Four-point bearings can be made very compact and, in addition to pure axial and radial forces, also absorb high tilting moments. This is particularly advantageous when mounting a stress wave transmission described here.
  • a sealing ring in particular a radial shaft sealing ring, which blocks an axial movement of the guide ring in the direction of the receiving opening, is advantageously arranged in at least one of the two receptacles.
  • the used lubricant migrates within the gearbox, for example reaches the rotary bearing of the gearbox and passes through the space between the bearings there. If necessary, the bearing gap can be protected against the entry of undesired materials or the escape of roller bearing grease by means of an outer radial shaft sealing ring be sealed.
  • the radial shaft seal can axially support the guide ring.
  • a snap ring is preferably arranged in at least one of the two receptacles, which blocks an axial movement of the guide ring in the direction of the receptacle opening. This enables simple and inexpensive axial fixation of the guide ring with the aid of standard mechanical engineering elements.
  • the guide ring is designed in the form of a screw with an external thread which engages with an internal thread formed in the outer pivot bearing ring.
  • the guide ring is axially fixed by a compressive stress (oversize) on the outer diameter in the outer bearing ring.
  • the guide ring is preferably made of plastic or steel. Manufacture from plastic is particularly cost-effective.
  • the guide ring is designed to be integrated with a flat seal.
  • the separate component of a seal can be dispensed with and the manufacturing process of the pivot bearing is simplified.
  • a metal ring functioning as a guide ring can be integrated into the flat seal designed as an elastomer.
  • a gear box is preferably an open or closed housing in which gear parts (gears) are mounted on shafts with bearings or seals.
  • the wheel or the circular spline advantageously forms the outer rotary bearing ring. This creates a versatile and compact gear box.
  • the inner rotary bearing ring is designed as a clutch wheel with internal teeth which have the same number of teeth as the external teeth of the transmission component, the internal teeth of the clutch wheel meshing with the external teeth of the transmission component.
  • This gear design enables an axially very compact design.
  • FIG. 1 shows a first preferred exemplary embodiment of a rotary bearing according to the invention, which forms a gear box, with a stress wave gear mounted therein, in a sectional view;
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of a gear box according to the invention in a sectional view
  • FIG. 3 shows a third preferred embodiment of a gear box according to the invention in a sectional view
  • FIG. 4 shows a fourth preferred embodiment of a gear box according to the invention in a sectional view
  • 5 shows a fifth preferred embodiment of a gear box according to the invention in a sectional illustration
  • FIG. 6 shows a sixth preferred embodiment of a gear box according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 1 an embodiment of a rotary bearing 50 according to the invention and a stress wave gear 40 mounted therein, which together form a gear box 70, is shown in the assembled state in a sectional view.
  • a transmission component 4 designed as a flexspline is attached to a drive component 2 designed as an elliptical wave generator, which is preferably mounted on a flea shaft, the transmission component 4 also being elliptically deformed by the elliptical drive component 2.
  • the elliptically deformed transmission component 4 engages with an external toothing 3 in the opposite areas of the large elliptical axis in an internal toothing 5 of a wheel 6 designed as a circular spline.
  • the wheel 6 has the greatest axial extent of all components of the gear box 70.
  • the drive component 2 is designed as an elliptical wave generator.
  • the elastic transmission component 4 designed as a flexspline, is placed via a ball bearing 16 having a plurality of balls 17. Due to the elasticity in the area of its external toothing 3, this transmission component 4 is also elliptically deformed due to the elliptical shape of the drive component 2.
  • the elastic transmission component 4 Since the elastic transmission component 4 has an external toothing 3 and is elliptically deformed, this external toothing 3 is in the area of the large Elliptical axis with the internal toothing 5 of the circular spline designed wheel 6 in engagement.
  • This wheel 6 has an inner surface embodied as a rotary bearing surface 9, which corresponds to an outer surface embodied as a rotary bearing surface 7 of an inner rotary bearing ring 1a.
  • This rotary bearing ring 1a is provided with internal teeth which have the same number of teeth as the transmission component 4, and thus has the function of a clutch (without reduction).
  • a rolling bearing with a plurality of rolling elements 8 is arranged between these two rotary bearing surfaces 7 and 9 of the wheel 6 and the inner rotary bearing ring 1a, the rotary bearing surfaces 7 and 9 of the wheel 6 and the inner rotary bearing ring 1a serving as raceways 12 for the rolling elements 8 of the rolling bearing are trained.
  • the wheel 6 is an outer rotary bearing ring 1b of the rotary bearing 50.
  • a receptacle 10 is made in the pivot bearing surface 7 of the wheel 6 or outer pivot bearing ring 1b and a receptacle 11 is made in the pivot bearing surface 9 of the inner pivot bearing ring 1a.
  • Both receptacles 10 and 11 correspond in such a way that, given a corresponding orientation to one another, they are suitable for receiving a rolling element 8 in a form-fitting manner while forming a feed channel 24 with a receiving opening 22.
  • This form-fitting reception of a rolling element 8 allows the rolling element 8 to be filled with rolling elements 8 via the feed channel 24 between the wheel 6 and the rotary bearing ring 1, so that the wheel 6 can be supported without play relative to the rotary bearing ring 1a and the rotary bearing ring 1a and wheel 6 can be rotated against each other.
  • the transmission component 4 embodied as a flexspline can now be driven by means of the drive component 2 embodied as a wave generator, so that a relative movement takes place between the wheel 6 and the transmission component 2.
  • the rolling elements 8 are designed as balls in the present exemplary embodiment.
  • the flexspline or the transmission component 4 engages in the wheel 6 or the circular spline and also engages in a coupling wheel 13 or a dynamic spline, the coupling wheel being identical to the rotary bearing ring 1a, which has internal teeth.
  • the clutch wheel 13 has internal toothing with the same number of teeth as the external toothing 3 of the transmission component 4. The clutch wheel 13 functions in this way as a reduction-free clutch.
  • the components of the gear box 70 namely the inner rotary bearing ring 1 a, the drive component 2, the drive component 4 and the wheel 6 are arranged coaxially around a central longitudinal axis 15 of the gear box 70.
  • the pivot bearing 50 is optimized for high reliability and service life.
  • a guide ring 20 is arranged in the receptacle 10 of the rotary bearing ring 1b.
  • the receptacles 10, 11 are also present in the designs of the pivot bearing according to FIGS. 5 and 6.
  • the guide ring 20, the receptacles 10, 11 and the supply channel 24 are shown in FIG. 1 in an enlarged illustration 80.
  • the guide ring 20 has an annular, axially extending projection 41 which comes into contact with the rolling elements 8.
  • the projection 41 preferably has a small one Support surface that touches the rolling elements 8 during operation in order to keep the friction between the guide ring 20 and the rolling elements 8 as low as possible.
  • the radial shaft seal which is designed as a radial shaft sealing ring, is supported radially on the outside on a shoulder 43 within the outer bearing ring 1b and lies opposite with a sealing edge 45 on a circumferential surface of the inner bearing ring 6 designed as a sealing surface 44.
  • the guide ring 20 holds the rolling elements 8 in an annular annular gap 23 and prevents them from falling out of the supply channel 24, even if the rotary bearing 50 is moved or rotated, so that the rolling elements 8 are also off when the supply channel 24 is oriented vertically downwards of the annular cavity 23 do not fall out.
  • the guide ring 20 is preferably made of plastic (inexpensive) or of steel.
  • the gear boxes 70 shown in FIGS. 2-4 differ from one another only in the type of design of the guide ring 20 or the receptacles 10, 11 and the components arranged therein.
  • a further preferred embodiment of a gear box 70 with a pivot bearing 50 and a stress wave gear 40 is shown.
  • a snap ring 25 is arranged in the receptacle 10.
  • the snap ring 25 is arranged in a radially outer region in a radial groove 26 in the wheel 6 and is thereby fixed radially and axially. It prevents an axial movement of the guide ring 20 in the direction of the receiving opening 22.
  • the guide ring 20 is preferably made of plastic or steel.
  • a radial shaft seal 21 is also present in this embodiment.
  • FIG. 3 Another preferred embodiment of a gear box 70 with a pivot bearing 50 and a tension shaft gear 40 is shown in FIG. 3.
  • the guide ring which is preferably made of steel, is 20 Helical design with an external thread 27 which engages in a corresponding internal thread 28 in wheel 6.
  • FIG. 4 a further preferred embodiment of a gear installation kit 70 with a pivot bearing 50 and a stress wave gear 40 is shown.
  • the guide ring 20 which can preferably be made of plastic, but also of steel, is axially fixed by a press fit or interference fit in wheel 6 on its outer diameter. Gluing the guide ring is also possible.
  • FIG. 5 shows a further preferred exemplary embodiment of a gear box 70 with a pivot bearing 50 and a stress wave gear 40 with a wheel 6 or circular spline designed as an internal gear, which in the area of its internal teeth 5 coincides with the external teeth 3 of a transmission component 4 or flexsplines is engaged in areas.
  • the transmission component 4 is non-rotatably connected to an outer rotary bearing ring 1b of a rotary bearing 50, which rotatably supports the transmission component 4 and the wheel 6 with respect to one another.
  • An inner rotary bearing ring 1 a of the rotary bearing 50 is connected to the circular spline / wheel 6 in a rotationally fixed manner.
  • the transmission component 4 is elliptically deformed by an elliptical drive component 2.
  • the elliptically deformed transmission component 4 engages with its external toothing 3 in the opposite areas of the large elliptical axis in an internal toothing 5 of a wheel 6 designed as a circular spline.
  • the drive component 2 is designed as an elliptical wave generator.
  • the elastic transmission component 4 designed as a flexspline, is placed via a ball bearing 16 having a plurality of balls 17. Due to the elasticity in the area of its external toothing 3, this is Transmission component 4 is also elliptically deformed due to the elliptical shape of the drive component 2.
  • the guide ring 20 is designed as an inner seal or flat seal or is integrated into it.
  • Flat seal and guide ring 20 are designed as one component or in one piece.
  • the guide ring 20 is preferably formed from a composite material, which preferably consists of elastomer and plastic / steel.
  • FIG. 6 Another preferred embodiment of a gear box 70 with a pivot bearing 50 and a stress wave gear 40 is shown in FIG. 6, which differs from the embodiment shown in FIG. 5 only in the design of the guide ring.
  • the guide ring 20 can be designed as a pure plastic ring or from one
  • Composite material exist as an elastomer and plastic / steel and thus also take on the function of a static O-ring seal between the pivot bearing ring 1b and the transmission component 4.

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Abstract

Drehlager (50), insbesondere für ein Wellgetriebe, mit einem äußeren Drehlagerring (1 b) und einem darin angeordneten inneren Drehlagerring (la), wobei der innere Drehlagerring (1 a) und der äußere Drehlagerring (1 b) jeweils mit wenigstens einer Aufnahme (10, 11) versehen sind, durch welche in einer korrespondierenden Stellung der beiden Aufnahmen (10, 11) zueinander durch eine von den beiden Aufnahmen (10, 11) gebildete Aufnahmeöffnung (22) Wälzkörper (8) in ein Wälzlager zwischen der Drehlagerfläche (7) des inneren Drehlagerrings (1 a) und der Drehlagerfläche (9) des äußeren Drehlagerrings (1 b) einbringbar sind, wobei in wenigstens einer der beiden Aufnahmen (10, 11) zwischen Aufnahmeöffnung und Wälzkörpern (8) ein Führungsring (20) für die Wälzkörper (8) angeordnet ist.

Description

Bezeichnung: Drehlager und Getriebebox
Die Erfindung betrifft ein Drehlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin eine Getriebebox nach dem Oberbegriff von Anspruch 3.
Derartige Drehlager eignen sich insbesondere zur Drehlagerung von Spannungswellengetrieben, wobei das Drehlager und das Spannungswellengetriebe eine Getriebebox bilden. Derartige Getriebeboxen werden in vielfältiger Weise in vielen Technologiebereichen eingesetzt. Insbesondere finden derartige Getriebeboxen in der Robotertechnik und auch in der Prothetik vermehrt Anwendung. Beispielhaft sei hier auf das Harmonie Drive® Getriebe verwiesen, welches zur Gruppe der Spannungswellengetriebe gehört.
Das dort als elliptischer Wave Generator ausgebildete Antriebbauteil verformt über ein Kugellager das als außenverzahnter Flexspline ausgebildete Übertragungsbauteil, welches sich in den gegenüberliegenden Bereichen der großen Ellipsenachse mit dem innenverzahnten, als Circular Spline ausgebildeten Rad im Eingriff befindet. Mit Drehen des Wave Generators verlagert sich die große Ellipsenachse und damit der Zahneingriffsbereich. Da der Flexspline des Harmonie Drive® Getriebes in der Regel zwei Zähne weniger als der Circular Spline besitzt, vollzieht sich während einer halben Umdrehung des Wave Generators eine Relativbewegung zwischen Flexspline und Circular Spline um einen Zahn und während einer ganzen Umdrehung um zwei Zähne. Bei fixiertem Circular Spline dreht sich der Flexspline als Abtriebselement entgegengesetzt zum Antrieb. Der Circular Spline kann dabei in einem Drehlagerring fixierbar angeordnet sein.
Derartige Spannungswellengetriebe werden zur Realisierung einer Drehbewegung zwischen zwei Bauteilen auf einen Drehlagerring aufgesetzt, auf dem sie drehbar gelagert sind. Dabei kann einerseits das Rad des Spannungswellengetriebes drehfest zu dem Drehlagerring angeordnet sein, wobei dann Wälzkörper zwischen Drehlagerflächen des Drehlagerrings und des Übertragungsbauteils angeordnet sind, wodurch die Drehbarkeit des Spannungswellengetriebes gegenüber dem Drehlagerring gewährleistet ist. Andererseits kann aber auch das Übertragungsbauteil des Spannungswellengetriebes drehfest zu dem Drehlagerring angeordnet sein, wobei dann Wälzkörper zwischen Drehlagerflächen des Drehlagerrings und des Rades angeordnet sind, wodurch die Drehbarkeit des Spannungswellengetriebes gegenüber dem Drehlagerring ebenfalls gewährleistet ist.
Die AT 129 151 B offenbart ein ein- oder mehrreihiges vollkugeliges Radialkugellager. Auf den inneren Laufring oder in den äußeren. Laufring ist ein im Querschnitt winkelförmiger Führungsring auf- bzw. eingesetzt,
Aus der US 1 212253 A ist ein Drehlager mit zwei Lagerringen und einem Führungsring für die Wälzkörper bekannt.
Die CH 38509 A beschreibt ein Kugellager mit zwei konzentrisch ineinander liegenden Ringen und einem Führungsring für die Wälzkörper.
Aus der DE 102015 104308 A1 ist bekannt, ein Drehlager eines oben beschriebenen Getriebeeinbausatzes derart auszubilden, dass das Rad beziehungsweise das Übertragungsbauteil und der Drehlagerring jeweils mit wenigstens einer Aufnahme versehen sind, durch welche in einer korrespondierenden Stellung der beiden Aufnahmen zueinander Wälzkörper in ein Wälzlager zwischen der Drehlagerfläche des Rades beziehungsweise des Übertragungsbauteils und der Drehlagerfläche des Drehlagerrings einbringbar sind.
Nachteilig bei einer derartigen Konstruktion ist, dass bei Drehung des Abtriebteils die Wälzkörper aus dem Zwischenraum herausfallen können, sodass die Funktion des Drehlagers beeinträchtigt wird und dieses blockieren kann.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen oben beschriebenes Drehlager dahingehend zu verbessern. Weiterhin soll eine verbesserte Getriebebox bereitgestellt werden. In Bezug auf das Drehlager wird diese Aufgabe gelöst durch ein Drehlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Erfindungsgemäß ist in wenigstens einer der beiden Aufnahmen zwischen Aufnahmeöffnung und Wälzkörpern ein Führungsring für die Wälzkörper angeordnet.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Fierausfallen der Wälzkörper aus dem Lager unbedingt vermieden werden sollte. Insbesondere in schwierig zugänglichen Einbausituationen ist ein Austausch des Drehlagers sehr aufwändig. Zudem können Fehlfunktionen und Blockieren des Lagers zu gefährlichen Situationen führen.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann das Herausfallen der Wälzkörper verhindert werden mit Hilfe eines Führungsringes, der in axialer Richtung die Wälzkörper in ihrer Bewegung in Richtung der Aufnahmeöffnung einschränkt.
Das Drehlager kann bevorzugt als Vierpunktlager ausgebildet sein. Vierpunktlager können sehr kompakt ausgebildet sein und neben reinen Axial- und Radialkräften auch hohe Kippmomente aufnehmen. Dies ist insbesondere bei der Lagerung eines hier beschrieben Spannungswellengetriebes von Vorteil.
Vorteilhafterweise ist in wenigstens einer der beiden Aufnahmen ein Dichtring, insbesondere ein Radialwellendichtring, angeordnet, welcher eine axiale Bewegung des Führungsrings in Richtung der Aufnahmeöffnung blockiert. In bestimmten Anwendungsfällen kann es Vorkommen, dass das verbrauchte Schmiermittel innerhalb des Getriebes wandert, beispielsweise bis zu dem Drehlager des Getriebes gelangt und durch den dort vorhandenen Lagerzwischenraum hindurchtritt. Der Lagerzwischenraum kann bei Bedarf mittels eines äußeren Radialwellendichtrings gegen den Eintritt unerwünschter Materialien oder den Austritt von Wälzlagerfett abgedichtet werden. Zugleich kann der Radialwellendichtring den Führungsring axial abstützen.
Bevorzugt ist in wenigstens einer der beiden Aufnahmen ein Sprengring angeordnet, weicher eine axiale Bewegung des Führungsrings in Richtung der Aufnahmeöffnung blockiert. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige axiale Fixierung des Führungsrings mit H ilfe von Standard-Maschinenbauelementen ermöglicht.
Der Führungsring ist erfindungsgemäß in der Form einer Schraube mit einem Außengewinde ausgeführt, welches in Eingriff mit einem im äußeren Drehlagerring gebildeten Innengewinde steht.
Der Führungsring ist in einer nicht-erfindungsgemäßen Ausbildung axial durch eine Pressspannung (Übermaß) am Außendurchmesser im äußeren Lagerring fixiert. Bei dieser kostengünstigen Fixierung ist eine Fertigung von Gewinden, Nuten o.ä. nicht notwendig.
Der Führungsring ist bevorzugt aus Kunststoff oder Stahl gefertigt. Eine Fertigung aus Kunststoff ist besonders kostengünstig.
Der Führungsring ist in einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform integriert mit einer Flachdichtung ausgebildet. In dieser Bauart kann auf das separate Bauteil einer Dichtung verzichtet werden und der Herstellungsprozess des Drehlagers wird vereinfacht. Beispielhaft kann in die als Elastomer ausgebildete Flachdichtung ein als Führungsring fungierender Metallring integriert sein.
In Bezug auf die Getriebebox wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Getriebebox mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
Als Getriebebox wird hierbei bevorzugt ein offenes oder geschlossenes Gehäuse bezeichnet, in dem Getriebeteile (Zahnrüder) auf Wellen mit Lagerungen bzw. Dichtungen gelagert sind. Vorteilhafterweise bildet das Rad bzw. der Circular Spline den äußeren Drehlagerring. Dadurch wird ein vielseitig einsetzbare und kompakte Getriebebox realisiert.
Der innere Drehlagerring ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Kupplungsrad ausgebildet mit einer Innenverzahnung, welche die gleiche Anzahl an Zähnen wie die Außenverzahnung des Übertragungsbauteils aufweist, wobei die Innenverzahnung des Kupplungsrades mit der Außenverzahnung des Übertragungsbauteils in Eingriff steht. Diese Getriebebauform ermöglicht eine axial sehr kompakte Bauform.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines eine Getriebebox bildenden erfindungsgemäßen Drehlagers mit einem darin gelagerten Spannungswellengetriebe in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebebox in einer Schnittdarstellung;
Fig. 3 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebebox in einer Schnittdarstellung;
Fig. 4 ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebebox in einer Schnittdarstellung; Fig. 5 ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebebox in einer Schnittdarstellung; und
Fig. 6. ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebebox in einer Schnittdarstellung.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehlager 50 und einem darin gelagerten Spannungswellengetriebe 40, die zusammen eine Getriebebox 70 bilden, in montiertem Zustand in einer Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist auf einem als elliptischer Wave-Generator ausgebildeten Antriebsbauteil 2, welches bevorzugt auf einer Flohlwelle gelagert wird, ein als Flexspline ausgebildetes Übertragungsbauteil 4 aufgesteckt, wobei das Übertragungsbauteil 4 durch das elliptische Antriebsbauteil 2 ebenfalls elliptisch verformt ist. Das elliptisch verformte Übertragungsbauteil 4 greift mit einer Außenverzahnung 3 in den gegenüberliegenden Bereichen der großen Ellipsenachse in eine Innenverzahnung 5 eines als Circular Spline ausgebildeten Rades 6 ein.
Das Rad 6 weist die größte axiale Ausdehnung aller Bauteile der Getriebebox 70 auf. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Antriebsbauteil 2 als elliptischer Wave-Generator ausgebildet. Auf diesem Antriebsbauteil 2 ist über ein mehrere Kugeln 17 aufweisendes Kugellager 16 das als Flexspline ausgebildete elastische Übertragungsbauteil 4 aufgesetzt. Aufgrund der Elastizität im Bereich seiner Außenverzahnung 3 wird dieses Übertragungsbauteil 4 aufgrund der elliptischen Form des Antriebsbauteils 2 ebenfalls elliptisch verformt.
Da das elastische Übertragungsbauteil 4 eine Außenzahnung 3 aufweist und elliptisch verformt ist, steht diese Außenverzahnung 3 im Bereich der großen Ellipsenachse mit der Innenverzahnung 5 des als Circular Spline ausgebildeten Rades 6 in Eingriff. Dieses Rad 6 weist eine als Drehlagerfläche 9 ausgebildete Innenfläche auf, welche mit einer als Drehlagerfläche 7 ausgebildeten Außenfläche eines inneren Drehlagerrings 1a korrespondiert. Dieser Drehlagerring 1a ist mit einer Innenverzahnung versehen, welche die identische Anzahl von Zähnen wie das Übertragungsbauteil 4 aufweist, und hat somit die Funktion einer Kupplung (ohne Untersetzung).
Dabei ist zwischen diesen beiden Drehlagerflächen 7 und 9 des Rades 6 und des inneren Drehlagerings 1a ein Wälzlager mit einer Mehrzahl von Wälzkörpern 8 angeordnet, wobei die Drehlagerflächen 7 und 9 des Rades 6 und des inneren Drehlagerrings 1a als Laufbahnen 12 für die Wälzkörper 8 des Wälzlagers ausgebildet sind. Das Rad 6 ist ein äußerer Drehlagerring 1b des Drehlagers 50.
Um eine sehr schmale und kompakte Bauweise der Getriebebox 70 zu realisieren, ist in Drehlagerfläche 7 des Rades 6 bzw. äußeren Drehlagerrings 1b eine Aufnahme 10 und in die Drehlagerfläche 9 des inneren Drehlagerrings 1a eine Aufnahme 11 eingebracht. Beide Aufnahmen 10 und 11 korrespondieren dabei derart, dass sie bei entsprechender Orientierung zueinander geeignet sind, unter Bildung eines Zufuhrkanals 24 mit einer Aufnahmeöffnung 22 einen Wälzkörper 8 formschlüssig aufzunehmen. Durch dieses formschlüssige Aufnehmen eines Wälzkörpers 8 ist das Wälzlager zwischen Rad 6 und Drehlagerring 1 mit Wälzkörpern 8 über den Zufuhrkanal 24 befüllbar, sodass das Rad 6 gegenüber dem Drehlagerring 1a spielfrei lagerbar und Drehlagerring 1a und Rad 6 gegeneinander verdreht werden können. In dieser Position kann nunmehr das als Flexspline ausgebildete Übertragungsbauteil 4 mittels des als Wave Generator ausgebildeten Antriebsbauteil 2 angetrieben werden, sodass eine Relativbewegung zwischen Rad 6 und Übertragungsbauteil 2 stattfindet.
Die Wälzkörper 8 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kugeln ausgebildet. Der Flexspline bzw. das Übertragungsbauteil 4 greift in das Rad 6 bzw. den Circular Spline ein und greift darüber hinaus in ein Kupplungsrad 13 bzw. einen Dynamic Spline ein, wobei das Kupplungsrad mit dem Drehlagerring 1a identisch ist, welcher eine Innenverzahnung aufweist. Das Kupplungsrad 13 weist eine Innenverzahnung auf mit der gleichen Anzahl von Zähnen wie die Außenverzahnung 3 des Übertragungsbauteils 4. Das Kupplungsrad 13 fungiert auf diese Weise als untersetzungsfreie Kupplung.
Die Bauteile der Getriebebox 70, nämlich der innere Drehlagerring 1a, das Antriebsbauteil 2, das Antriebsbauteil 4 und das Rad 6 sind koaxial um eine Mittellängsachse 15 der Getriebebox 70 angeordnet. Mittels der formschlüssigen Ausgestaltung der Wälzkörper 8 und der Aufnahmen 10 und 11 des Rades 6 und des inneren Drehlagerrings 1a ist es nunmehr möglich, eine in axialer Richtung sehr kompakte und schmale Getriebebox 70 zur Verfügung zu stellen, der insbesondere dann zur Anwendung kommen kann, wenn zur Realisierung von Drehbewegungen nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung steht, wie dies insbesondere bei vielen Anwendungen in Robotik und Prothetik der Fall ist, wobei eine einfache Montage der Getriebebox 70 gegeben ist.
Das Drehlager 50 ist für eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer optimiert. Um das Herausfallen der Wälzkörper 8 aus dem Zufuhrkanal 24 bzw. aus den Aufnahmen 10, 11 zu verhindern, ist ein Führungsring 20 in der Aufnahme 10 des Drehlagerrings 1b angeordnet. Auch bei den Ausführungen des Drehlagers gemäß Fig. 5 und 6 sind jeweils die Aufnahmen 10, 11 vorhanden.
Der Führungsring 20, die Aufnahmen 10, 11 und der Zufuhrkanal 24 sind in der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung 80 gezeigt. In axialer Richtung zwischen Führungsring 20 und Aufnahmeöffnung 22 ist eine Radialwellendichtung 21 im Zufuhrkanal 24 angeordnet, welche eine axiale Bewegung des Führungsrings 20 in Richtung der Aufnahmeöffnung 22 verhindert. Der Führungsring 20 weist einen ringförmigen, axial verlaufenden Vorsprung 41 auf, der in Kontakt mit den Wälzkörpern 8 kommt. Der Vorsprung 41 weist bevorzugt eine geringe Auflagefläche, die im Betrieb die Wälzkörper 8 berührt auf, um die Reibung zwischen Führungsring 20 und Wälzkörpern 8 möglichst gering zu halten.
Die Radialwellendichtung, die als Radialwellendichtring ausgebildet ist, stützt sich radial außen an einem Absatz 43 innerhalb des äußeren Lagerrings 1b abstützt und gegenüberliegend mit einer Dichtkante 45 auf einer als Dichtfläche 44 ausgebildeten Mantelfläche des inneren Lagerrings 6 dichtend aufliegt.
Der Führungsring 20 hält auf dieser Weise die Wälzkörper 8 in einem ringförmigen Ringspalt 23 und verhindert ihr Herausfallen aus dem Zufuhrkanal 24, auch wenn das Drehlager 50 bewegt bzw. gedreht wird, sodass auch bei einer senkrechten Orientierung des Zufuhrkanals 24 nach unten die Wälzkörper 8 aus der ringförmigen Kavität 23 nicht herausfallen. Der Führungsring 20 ist hierbei bevorzugt aus Kunststoff (kostengünstig) oder auch aus Stahl gefertigt.
Die in den Fig. 2-4 dargestellten Getriebeboxen 70 unterscheiden sich jeweils nur voneinander in der Art der Ausgestaltung des Führungsringes 20 bzw. der Aufnahmen 10, 11 und der darin angeordneten Komponenten.
In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführung einer Getriebebox 70 mit einem Drehlager 50 und einem Spannungswellengetriebe 40 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein Sprengring 25 in der Aufnahme 10 angeordnet. Der Sprengring 25 ist in einem radial äußeren Bereich in einer radialen Nut 26 im Rad 6 angeordnet und dadurch radial und axial fixiert. Er verhindert eine axiale Bewegung des Führungsrings 20 in Richtung der Aufnahmeöffnung 22. Der Führungsring 20 ist hierbei bevorzugt aus Kunststoff oder auch aus Stahl gefertigt. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Radialwellendichtung 21 vorhanden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung einer Getriebebox 70 mit einem Drehlager 50 und einem Spannungswellengetriebe 40 ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der, bevorzugt aus Stahl gefertigte, Führungsring 20 schraubenförmig ausgebildet mit einem Außengewinde 27, welches in Rad 6 in ein korrespondierendes Innengewinde 28 eingreift.
In Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Getriebeeinbausatzes 70 mit einem Drehlager 50 und einem Spannungswellengetriebe 40 dargestellt. Der Führungsring 20, der bevorzugt aus Kunststoff, aber auch aus Stahl gefertigt sein kann, ist hierbei axial fixiert durch eine Presspassung bzw. Übermaßpassung in Rad 6 an seinem Außendurchmesser. Auch ein Verkleben des Führungsringes ist möglich.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Getriebebox 70 mit einem Drehlager 50 und einem Spannungswellengetriebes 40 mit einem als Innenzahnrad ausgebildeten Rad 6 bzw. Circular Spline, welches im Bereich seiner Innenverzahnung 5 mit der Außenverzahnung 3 eines Übertragungsbauteils 4 bzw. Flexsplines in Deckung und bereichsweise in Eingriff ist.
Das Übertragungsbauteil 4 ist drehfest mit einem äußeren Drehlagerring 1b eines Drehlagers 50 verbunden, welcher das Übertragungsbauteil 4 und das Rad 6 drehbar zueinander Drehlagert. Ein innerer Drehlagerring 1a des Drehlagers 50 ist drehfest mit dem Circular Spline / Rad 6 verbunden.
Das Übertragungsbauteil 4 wird durch ein elliptisches Antriebsbauteil 2 elliptisch verformt ist. Das elliptisch verformte Übertragungsbauteil 4 greift mit seiner Außenverzahnung 3 in den gegenüberliegenden Bereichen der großen Ellipsenachse in eine Innenverzahnung 5 eines als Circular Spline ausgebildeten Rades 6 ein. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Antriebsbauteil 2 als elliptischer Wave-Generator ausgebildet. Auf diesem Antriebsbauteil 2 ist über ein mehrere Kugeln 17 aufweisendes Kugellager 16 das als Flexspline ausgebildete elastische Übertragungsbauteil 4 aufgesetzt. Aufgrund der Elastizität im Bereich seiner Außenverzahnung 3 wird dieses Übertragungsbauteil 4 aufgrund der elliptischen Form des Antriebsbauteils 2 ebenfalls elliptisch verformt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Führungsring 20 als eine Innendichtung bzw. Flachdichtung ausgeführt bzw. in diese integriert. Flachdichtung und Führungsring 20 sind als ein Bauteil bzw. einstückig ausgebildet. Der Führungsring 20 ist in dieser Ausführung bevorzugt aus einem Komposit- Material gebildet, welches bevorzugt aus Elastomer und Kunststoff / Stahl besteht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Getriebebox 70 mit einem Drehlager 50 und einem Spannungswellengetriebes 40 ist in der Fig. 6 dargestellt, welches sich von der in der Figur 5 dargestellten Ausführung nur durch die Ausführung des Führungsringes unterscheidet. H ierbei ist nur ein Führungsring 20 ohne dynamische -dichtung vorgesehen. Der Führungsring 20 kann hierbei als ein reiner Kunststoffring ausgeführt sein oder aus einem
Kompositwerkstoff als Elastomer und Kunststoff / Stahl bestehen und damit auch die Funktion einer statischen O-Ringdichtung zwischen Drehlagerring 1b und Übertragungsbauteil 4 übernehmen.
Bezugszeichenliste
1a innerer Drehlagerring 1b äußerer Drehlagerring
2 Antriebsbauteil
3 Außenverzahnung
4 Übertragungsbauteil
5 Innenverzahnung
6 Rad
7 Drehlagerfläche
8 Wälzkörper
9 Drehlagerfläche
10 Aufnahme
11 Aufnahme
13 Kupplungsrad
15 Mittelachse
16 Kugellager
17 Kugeln
20 Führungsring
21 Radialwellendichtung
22 Aufnahmeöffnung
23 Ringspalt
24 Zufuhrkanal
25 Sprengring
26 Nut
27 Außengewinde
28 Innengewinde
40 Spannungswellengetriebe
41 Vorsprung
43 Absatz
44 Dichtfläche
45 Dichtkante 50 Drehlager 70 Getriebebox

Claims

Patentansprüche
1. Drehlager (50), insbesondere für ein Wellgetriebe, mit einem äußeren Drehlagerring (1b) und einem darin angeordneten inneren Drehlagerring (1a), wobei der innere Drehlagerring (1a) und der äußere Drehlagerring (1b) jeweils mit wenigstens einer Aufnahme (10, 11) versehen sind, durch welche in einer korrespondierenden Stellung der beiden Aufnahmen (10, 11) zueinander durch eine von den beiden Aufnahmen (10, 11) gebildete Aufnahmeöffnung (22) Wälzkörper (8) in ein Wälzlager zwischen der Drehlagerfläche (7) des inneren Drehlagerrings (1a) und der Drehlagerfläche (9) des äußeren Drehlagerrings (1b) einbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der beiden Aufnahmen (10, 11) zwischen Aufnahmeöffnung und Wälzkörpern (8) ein Führungsring (20) für die Wälzkörper (8) angeordnet ist.
2. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei in wenigstens einer der beiden Aufnahmen (10, 11) ein Dichtring, insbesondere ein Radialwellendichtring (21), angeordnet ist, weicher eine axiale Bewegung des Führungsrings (20) in Richtung der Aufnahmeöffnung (22) blockiert.
3. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei in wenigstens einer der beiden Aufnahmen (10, 11) ein Sprengring (25) angeordnet ist, welcher eine axiale Bewegung des Führungsrings (20) in Richtung der Aufnahmeöffnung (22) blockiert.
4. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei der Führungsring (20) in der Form einer Schraube mit einem Außengewinde (27), welches in Eingriff mit einem im äußeren Drehlagerring (1b) gebildeten Innengewinde (28) steht, ausgeführt ist.
5. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei der Führungsring (20) axial durch eine Pressspannung (Übermaß) am Außendurchmesser im äußeren Lagerring (1b) fixiert ist.
6. Drehlager (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Führungsring (20) aus Kunststoff oder Stahl gefertigt ist.
7. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei der Führungsring (20) integriert mit einer Flachdichtung ausgebildet ist.
8. Drehlager (50) nach Anspruch 1 , wobei in der wenigstens einen Aufnahme (10, 11) nur der Führungsring (20) und keine separate Dichtung angeordnet ist.
9. Getriebebox (70), umfassend ein Drehlager (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, sowie ein darin gelagertes Spannungswellengetriebe (40), welches ein Antriebsbauteil (2), ein mit einer Außenverzahnung (3) versehenes, elastisches Übertragungsbauteil (4) und ein mit einer Innenverzahnung (5) versehenes Rad (6) aufweist, wobei das Übertragungsbauteil (4) auf das Antriebsbauteil (2) aufsteckbar und dabei durch das Antriebsbauteil (2) derart elliptisch verformbar ist, dass die Außenverzahnung (3) des Übertragungsbauteils (4) in gegenüberliegenden Bereichen einer großen Ellipsenachse mit der Innenverzahnung (5) des Rades (6) in Eingriff bringbar ist.
10. Getriebebox (70) nach Anspruch 9, wobei das Rad (6) den äußeren Drehlagerring (1b) bildet.
11. Getriebebox (70) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der innere Drehlagerring (1a) als Kupplungsrad (13) ausgebildet ist mit einer Innenverzahnung, welche die gleiche Anzahl an Zähnen wie die Außenverzahnung (3) des Übertragungsbauteils (4) aufweist, und wobei die Innenverzahnung des Kupplungsrades (13) mit der Außenverzahnung (3) des Übertragungsbauteils (4) in Eingriff steht.
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