WO2022012712A1 - Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive - Google Patents

Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive Download PDF

Info

Publication number
WO2022012712A1
WO2022012712A1 PCT/DE2021/100520 DE2021100520W WO2022012712A1 WO 2022012712 A1 WO2022012712 A1 WO 2022012712A1 DE 2021100520 W DE2021100520 W DE 2021100520W WO 2022012712 A1 WO2022012712 A1 WO 2022012712A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
rolling elements
harmonic drive
flexible
bearing element
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100520
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Junginger
Oliver Boersch
Tomas Smetana
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to CN202180060683.8A priority Critical patent/CN116194689A/en
Priority to JP2023502858A priority patent/JP2023533358A/en
Priority to KR1020237001166A priority patent/KR20230022301A/en
Publication of WO2022012712A1 publication Critical patent/WO2022012712A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B25J9/1025Harmonic drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/08Profiling
    • F16H55/0833Flexible toothed member, e.g. harmonic drive

Definitions

  • the invention relates to a harmonic drive for a robot, comprising a flexible annular element with external teeth, which can be deformed circumferentially in the radial direction by a wave generator, and a rigid annular element with internal teeth.
  • the flexible ring element meshes with the rigid ring element to transmit torque.
  • the invention also relates to a robot with a harmonic drive.
  • a harmonic drive comprising a flexible annular element with external teeth, which can be deformed locally and radially by a wave generator, and a rigid annular element with internal teeth.
  • the outer toothing of the flexible ring element is available for the transmission of a torque on at least one toothed meshing area with the inner toothing of the rigid ring element in toothed engagement.
  • the wave generator comprises an out-of-round trained tes bearing element consisting of an inner ring, an outer ring and radially there between arranged rolling elements.
  • the bearing element is designed as a spherical roller bearing and the inner ring is non-rotatably connected to a shaft.
  • the outer ring and the flexible ring element are two separate components that are connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • the object of the invention is to develop an alternative harmonic drive, in particular for a robot. Furthermore, the harmonic drive should have a long service life.
  • the object is achieved by the subject matter of patent claim 1. Preferred embodiments can be found in the dependent claims, the description and the figures.
  • a strain wave gearing according to the invention for a robot comprises a flexible ring element that can be deformed in the radial direction by a wave generator and has external teeth and a rigid ring element with internal teeth, the external teeth of the flexible ring element for transmitting a torque on at least one toothed meshing area with the internal teeth of the rigid ring element is in tooth engagement, with the wave generator having an out-of-round detes bearing element, comprising rolling elements, an inner ring with a first raceway for the rolling elements and an outer ring with a second raceway for the rolling elements, the bearing element at least partially protruding axially into the flexible ring element, and the inner ring being non-rotatably connected to a shaft, wherein the bearing element is designed as a single-row cylindrical roller bearing, wherein the second raceway for the rolling bodies is curved at least partially convexly on an inner peripheral surface of the outer ring radially in the direction of the rolling bodies.
  • the wave generator also known as wave generator, is in operative connection with the shaft, the shaft preferably being driven by an electric machine in order to cause the wave generator to rotate.
  • the wave generator in particular the inner ring of the bearing element, has an elliptical or oval cross-sectional shape.
  • the inner ring and the shaft are preferably two separate components, with the inner ring being pressed onto the shaft, for example, in order to implement a non-rotatable connection.
  • the wave generator is the drive unit of the wave gear and, in the case of a two-part configuration of the shaft and the inner ring, is preferably pressed into the flexible or elastically deformable ring element together with the bearing element.
  • the shaft is formed as a hollow shaft.
  • the shaft can also be designed as a solid shaft.
  • the flexible ring element is also called Flexspline and is a high-strength and torsion-resistant sleeve element. It is designed so flexibly that it can at least partially axially accommodate the wave generator with the bearing element, and is locally deformable depending on the outer shape of the wave generator.
  • the outer shape of the wave generator is formed by the outer ring.
  • the rolling elements of the bearing element come into contact with the outer peripheral surface of the inner ring, with the first raceway for the rolling elements being formed on the outer peripheral surface of the inner ring. Furthermore, the rolling elements of the bearing element come to rest on the inner peripheral surface of the outer ring, with the second raceway for the rolling elements being formed on the inner peripheral surface of the outer ring.
  • the fle xible ring element has at least one open axial side for receiving the wave generator with the bearing element, wherein the inner peripheral surface of the flexible Ring element is set up in operation of the wave generator for non-rotatably receiving the outer peripheral surface of the outer ring of the bearing element.
  • the outer ring can be connected to the flexible ring element in a rotationally fixed or initially rotatable manner, whereby the term "initially rotatable" means that the outer ring has no direct anti-rotation device with respect to the flexible ring element during assembly of the bearing element in the flexible ring element. However, after an elastic deformation of the flexible ring element, the outer ring can no longer twist into the elliptical or oval shape and is therefore non-rotatable in relation to the flexible ring element.
  • the wave generator is rotated, as a result of which the inner ring of the bearing element is rotated relative to the flexible ring element and the outer ring of the bearing element that is rotationally fixed therein.
  • the flexible ring element is elastically deformed in the same way as the direction of rotation and the speed of rotation of the wave generator.
  • the shaft generator is set in rotation during operation of the shaft gear, which causes the flexible ring element to undergo circumferential deformation.
  • the external toothing of the flexible ring element for the transmission of a torque is at two symmetrically opposite toothed meshing areas at least partially with the internal toothing of the rigid ring element in toothed meshing.
  • the rigid ring element also known as a circular spline, is a torsion-resistant, rigid ring whose inner teeth have more teeth than the outer teeth of the flexible ring element.
  • the rigid ring element is formed out as a ring gear.
  • the rotation of the wave generator causes permanent, circumferential meshing of the flexible ring member and the rigid ring member. In other words, the opposing tooth meshing areas move continuously around the axis of rotation of the wave generator or in the circumferential direction during the rotation of the wave generator. Since the flexible ring element has fewer teeth than the rigid ring element, a rotation of the wave generator causes a relative movement of the flexible ring element to the rigid ring element.
  • the rolling elements of the single-row cylindrical roller bearing roll off between the inner ring and the outer ring.
  • the rolling elements designed as cylindrical rollers can, in conjunction with the at least partially convex second raceway on the outer ring, particularly advantageously compensate for tilting movements in the bearing element and thus also in the wave generator.
  • An at least partially convex second raceway on the outer ring means that the inner peripheral surface of the outer ring, which is provided as the outer raceway for the rolling elements, has a convex curvature radially inward toward the rolling elements. In particular, this convex curvature extends not only partially, but completely along the second track for the rolling elements.
  • Hertzian pressures can be set, and in particular reduced, via the radius or degree of curvature of the convex-shaped second raceway on the outer ring, which extends the service life of the harmonic drive. Furthermore, assembly of the wave generator is simplified compared to a wave generator with a ball bearing, particularly when the number of cylindrical rollers is increased and the diameter of the cylindrical rollers is reduced.
  • the inner ring of the bearing element has a first rim, with the shaft having a second rim.
  • a first or second rim is to be understood as meaning an essentially radially outwardly formed formation on the inner ring or on the shaft, which is designed to allow the rolling elements to come into contact axially, i.e. on the face side, and thereby to adjust the axial position of the rolling elements limit.
  • the outer ring of the bearing element preferably has a third rim and a fourth rim.
  • a third or fourth rim is to be understood as meaning a protrusion on the outer ring which is essentially radially inward and which is intended to allow the rolling elements to come into contact axially, ie on the face side, and thereby to limit the axial position of the rolling elements.
  • the flexible ring element and the outer ring of the bearing element are designed in one piece.
  • the flexible ring element and the outer ring are monolithic, with the external toothing and the second raceway for the rolling elements being formed in one piece on one component, namely the flexible ring element.
  • the outer ring is thus integrated into the flexible ring element and combines the gearing functions for the rigid ring element on the outer peripheral surface of the flexible ring element with the running track functions for the rolling elements on the inner peripheral surface of the flexible ring element. Because a separate outer ring does not exist, there is no clearance fit between the outer ring and the flexible ring element, which results in the stiffness of the strain wave gearing remaining constant, thereby increasing the precision and efficiency of the strain wave gearing.
  • the inner ring of the bearing element preferably has a first rim and a second rim.
  • a first or second rim is to be understood as meaning an essentially radially outwardly formed formation on the inner ring, which is aimed at enabling the rolling elements to run axially, ie on the face side, and thereby to limit the axial position of the rolling elements.
  • the rolling elements are guided in a cage.
  • the cage is preferably made of a polymer material. This in particular reduces the wear on the rolling elements.
  • the second raceway for the rolling bodies is preferably formed in a region of the outer ring which is arranged radially opposite and essentially centrally to the outer toothing on the flexible ring element.
  • the rolling elements roll in the axial direction in the center of the external teeth on the flexible ring element. This results in a particularly clean and efficient meshing of teeth.
  • the invention also relates to a robot comprising a corrugated gear according to the invention.
  • strain wave gearing according to the invention is arranged in a joint for a robot arm and acts at least indirectly between two robot arm segments. Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of two preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. while showing
  • FIG. 1a shows a simplified schematic sectional view of a harmonic drive according to the invention, shown in half, according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 1b shows a simplified schematic partial longitudinal section of the corrugated drive according to FIG. 1a
  • FIG. 2a shows a simplified schematic sectional view of a harmonic drive according to the invention, shown in half, according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 2b shows a simplified schematic partial longitudinal section view of the corrugated drive according to FIG. 2a
  • FIG. 3 shows a simplified schematic representation of a robot, shown only partially, with a harmonic drive according to the invention.
  • Figures 1a and 1b show a first embodiment of the invention.
  • a harmonic drive 1 according to the invention, only half of which is shown here, comprises a wave generator 2 with a bearing element 6 designed as a single-row cylindrical roller bearing.
  • the bearing element 6 has an inner ring 8, an outer ring 9 and a large number of spatially arranged in between and spaced out from each other rolling elements 7.
  • the wall thickness of the inner ring 8 is exaggerated.
  • the rolling bodies 7 are spaced apart in a cage 10, wherein the cage 10 is made of a polymer material.
  • the inner ring 8 has a first raceway 8a for the rolling bodies 7 on the outer peripheral surface.
  • the outer ring 9 has a second raceway 9a for the rolling bodies 7 on the inner peripheral surface, the second raceway 9a being convexly curved radially in the direction of the rolling bodies 7, so that the maximum wall thickness of the outer rings 9 is substantially axially central to the rolling elements 7 due to the curvature.
  • the inner ring 8 of the bearing element 6 has a first rim 8b, the shaft 16 having a second rim 16a.
  • the first rim 8b serves as an axial contact surface for the rolling elements 7, the second rim 16a serving as an axial contact surface for the rolling elements 7 and as an axial stop for the inner ring 8.
  • the outer ring 9 of the bearing element 6 has a third rim 9b and a fourth rim 9c, which are each provided as an axial contact surface for the rolling elements 7.
  • the wave generator 2 also includes a shaft 16 onto which the inner ring 8 is shrunk to form a non-rotatable connection, wherein the wave generator 2 via the shaft 16 of a - electric motor in a rotational movement can be set - not shown here.
  • the shaft 16 is designed as a hollow shaft.
  • the inner ring 8 and the outer ring 9 of the bearing element 6 presently have an elliptical outer geometry, the outer peripheral surface of the outer ring 9 coming to rest on an inner peripheral surface of a flexible ring element 3 in a rotationally fixed manner.
  • the outer ring 9 Before the bearing element 6 is installed, the outer ring 9 has an essentially round outer geometry, which, however, deforms elastically into the elliptical outer geometry during installation, depending on the outer geometry of the inner ring 8 .
  • the wave generator 2 or the bearing element 6 is pressed into the flexible ring element 3 so that the wave generator 2 with the bearing element 6 protrudes into the flexible ring element 3 .
  • the flexible ring element 3 assumes the elliptical shape of the wave generator 2 .
  • the Wellge generator 2 is set in a rotational movement, with the outer ring 9 and the fle xible ring element 3 deform locally radially.
  • the rotation of the wave generator 2 about an axis of rotation 11 causes the flexible ring element 3 and the outer ring 9 to be circumferentially deformed.
  • FIG. 1a also shows that the flexible annular element 3 has external teeth 3a, which are in toothed engagement with internal teeth 4a of a rigid annular element 4 of the harmonic drive 1 for the purpose of transmitting torque. Since the flexible ring element 3 adapts to the elliptical shape of the wave generator 1, the flexible ring element 3 with its external teeth 3a is in two symmetrically opposite toothed engagement areas 5a, 5b with the internal teeth 4a of the rigid ring element 4 in toothed engagement. According to FIG. 1b, the bearing element 6 projects completely into the flexible ring element 3 in the axial direction.
  • the second raceway 9a for the rolling bodies 7 is formed in a region of the outer ring 9 which is arranged radially opposite and centrally in the axial direction to the outer teeth 3a on the flexible ring element 3 .
  • the rigid ring element 4 has not been shown for the sake of simplicity.
  • the wall thickness of the flexible ring element 3 is exaggerated.
  • a wave gear mechanism 1 according to the invention comprises a wave generator 2, which has a bearing element 6 with an inner ring 8 and with a plurality of rolling elements 7.
  • the wall thickness of the inner ring 8 is exaggerated.
  • the rolling bodies 7 are spaced apart in a cage 10, wherein the cage 10 is made of a polymer material.
  • the bearing element 6 is designed as a row of cylindrical roller bearings, so that the rolling bodies 7 are designed as cylindrical rollers.
  • the inner ring 8 has a first raceway 8a for the rolling bodies 7 .
  • the first raceway 8a is formed circumferentially on the outer peripheral surface of the inner ring 8 .
  • the wave generator 2 also includes a shaft 16, onto which the inner ring 8 is shrunk to form a non-rotatable connection, the wave generator 2 being connected via the shaft 16 by one - here not shown - electric motor can be set into a rotational movement.
  • the shaft 16 is designed as a hollow shaft.
  • harmonic drive 1 has a flexible annular element 3 with external teeth 3a, which can be continuously deformed in the radial direction by wave generator 2, and a rigid annular element 4 with internal teeth 4a.
  • the external toothing 3a of the flexible ring element 3 is available for the transmission of a torque, based on an axis of rotation 11 of the wave generator 2, two symmetrically opposite toothed meshing areas 5a, 5b with the internal toothed opening 4a of the rigid ring element 4 in toothed engagement.
  • the rigid ring element 4 is designed as a ring gear.
  • the flexible ring element 3 and the outer ring 9 of the bearing element 6 are designed in one piece.
  • the outer ring 9 is integrated into the flexible ring element 3 and therefore no longer exists as a separate component.
  • the flexible ring element 3 bundles the toothing functions for the rigid ring element 4 on the outer peripheral surface of the flexible ring element 3 with the raceway functions for the rolling elements 7 on the inner peripheral surface of the fle xible ring element 3.
  • a second raceway 3b for the rolling elements 7 is formed on the flexible ring element 3 .
  • the second raceway 9b which is formed by the integration of the outer ring 9 on the flexible ring element 3, is convexly curved radially in the direction of the rolling elements 7, so that the maximum wall thickness of the flexible ring element 3 is essentially axially centered to the rolling elements due to the curvature bodies is 7.
  • the flexible ring element 3 is formed in one piece with the external teeth 3a and the second raceway 3b. Consequently, the rolling elements 7 roll off directly on the inner peripheral surface of the flexible ring element 3 .
  • the rolling elements 7 follow the exzentri's shape of the first raceway 3a and thereby deform the flexible ring element 3 with the external teeth 3a. Due to the slightly different number of teeth between the external toothing 3a of the flexible ring element 3a and the internal toothing 4a of the rigid ring element 4, there is a high transmission ratio between the shaft 16 and the rigid ring element 4.
  • the bearing element 6 projects completely into the flexible ring element 3 in the axial direction. Furthermore, the second raceway 3b for the rolling elements 7 is formed in a region of the flexible ring element 3 which is arranged radially oppositely and centrally in the axial direction to the external toothing 3a.
  • the rigid ring element 4 is not shown for the sake of simplicity. Furthermore, the wall thickness of the flexible ring element 3 is exaggerated.
  • FIG. 3 shows a section of a robot 12.
  • a joint 13 is arranged between a first robot arm segment 12a and a second robot arm segment 12b, which joint connects the two robot arm segments 12a, 12b to one another in an articulated manner.
  • the robot 12 has a drive unit 14, comprising an electric motor 15 and a harmonic drive 1 according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Retarders (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

The invention relates to a harmonic drive (1) for a robot (12), said harmonic drive comprising: a flexible ring element (3) which can be deformed peripherally in a radial direction by a wave generator (2) and has external toothing (3a); and a rigid ring element (4) which has internal toothing (4a), wherein the external toothing (3a) of the flexible ring element (3) meshes with the internal toothing (4a) of the rigid ring element (4) in order to transmit a torque at at least one tooth engagement region (5a, 5b), wherein the wave generator (2) has a non-circular bearing element (6) comprising rolling elements (7), an inner ring (8) having a first raceway (8a) for the rolling elements (7), and an outer ring (9) having a second raceway (9a) for the rolling elements (7), wherein at least part of the bearing element (6) projects axially into the flexible ring element (3), and wherein the inner ring (8) is connected to a shaft (16) for conjoint rotation therewith, wherein the bearing element (6) is designed as a single-row cylindrical roller bearing, wherein at least part of the second raceway (9a) for the rolling elements (7) is convexly curved radially in the direction of the rolling elements (7) on an inner peripheral surface of the outer ring (9). The invention also relates to a robot (12) comprising such a harmonic drive (1).

Description

Wellqetriebe für einen Roboter sowie Roboter mit einem Wellqetriebe Corrugated gear for a robot and robot with a corrugated gear
Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für einen Roboter, umfassend ein von einem Wellgenerator umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles Ringelement mit einer Außenverzahnung und ein starres Ringelement mit einer Innenverzahnung. Das flexible Ringelement steht mit dem starren Ringelement zur Übertragung eines Dreh moments im Zahneingriff. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Roboter mit einem Wellgetriebe. The invention relates to a harmonic drive for a robot, comprising a flexible annular element with external teeth, which can be deformed circumferentially in the radial direction by a wave generator, and a rigid annular element with internal teeth. The flexible ring element meshes with the rigid ring element to transmit torque. Furthermore, the invention also relates to a robot with a harmonic drive.
Aus der DE 102018 123915 A1 geht ein Wellgetriebe, umfassend ein von einem Wellgenerator umlaufend lokal radial verformbares, flexibles Ringelement mit einer Außenverzahnung und ein starres Ringelement mit einer Innenverzahnung. Die Au ßenverzahnung des flexiblen Ringelements steht zur Übertragung eines Drehmo ments an mindestens einem Zahneingriffsbereich mit der Innenverzahnung des star ren Ringelements im Zahneingriff. Der Wellgenerator umfasst ein unrund ausgebilde tes Lagerelement, bestehend aus einem Innenring, einem Außenring sowie radial da zwischen angeordneten Wälzkörpern. Das Lagerelement ist als Pendelrollenlager ausgebildet und der Innenring ist drehfest mit einer Welle verbunden. Der Außenring und das flexible Ringelement sind zwei separate Bauteile, die drehfest miteinander verbunden sind. DE 102018 123915 A1 discloses a harmonic drive, comprising a flexible annular element with external teeth, which can be deformed locally and radially by a wave generator, and a rigid annular element with internal teeth. The outer toothing of the flexible ring element is available for the transmission of a torque on at least one toothed meshing area with the inner toothing of the rigid ring element in toothed engagement. The wave generator comprises an out-of-round trained tes bearing element consisting of an inner ring, an outer ring and radially there between arranged rolling elements. The bearing element is designed as a spherical roller bearing and the inner ring is non-rotatably connected to a shaft. The outer ring and the flexible ring element are two separate components that are connected to one another in a rotationally fixed manner.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives Wellgetriebe insbesondere für einen Roboter zu entwickeln. Ferner soll das Wellgetriebe eine hohe Lebensdauer aufweisen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen. The object of the invention is to develop an alternative harmonic drive, in particular for a robot. Furthermore, the harmonic drive should have a long service life. The object is achieved by the subject matter of patent claim 1. Preferred embodiments can be found in the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe für einen Roboter umfasst ein von einem Well generator umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles Ringelement mit ei ner Außenverzahnung und ein starres Ringelement mit einer Innenverzahnung, wobei die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements zur Übertragung eines Drehmo ments an mindestens einem Zahneingriffsbereich mit der Innenverzahnung des star ren Ringelements im Zahneingriff steht, wobei der Wellgenerator ein unrund ausgebil- detes Lagerelement aufweist, umfassend Wälzkörper, einen Innenring mit einer ersten Laufbahn für die Wälzkörper und einen Außenring mit einer zweiten Laufbahn für die Wälzkörper, wobei das Lagerelement zumindest teilweise in das flexible Ringelement axial hineinragt, und wobei der Innenring drehfest mit einer Welle verbunden ist, wobei das Lagerelement als einreihiges Zylinderrollenlager ausgebildet ist, wobei die zweite Laufbahn für die Wälzkörper an einer Innenumfangsfläche des Außenrings radial in Richtung der Wälzkörper zumindest teilweise konvex gewölbt ist. A strain wave gearing according to the invention for a robot comprises a flexible ring element that can be deformed in the radial direction by a wave generator and has external teeth and a rigid ring element with internal teeth, the external teeth of the flexible ring element for transmitting a torque on at least one toothed meshing area with the internal teeth of the rigid ring element is in tooth engagement, with the wave generator having an out-of-round detes bearing element, comprising rolling elements, an inner ring with a first raceway for the rolling elements and an outer ring with a second raceway for the rolling elements, the bearing element at least partially protruding axially into the flexible ring element, and the inner ring being non-rotatably connected to a shaft, wherein the bearing element is designed as a single-row cylindrical roller bearing, wherein the second raceway for the rolling bodies is curved at least partially convexly on an inner peripheral surface of the outer ring radially in the direction of the rolling bodies.
Der Wellgenerator, auch Wave Generator genannt, steht mit der Welle in Wirkverbin dung, wobei die Welle vorzugsweise von einer elektrischen Maschine angetrieben ist, um den Wellgenerator in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Beispielsweise wei sen der Wellgenerator, insbesondere der Innenring des Lagerelements eine elliptische oder ovale Querschnittsform auf. Der Innenring und die Welle sind vorzugsweise zwei separate Bauteile, wobei der Innenring zur Realisierung einer drehfesten Verbindung beispielsweise auf der Welle aufgepresst ist. Alternativ ist denkbar, den Innenring und die Wellte einteilig auszubilden. Der Wellgenerator ist die Antriebseinheit des Wellge triebes und wird, im Fall einer zweiteiligen Ausgestaltung der Welle und des Innen rings, vorzugsweise zusammen mit dem Lagerelement in das flexible bzw. elastisch verformbare Ringelement eingepresst. Beispielsweise ist die Welle als Hohlwelle aus gebildet. Alternativ kann die Welle auch als Vollwelle ausgebildet sein. The wave generator, also known as wave generator, is in operative connection with the shaft, the shaft preferably being driven by an electric machine in order to cause the wave generator to rotate. For example, the wave generator, in particular the inner ring of the bearing element, has an elliptical or oval cross-sectional shape. The inner ring and the shaft are preferably two separate components, with the inner ring being pressed onto the shaft, for example, in order to implement a non-rotatable connection. Alternatively, it is conceivable to form the inner ring and the shaft in one piece. The wave generator is the drive unit of the wave gear and, in the case of a two-part configuration of the shaft and the inner ring, is preferably pressed into the flexible or elastically deformable ring element together with the bearing element. For example, the shaft is formed as a hollow shaft. Alternatively, the shaft can also be designed as a solid shaft.
Das flexible Ringelement wird auch Flexspline genannt und ist ein hochfestes sowie torsionssteifes Hülsenelement. Es ist derart flexibel ausgebildet, dass es den Wellge nerator mit dem Lagerelement zumindest teilweise axial aufnehmen kann, und dabei in Abhängigkeit der äußeren Form des Wellgenerators lokal verformbar ist. Insbeson dere wird die äußere Form des Wellgenerators durch den Außenring gebildet. Die Wälzkörper des Lagerelements kommen an der Außenumfangsfläche des Innenrings zur Anlage, wobei die erste Laufbahn für die Wälzkörper an der Außenumfangsfläche des Innenrings ausgebildet ist. Ferner kommen die Wälzkörper des Lagerelements an der Innenumfangsfläche des Außenrings zur Anlage, wobei die zweite Laufbahn für die Wälzkörper an der Innenumfangsfläche des Außenrings ausgebildet ist. Das fle xible Ringelement weist zumindest eine offene axiale Seite zur Aufnahme des Well generators mit dem Lagerelement auf, wobei die Innenumfangsfläche des flexiblen Ringelements im Betrieb des Wellgenerators zur drehfesten Aufnahme der Außenum fangsfläche des Außenrings des Lagerelements eingerichtet ist. The flexible ring element is also called Flexspline and is a high-strength and torsion-resistant sleeve element. It is designed so flexibly that it can at least partially axially accommodate the wave generator with the bearing element, and is locally deformable depending on the outer shape of the wave generator. In particular, the outer shape of the wave generator is formed by the outer ring. The rolling elements of the bearing element come into contact with the outer peripheral surface of the inner ring, with the first raceway for the rolling elements being formed on the outer peripheral surface of the inner ring. Furthermore, the rolling elements of the bearing element come to rest on the inner peripheral surface of the outer ring, with the second raceway for the rolling elements being formed on the inner peripheral surface of the outer ring. The fle xible ring element has at least one open axial side for receiving the wave generator with the bearing element, wherein the inner peripheral surface of the flexible Ring element is set up in operation of the wave generator for non-rotatably receiving the outer peripheral surface of the outer ring of the bearing element.
Der Außenring kann sowohl drehfest als auch zunächst drehbar mit dem flexiblen Ringelement verbunden sein, wobei unter dem Begriff „zunächst drehbar“ zu verste hen ist, dass der Außenring während der Montage des Lagerelements in das flexible Ringelement keine direkte Verdrehsicherung zum flexiblen Ringelement aufweist. Je doch kann sich der Außenring nach einer elastischen Verformung des flexiblen Rin gelements in die elliptische oder ovale Form nicht mehr verdrehen und ist somit in Be zug auf das flexible Ringelement drehfest. The outer ring can be connected to the flexible ring element in a rotationally fixed or initially rotatable manner, whereby the term "initially rotatable" means that the outer ring has no direct anti-rotation device with respect to the flexible ring element during assembly of the bearing element in the flexible ring element. However, after an elastic deformation of the flexible ring element, the outer ring can no longer twist into the elliptical or oval shape and is therefore non-rotatable in relation to the flexible ring element.
Während des Betriebs wird der Wellgenerator rotiert, wodurch der Innenring des La gerelements relativ zum flexiblen Ringelement und dem darin drehfest aufgenomme nen Außenring des Lagerelements verdreht wird. Dabei verformt das flexible Rin gelement analog zu der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Wellgenerators elastisch. Anders gesagt wird der Wellgenerator während des Betriebs des Wellge triebes in eine Rotationsbewegung versetzt, die bewirkt, dass das flexible Ringele ment eine umlaufende Verformung erfährt. During operation, the wave generator is rotated, as a result of which the inner ring of the bearing element is rotated relative to the flexible ring element and the outer ring of the bearing element that is rotationally fixed therein. The flexible ring element is elastically deformed in the same way as the direction of rotation and the speed of rotation of the wave generator. In other words, the shaft generator is set in rotation during operation of the shaft gear, which causes the flexible ring element to undergo circumferential deformation.
Bevorzugt steht die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements zur Übertragung eines Drehmoments an, bezogen auf die Rotationsachse des Wellgenerators, zwei symmetrisch gegenüberliegenden Zahneingriffsbereichen zumindest teilweise mit der Innenverzahnung des starren Ringelements im Zahneingriff. Dadurch lässt sich eine gleichmäßige Krafteinleitung bzw. Kraftweiterleitung realisieren und das Wellgetriebe kann platzsparend ausgebildet werden. Preferably, the external toothing of the flexible ring element for the transmission of a torque, based on the axis of rotation of the wave generator, is at two symmetrically opposite toothed meshing areas at least partially with the internal toothing of the rigid ring element in toothed meshing. As a result, a uniform application of force or transmission of force can be implemented and the harmonic drive can be designed to save space.
Das starre Ringelement, auch Circular Spline genannt, ist ein torsionssteifer, starrer Ring, dessen Innenverzahnung mehr Zähne aufweist als die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements. Insbesondere ist das starre Ringelement als Hohlrad ausge bildet. Die Drehung des Wellgenerators bewirkt einen permanenten, umlaufenden Zahneingriff von dem flexiblen Ringelement und dem starren Ringelement. Anders gesagt bewegen sich die gegenüberliegenden Zahneingriffsbereiche während der Ro tation des Wellgenerators kontinuierlich um die Rotationsachse des Wellgenerators bzw. in Umfangsrichtung. Da das flexible Ringelement weniger Zähne aufweist als das starre Ringelement, bewirkt eine Drehung des Wellgenerators eine Relativbewegung des flexiblen Ringelements zum starren Ringelement. Dabei erfolgt ein Abrollen der Wälzkörper des einreihigen Zylinderrollenlagers zwischen dem Innenring und dem Außenring. The rigid ring element, also known as a circular spline, is a torsion-resistant, rigid ring whose inner teeth have more teeth than the outer teeth of the flexible ring element. In particular, the rigid ring element is formed out as a ring gear. The rotation of the wave generator causes permanent, circumferential meshing of the flexible ring member and the rigid ring member. In other words, the opposing tooth meshing areas move continuously around the axis of rotation of the wave generator or in the circumferential direction during the rotation of the wave generator. Since the flexible ring element has fewer teeth than the rigid ring element, a rotation of the wave generator causes a relative movement of the flexible ring element to the rigid ring element. The rolling elements of the single-row cylindrical roller bearing roll off between the inner ring and the outer ring.
Die als Zylinderrollen ausgebildeten Wälzkörper können in Verbindung mit der zumin dest teilweise konvex gewölbten zweiten Laufbahn am Außenring besonders vorteil haft Kippbewegungen im Lagerelement und somit auch im Wellgenerator ausgleichen. Unter einer zumindest teilweise konvex gewölbten zweiten Laufbahn am Außenring ist zu verstehen, dass die Innenumfangsfläche des Außenrings, die als äußere Laufbahn für die Wälzkörper vorgesehen ist, radial nach innen zu den Wälzkörpern hin eine konvexe Wölbung aufweist. Insbesondere erstreckt sich diese konvexe Wölbung nicht nur teilweise, sondern vollständig entlang der zweiten Laufbahn für die Wälzkörper. Über den Radius bzw. den Grad der Wölbung der konvex geformten zweiten Lauf bahn am Außenring lassen sich Hertzsche-Pressungen einstellen, insbesondere re duzieren, wodurch die Lebensdauer des Wellgetriebes verlängert wird. Ferner wird auch eine Montage des Wellgenerators gegenüber eines Wellgenerators mit einer Kugellagerung vereinfacht, insbesondere dann, wenn die Anzahl der Zylinderrollen erhöht und der Durchmesser der Zylinderrollen verringert wird. The rolling elements designed as cylindrical rollers can, in conjunction with the at least partially convex second raceway on the outer ring, particularly advantageously compensate for tilting movements in the bearing element and thus also in the wave generator. An at least partially convex second raceway on the outer ring means that the inner peripheral surface of the outer ring, which is provided as the outer raceway for the rolling elements, has a convex curvature radially inward toward the rolling elements. In particular, this convex curvature extends not only partially, but completely along the second track for the rolling elements. Hertzian pressures can be set, and in particular reduced, via the radius or degree of curvature of the convex-shaped second raceway on the outer ring, which extends the service life of the harmonic drive. Furthermore, assembly of the wave generator is simplified compared to a wave generator with a ball bearing, particularly when the number of cylindrical rollers is increased and the diameter of the cylindrical rollers is reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Innenring des Lagerelements einen ersten Bord auf, wobei die Welle einen zweiten Bord aufweist. Unter einem ersten bzw. zweiten Bord ist eine im Wesentlichen radial nach außen ausgebildete Ausformung an dem Innenring bzw. an der Welle zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, ein axiales, also stirnseitiges Anlaufen der Wälzkörper zu ermöglichen und dadurch die axiale Position der Wälzkörper zu begrenzen. According to a preferred embodiment of the invention, the inner ring of the bearing element has a first rim, with the shaft having a second rim. A first or second rim is to be understood as meaning an essentially radially outwardly formed formation on the inner ring or on the shaft, which is designed to allow the rolling elements to come into contact axially, i.e. on the face side, and thereby to adjust the axial position of the rolling elements limit.
Vorzugsweise weist der Außenring des Lagerelements einen dritten Bord und einen vierten Bord auf. Unter einem dritten bzw. vierten Bord ist eine im Wesentlichen radial nach innen ausgebildete Ausformung an dem Außenring zu verstehen, die dazu ein gerichtet ist, ein axiales, also stirnseitiges Anlaufen der Wälzkörper zu ermöglichen und dadurch die axiale Position der Wälzkörper zu begrenzen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das flexible Ringelement und der Außenring des Lagerelements einteilig ausgebildet. Mit anderen Worten sind das flexible Ringelement und der Außenring monolithisch, wobei die Au ßenverzahnung und die zweite Laufbahn für die Wälzkörper einteilig an einem Bauteil, nämlich dem flexiblen Ringelement ausgebildet sind. Der Außenring ist somit in das flexible Ringelement integriert und bündelt die Verzahnungsfunktionen für das starre Ringelement an der Außenumfangsfläche des flexiblen Ringelements mit den Lauf bahnfunktionen für die Wälzkörper an der Innenumfangsfläche des flexiblen Ringele ments. Weil ein separater Außenring nicht existent ist, entfällt eine Spielpassung zwi schen dem Außenring und dem flexiblen Ringelement, wobei dies dazu führt, dass die Steifigkeit des Wellgetriebes konstant bleibt, wodurch die Präzision und die Effizienz des Wellgetriebes erhöht werden. The outer ring of the bearing element preferably has a third rim and a fourth rim. A third or fourth rim is to be understood as meaning a protrusion on the outer ring which is essentially radially inward and which is intended to allow the rolling elements to come into contact axially, ie on the face side, and thereby to limit the axial position of the rolling elements. According to a further preferred embodiment of the invention, the flexible ring element and the outer ring of the bearing element are designed in one piece. In other words, the flexible ring element and the outer ring are monolithic, with the external toothing and the second raceway for the rolling elements being formed in one piece on one component, namely the flexible ring element. The outer ring is thus integrated into the flexible ring element and combines the gearing functions for the rigid ring element on the outer peripheral surface of the flexible ring element with the running track functions for the rolling elements on the inner peripheral surface of the flexible ring element. Because a separate outer ring does not exist, there is no clearance fit between the outer ring and the flexible ring element, which results in the stiffness of the strain wave gearing remaining constant, thereby increasing the precision and efficiency of the strain wave gearing.
Bevorzugt weist der Innenring des Lagerelements einen ersten Bord und einen zwei ten Bord auf. Unter einem ersten bzw. zweiten Bord ist eine im Wesentlichen radial nach außen ausgebildete Ausformung an dem Innenring zu verstehen, die dazu ein gerichtet ist, ein axiales, also stirnseitiges Anlaufen der Wälzkörper zu ermöglichen und dadurch die axiale Position der Wälzkörper zu begrenzen. The inner ring of the bearing element preferably has a first rim and a second rim. A first or second rim is to be understood as meaning an essentially radially outwardly formed formation on the inner ring, which is aimed at enabling the rolling elements to run axially, ie on the face side, and thereby to limit the axial position of the rolling elements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Wälzkörper in ei nem Käfig geführt. Vorzugsweise ist der Käfig aus einem Polymerwerkstoff ausgebil det. Dadurch wird insbesondere der Verschleiß an den Wälzkörpern gesenkt. According to a preferred embodiment of the invention, the rolling elements are guided in a cage. The cage is preferably made of a polymer material. This in particular reduces the wear on the rolling elements.
Vorzugsweise ist die zweite Laufbahn für die Wälzkörper in einem Bereich des Außen rings ausgebildet, der radial entgegengesetzt und im Wesentlichen mittig zu der Au ßenverzahnung an dem flexiblen Ringelement angeordnet ist. Mit anderen Worten wälzen die Wälzkörper in axialer Richtung mittig zu der Außenverzahnung am flexib len Ringelement. Dadurch wird ein besonders sauberer und effizienter Zahneingriff realisiert. The second raceway for the rolling bodies is preferably formed in a region of the outer ring which is arranged radially opposite and essentially centrally to the outer toothing on the flexible ring element. In other words, the rolling elements roll in the axial direction in the center of the external teeth on the flexible ring element. This results in a particularly clean and efficient meshing of teeth.
Die Erfindung betrifft auch einen Roboter, umfassend ein erfindungsgemäßes Wellge triebe. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Wellgetriebe in einem Gelenk für ei nen Roboterarm angeordnet und wirkt zumindest mittelbar zwischen zwei Roboter armsegmenten. Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt The invention also relates to a robot comprising a corrugated gear according to the invention. In particular, strain wave gearing according to the invention is arranged in a joint for a robot arm and acts at least indirectly between two robot arm segments. Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of two preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. while showing
Figur 1a eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines hälftig darge stellten erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel, FIG. 1a shows a simplified schematic sectional view of a harmonic drive according to the invention, shown in half, according to a first exemplary embodiment,
Figur 1b eine vereinfachte schematische Teillängsschnittdarstellung des Wellge triebes gemäß Figur 1a, FIG. 1b shows a simplified schematic partial longitudinal section of the corrugated drive according to FIG. 1a,
Figur 2a eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines hälftig darge stellten erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel, FIG. 2a shows a simplified schematic sectional view of a harmonic drive according to the invention, shown in half, according to a second exemplary embodiment,
Figur 2b eine vereinfachte schematische Teillängsschnittdarstellung des Wellge triebes gemäß Figur 2a, und FIG. 2b shows a simplified schematic partial longitudinal section view of the corrugated drive according to FIG. 2a, and
Figur 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines nur teilweise darge stellten Roboters mit einem erfindungsgemäßen Wellgetriebe. FIG. 3 shows a simplified schematic representation of a robot, shown only partially, with a harmonic drive according to the invention.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß den Figuren 1a und 1 b umfasst ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 1 , das vorlie gend nur hälftig dargestellt ist, einen Wellgenerator 2 mit einem als einreihiges Zylin derrollenlager ausgebildetes Lagerelement 6. Das Lagerelement 6 weist einen Innen ring 8, einen Außenring 9 sowie eine Vielzahl von räumlich dazwischen angeordneten und beabstandet zueinander geführten Wälzkörpern 7 auf. Die Wandstärke des Innen rings 8 ist übertrieben dargestellt. Die Wälzkörper 7 sind beabstandet zueinander in einem Käfig 10 geführt, wobei der Käfig 10 aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet ist. Der Innenring 8 weist an der Außenumfangsfläche eine erste Laufbahn 8a für die Wälzkörper 7 auf. Der Außenring 9 weist an der Innenumfangsfläche eine zweite Laufbahn 9a für die Wälzkörper 7 auf, wobei die zweite Laufbahn 9a radial in Richtung der Wälzkörper 7 konvex gewölbt ist, sodass die maximale Wandstärke des Außen- rings 9 aufgrund der Wölbung im Wesentlichen axial mittig zu den Wälzkörpern 7 ist. Der Innenring 8 des Lagerelements 6 weist einen ersten Bord 8b auf, wobei die Welle 16 einen zweiten Bord 16a aufweist. Der erste Bord 8b dient als axiale Anlauffläche für die Wälzkörper 7, wobei der zweite Bord 16a zum einen als axiale Anlauffläche für die Wälzkörper 7 und zum anderen als axialer Anschlag für den Innenring 8 dient. Der Außenring 9 des Lagerelements 6 weist einen dritten Bord 9b und einen vierten Bord 9c auf, die jeweils als axiale Anlauffläche für die Wälzkörper 7 vorgesehen sind. Der Wellgenerator 2 umfasst ferner eine Welle 16, auf die der Innenring 8 zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung aufgeschrumpft ist, wobei der Wellgenerator 2 über die Welle 16 von einem - hier nicht dargestellten - Elektromotor in eine Rotationsbewe gung versetzbar ist. Vorliegend ist die Welle 16 als Hohlwelle ausgebildet. Figures 1a and 1b show a first embodiment of the invention. According to Figures 1a and 1b, a harmonic drive 1 according to the invention, only half of which is shown here, comprises a wave generator 2 with a bearing element 6 designed as a single-row cylindrical roller bearing. The bearing element 6 has an inner ring 8, an outer ring 9 and a large number of spatially arranged in between and spaced out from each other rolling elements 7. The wall thickness of the inner ring 8 is exaggerated. The rolling bodies 7 are spaced apart in a cage 10, wherein the cage 10 is made of a polymer material. The inner ring 8 has a first raceway 8a for the rolling bodies 7 on the outer peripheral surface. The outer ring 9 has a second raceway 9a for the rolling bodies 7 on the inner peripheral surface, the second raceway 9a being convexly curved radially in the direction of the rolling bodies 7, so that the maximum wall thickness of the outer rings 9 is substantially axially central to the rolling elements 7 due to the curvature. The inner ring 8 of the bearing element 6 has a first rim 8b, the shaft 16 having a second rim 16a. The first rim 8b serves as an axial contact surface for the rolling elements 7, the second rim 16a serving as an axial contact surface for the rolling elements 7 and as an axial stop for the inner ring 8. The outer ring 9 of the bearing element 6 has a third rim 9b and a fourth rim 9c, which are each provided as an axial contact surface for the rolling elements 7. The wave generator 2 also includes a shaft 16 onto which the inner ring 8 is shrunk to form a non-rotatable connection, wherein the wave generator 2 via the shaft 16 of a - electric motor in a rotational movement can be set - not shown here. In the present case, the shaft 16 is designed as a hollow shaft.
Der Innenring 8 und der Außenring 9 des Lagerelements 6 weisen vorliegend eine el liptische Außengeometrie auf, wobei die Außenumfangsfläche des Außenrings 9 an einer Innenumfangsfläche eines flexiblen Ringelements 3 drehfest zur Anlage kommt. Vor der Montage des Lagerelements 6 weist der Außenring 9 eine im Wesentlichen runde Außengeometrie auf, die sich jedoch während der Montage in Abhängigkeit der Außengeometrie des Innenrings 8 elastisch in die elliptische Außengeometrie ver formt. Der Wellgenerator 2 bzw. das Lagerelement 6 ist in das flexible Ringelement 3 eingepresst, sodass der Wellgenerator 2 mit dem Lagerelement 6 in das flexible Rin gelement 3 hineinragt. Dabei nimmt das flexible Ringelement 3 die elliptische Form des Wellgenerators 2 an. Während des Betriebs des Wellgetriebes 1 wird der Wellge nerator 2 in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei der Außenring 9 sowie das fle xible Ringelement 3 lokal radial verformen. Anders gesagt bewirkt die Rotation des Wellgenerators 2 um eine Rotationsachse 11 , dass das flexible Ringelement 3 und der Außenring 9 umlaufend verformt werden. The inner ring 8 and the outer ring 9 of the bearing element 6 presently have an elliptical outer geometry, the outer peripheral surface of the outer ring 9 coming to rest on an inner peripheral surface of a flexible ring element 3 in a rotationally fixed manner. Before the bearing element 6 is installed, the outer ring 9 has an essentially round outer geometry, which, however, deforms elastically into the elliptical outer geometry during installation, depending on the outer geometry of the inner ring 8 . The wave generator 2 or the bearing element 6 is pressed into the flexible ring element 3 so that the wave generator 2 with the bearing element 6 protrudes into the flexible ring element 3 . Here, the flexible ring element 3 assumes the elliptical shape of the wave generator 2 . During operation of the harmonic drive 1, the Wellge generator 2 is set in a rotational movement, with the outer ring 9 and the fle xible ring element 3 deform locally radially. In other words, the rotation of the wave generator 2 about an axis of rotation 11 causes the flexible ring element 3 and the outer ring 9 to be circumferentially deformed.
In Figur 1a ist ferner gezeigt, dass das flexible Ringelement 3 eine Außenverzahnung 3a aufweist, die zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Innenverzahnung 4a eines starren Ringelements 4 des Wellgetriebes 1 in Zahneingriff steht. Da sich das flexible Ringelement 3 an die elliptische Form des Wellgenerators 1 anpasst, steht das flexible Ringelement 3 mit dessen Außenverzahnung 3a an zwei symmetrisch gegen überliegenden Zahneingriffsbereichen 5a, 5b mit der Innenverzahnung 4a des starren Ringelements 4 in Zahneingriff. Gemäß Figur 1 b ragt das Lagerelement 6 vollständig in das flexible Ringelement 3 axial hinein. Ferner ist die zweite Laufbahn 9a für die Wälzkörper 7 in einem Bereich des Außenrings 9 ausgebildet, der radial entgegengesetzt und in axialer Richtung mittig zu der Außenverzahnung 3a am flexiblen Ringelement 3 angeordnet ist. In Figur 1 b wurde zur Vereinfachung auf die Darstellung des starren Ringelements 4 verzich tet. Ferner ist die Wandstärke des flexiblen Ringelements 3 übertrieben dargestellt. FIG. 1a also shows that the flexible annular element 3 has external teeth 3a, which are in toothed engagement with internal teeth 4a of a rigid annular element 4 of the harmonic drive 1 for the purpose of transmitting torque. Since the flexible ring element 3 adapts to the elliptical shape of the wave generator 1, the flexible ring element 3 with its external teeth 3a is in two symmetrically opposite toothed engagement areas 5a, 5b with the internal teeth 4a of the rigid ring element 4 in toothed engagement. According to FIG. 1b, the bearing element 6 projects completely into the flexible ring element 3 in the axial direction. Furthermore, the second raceway 9a for the rolling bodies 7 is formed in a region of the outer ring 9 which is arranged radially opposite and centrally in the axial direction to the outer teeth 3a on the flexible ring element 3 . In FIG. 1b, the rigid ring element 4 has not been shown for the sake of simplicity. Furthermore, the wall thickness of the flexible ring element 3 is exaggerated.
Die Figuren 2a und 2b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß den Figuren 2a und 2b umfasst ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 1 einen Wellge nerator 2, der ein Lagerelement 6 mit einem Innenring 8 und mit einer Vielzahl von Wälzkörpern 7 aufweist. Die Wandstärke des Innenrings 8 ist übertrieben dargestellt. Die Wälzkörper 7 sind beabstandet zueinander in einem Käfig 10 geführt, wobei der Käfig 10 aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet ist. Das Lagerelement 6 ist als ein reihiges Zylinderrollenlager ausgebildet, sodass die Wälzkörper 7 als Zylinderrollen ausgebildet sind. Der Innenring 8 weist eine erste Laufbahn 8a für die Wälzkörper 7 auf. Die erste Laufbahn 8a ist umlaufend an der Außenumfangsfläche des Innenrings 8 ausgebildet. Mithin wälzen die Wälzkörper 7 an der Außenumfangsfläche des Innen rings 8 ab. Ferner weist der Innenring 8 des Lagerelements 6 einen ersten Bord 8b und einen zweiten Bord 8c auf. Die beiden Borde 8b, 8c dienen als axiale Anlaufflä chen für die Wälzkörper 7. Der Wellgenerator 2 umfasst ferner eine Welle 16, auf die der Innenring 8 zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung aufgeschrumpft ist, wobei der Wellgenerator 2 über die Welle 16 von einem - hier nicht dargestellten - Elektro motor in eine Rotationsbewegung versetzbar ist. Vorliegend ist die Welle 16 als Hohl welle ausgebildet. Ferner weist das Wellgetriebe 1 ein von dem Wellgenerator 2 um laufend in radialer Richtung verformbares, flexibles Ringelement 3 mit einer Außen verzahnung 3a und ein starres Ringelement 4 mit einer Innenverzahnung 4a auf. Die Außenverzahnung 3a des flexiblen Ringelements 3 steht zur Übertragung eines Drehmoments an, bezogen auf eine Rotationsachse 11 des Wellgenerators 2, zwei symmetrisch gegenüberliegenden Zahneingriffsbereichen 5a, 5b mit der Innenverzah nung 4a des starren Ringelements 4 in Zahneingriff. Das starre Ringelement 4 ist als Hohlrad ausgebildet. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das flexible Ringelement 3 und der Außenring 9 des Lagerelements 6 einteilig ausgebildet. Der Außenring 9 ist vorliegend in das flexible Ringelement 3 integriert und dadurch als separates Bauteil nicht mehr existent. Das flexible Ringelement 3 bündelt die Verzahnungsfunktionen für das starre Ringelement 4 an der Außenumfangsfläche des flexiblen Ringelements 3 mit den Laufbahnfunktionen für die Wälzkörper 7 an der Innenumfangsfläche des fle xiblen Ringelements 3. An dem flexiblen Ringelement 3 ist eine zweite Laufbahn 3b für die Wälzkörper 7 ausgebildet. Die zweite Laufbahn 9b, die durch die Integration des Außenrings 9 an dem flexiblen Ringelement 3 ausgebildet ist, ist radial in Rich tung der Wälzkörper 7 konvex gewölbt, sodass die maximale Wandstärke des flexib len Ringelements 3 aufgrund der Wölbung im Wesentlichen axial mittig zu den Wälz körpern 7 ist. Figures 2a and 2b show a second embodiment of the invention. According to FIGS. 2a and 2b, a wave gear mechanism 1 according to the invention comprises a wave generator 2, which has a bearing element 6 with an inner ring 8 and with a plurality of rolling elements 7. The wall thickness of the inner ring 8 is exaggerated. The rolling bodies 7 are spaced apart in a cage 10, wherein the cage 10 is made of a polymer material. The bearing element 6 is designed as a row of cylindrical roller bearings, so that the rolling bodies 7 are designed as cylindrical rollers. The inner ring 8 has a first raceway 8a for the rolling bodies 7 . The first raceway 8a is formed circumferentially on the outer peripheral surface of the inner ring 8 . Consequently, the rolling elements 7 roll on the outer peripheral surface of the inner ring 8 . Furthermore, the inner ring 8 of the bearing element 6 has a first rim 8b and a second rim 8c. The two rims 8b, 8c serve as axial stop surfaces for the rolling elements 7. The wave generator 2 also includes a shaft 16, onto which the inner ring 8 is shrunk to form a non-rotatable connection, the wave generator 2 being connected via the shaft 16 by one - here not shown - electric motor can be set into a rotational movement. In the present case, the shaft 16 is designed as a hollow shaft. Furthermore, harmonic drive 1 has a flexible annular element 3 with external teeth 3a, which can be continuously deformed in the radial direction by wave generator 2, and a rigid annular element 4 with internal teeth 4a. The external toothing 3a of the flexible ring element 3 is available for the transmission of a torque, based on an axis of rotation 11 of the wave generator 2, two symmetrically opposite toothed meshing areas 5a, 5b with the internal toothed opening 4a of the rigid ring element 4 in toothed engagement. The rigid ring element 4 is designed as a ring gear. According to the second exemplary embodiment of the invention, the flexible ring element 3 and the outer ring 9 of the bearing element 6 are designed in one piece. In the present case, the outer ring 9 is integrated into the flexible ring element 3 and therefore no longer exists as a separate component. The flexible ring element 3 bundles the toothing functions for the rigid ring element 4 on the outer peripheral surface of the flexible ring element 3 with the raceway functions for the rolling elements 7 on the inner peripheral surface of the fle xible ring element 3. A second raceway 3b for the rolling elements 7 is formed on the flexible ring element 3 . The second raceway 9b, which is formed by the integration of the outer ring 9 on the flexible ring element 3, is convexly curved radially in the direction of the rolling elements 7, so that the maximum wall thickness of the flexible ring element 3 is essentially axially centered to the rolling elements due to the curvature bodies is 7.
Das flexible Ringelement 3 ist mit der Außenverzahnung 3a und der zweiten Laufbahn 3b einteilig ausgebildet. Mithin wälzen die Wälzkörper 7 unmittelbar an der Innenum fangsfläche des flexiblen Ringelements 3 ab. Die Wälzkörper 7 folgen der exzentri schen Form der ersten Laufbahn 3a und verformen dadurch das flexible Ringelement 3 mit der Außenverzahnung 3a. Aufgrund der geringfügig unterschiedlichen Anzahl von Zähnen zwischen der Außenverzahnung 3a des flexiblen Ringelements 3a und der Innenverzahnung 4a des starren Ringelements 4, entsteht eine hohe Übersetzung zwischen der Welle 16 und dem starren Ringelement 4. The flexible ring element 3 is formed in one piece with the external teeth 3a and the second raceway 3b. Consequently, the rolling elements 7 roll off directly on the inner peripheral surface of the flexible ring element 3 . The rolling elements 7 follow the exzentri's shape of the first raceway 3a and thereby deform the flexible ring element 3 with the external teeth 3a. Due to the slightly different number of teeth between the external toothing 3a of the flexible ring element 3a and the internal toothing 4a of the rigid ring element 4, there is a high transmission ratio between the shaft 16 and the rigid ring element 4.
Gemäß Figur 2b ragt das Lagerelement 6 vollständig in das flexible Ringelement 3 axial hinein. Ferner ist die zweite Laufbahn 3b für die Wälzkörper 7 in einem Bereich des flexiblen Ringelements 3 ausgebildet, der radial entgegengesetzt und in axialer Richtung mittig zu der Außenverzahnung 3a angeordnet ist. In Figur 2b wurde zur Vereinfachung auf die Darstellung des starren Ringelements 4 verzichtet. Ferner ist die Wandstärke des flexiblen Ringelements 3 übertrieben dargestellt. According to FIG. 2b, the bearing element 6 projects completely into the flexible ring element 3 in the axial direction. Furthermore, the second raceway 3b for the rolling elements 7 is formed in a region of the flexible ring element 3 which is arranged radially oppositely and centrally in the axial direction to the external toothing 3a. In FIG. 2b, the rigid ring element 4 is not shown for the sake of simplicity. Furthermore, the wall thickness of the flexible ring element 3 is exaggerated.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Roboters 12. Zwischen einem ersten Roboter armsegment 12a und einem zweiten Roboterarmsegment 12b ist ein Gelenk 13 ange ordnet, das die beiden Roboterarmsegmente 12a, 12b gelenkig miteinander verbindet. Zur Veränderung der Position der beiden Roboterarmsegmente 12a, 12b zueinander weist der Roboter 12 eine Antriebseinheit 14 auf, umfassend einen Elektromotor 15 und ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 1. FIG. 3 shows a section of a robot 12. A joint 13 is arranged between a first robot arm segment 12a and a second robot arm segment 12b, which joint connects the two robot arm segments 12a, 12b to one another in an articulated manner. To change the position of the two robot arm segments 12a, 12b relative to one another the robot 12 has a drive unit 14, comprising an electric motor 15 and a harmonic drive 1 according to the invention.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Wellgetriebe 1 wave gear
2 Wellgenerator 2 wave generator
3 flexibles Ringelement 3 flexible ring element
3a Außenverzahnung an dem flexiblen Ringelement3a External toothing on the flexible ring element
3b zweite Laufbahn an dem flexiblen Ringelement3b second track on the flexible ring element
4 starres Ringelement 4 rigid ring element
4a Innenverzahnung an dem starren Ringelement4a internal toothing on the rigid ring element
5a, 5b Zahneingriffsbereich 6 Lagerelement 5a, 5b meshing area 6 bearing element
7 Wälzkörper 7 rolling elements
8 Innenring 8 inner ring
8a erste Laufbahn an dem Innenring 8a first track on the inner ring
8b erster Bord an dem Innenring 8b first flange on the inner ring
8c zweiter Bord an dem Innenring 8c second rim on the inner ring
9 Außenring 9 outer ring
9a zweite Laufbahn an dem Außenring 9a second track on the outer ring
9b dritter Bord an dem Außenring 9b third flange on the outer ring
9c vierter Bord an dem Außenring 9c fourth rim on the outer ring
10 Käfig 11 Rotationsachse 12 Roboter 12a erster Roboterarmsegment 12b zweiter Roboterarmsegment 10 cage 11 axis of rotation 12 robot 12a first robot arm segment 12b second robot arm segment
13 Gelenk 13 joint
14 Antriebseinheit 14 drive unit
15 Elektromotor 15 electric motor
16 Welle 16a zweiter Bord an der Welle 16 shaft 16a second board on the shaft

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Wellgetriebe (1 ) für einen Roboter (12), umfassend ein von einem Wellgenera tor (2) umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles Ringelement (3) mit ei ner Außenverzahnung (3a) und ein starres Ringelement (4) mit einer Innenverzah nung (4a), wobei die Außenverzahnung (3a) des flexiblen Ringelements (3) zur Über tragung eines Drehmoments an mindestens einem Zahneingriffsbereich (5a, 5b) mit der Innenverzahnung (4a) des starren Ringelements (4) im Zahneingriff steht, wobei der Wellgenerator (2) ein unrund ausgebildetes Lagerelement (6) aufweist, umfassend Wälzkörper (7), einen Innenring (8) mit einer ersten Laufbahn (8a) für die Wälzkörper (7) und einen Außenring (9) mit einer zweiten Laufbahn (9a) für die Wälzkörper (7), wobei das Lagerelement (6) zumindest teilweise in das flexible Ringelement (3) axial hineinragt, und wobei der Innenring (8) drehfest mit einer Welle (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (6) als einreihiges Zylinderrollen lager ausgebildet ist, wobei die zweite Laufbahn (9a) für die Wälzkörper (7) an einer Innenumfangsfläche des Außenrings (9) radial in Richtung der Wälzkörper (7) zumin dest teilweise konvex gewölbt ist. 1. Wave gear (1) for a robot (12), comprising a shaft generator (2) circumferentially deformable in the radial direction, flexible ring element (3) with egg ner external teeth (3a) and a rigid ring element (4) with internal teeth tion (4a), wherein the external toothing (3a) of the flexible annular element (3) is in toothed engagement with the internal toothing (4a) of the rigid annular element (4) for the transmission of a torque in at least one toothed engagement region (5a, 5b), the wave generator (2) has an out-of-round bearing element (6), comprising rolling bodies (7), an inner ring (8) with a first raceway (8a) for the rolling bodies (7) and an outer ring (9) with a second raceway (9a) for the rolling bodies (7), the bearing element (6) at least partially protruding axially into the flexible ring element (3), and the inner ring (8) being non-rotatably connected to a shaft (16), characterized in that the bearing element (6) as a single row cylindrical roller bearing is formed, wherein the second raceway (9a) for the rolling elements (7) on an inner peripheral surface of the outer ring (9) radially in the direction of the rolling elements (7) is at least partially convex.
2. Wellgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (8) des Lagerelements (6) einen ers ten Bord (8b) aufweist, wobei die Welle (16) einen zweiten Bord (16a) aufweist. 2. Harmonic transmission (1) according to claim 1, characterized in that the inner ring (8) of the bearing element (6) has a first rim (8b), the shaft (16) having a second rim (16a).
3. Wellgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) des Lagerelements (6) einen drit ten Bord (9b) und einen vierten Bord (9c) aufweist. 3. Harmonic transmission (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer ring (9) of the bearing element (6) has a third board (9b) and a fourth board (9c).
4. Wellgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Ringelement (3) und der Außenring (9) des Lagerelements (6) einteilig ausgebildet sind. 4. harmonic drive (1) according to claim 1, characterized in that the flexible ring element (3) and the outer ring (9) of the bearing element (6) are integrally formed.
5. Wellgetriebe (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (8) des Lagerelements (6) einen ers ten Bord (8b) und einen zweiten Bord (8c) aufweist. 5. harmonic drive (1) according to claim 4, characterized in that the inner ring (8) of the bearing element (6) has a first board (8b) and a second board (8c).
6. Wellgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) des Lagerelements (6) in einem6. harmonic drive (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rolling elements (7) of the bearing element (6) in one
Käfig (10) geführt sind. Cage (10) are performed.
7. Wellgetriebe (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) des Lagerelements (6) aus einem Po lymerwerkstoff ausgebildet ist. 7. harmonic drive (1) according to claim 6, characterized in that the cage (10) of the bearing element (6) is formed from a polymer material Po.
8. Wellgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Laufbahn (9a) für die Wälzkörper (7) in einem Bereich des Außenrings (9) ausgebildet ist, der radial entgegengesetzt und im Wesentlichen mittig zu der Außenverzahnung (3a) an dem flexiblen Ringelement (3) angeordnet ist. 8. Harmonic drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second raceway (9a) for the rolling elements (7) is formed in a region of the outer ring (9) which is radially opposite and essentially central to the external toothing ( 3a) is arranged on the flexible ring element (3).
9. Wellgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (3a) des flexiblen Ringele ments (3) zur Übertragung eines Drehmoments an, bezogen auf die Rotationsachse (11) des Wellgenerators (2), zwei symmetrisch gegenüberliegenden Zahneingriffsbe reichen (5a, 5b) zumindest teilweise mit der Innenverzahnung (4a) des starren Rin- gelements (4) im Zahneingriff steht. 9. Harmonic drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external teeth (3a) of the flexible ring element (3) for the transmission of a torque, based on the axis of rotation (11) of the wave generator (2), two symmetrically opposite Tooth engagement areas (5a, 5b) are at least partially in mesh with the internal teeth (4a) of the rigid ring element (4).
10. Roboter (12), umfassend ein Wellgetriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Robot (12) comprising a harmonic drive (1) according to any one of the preceding claims.
PCT/DE2021/100520 2020-07-16 2021-06-17 Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive WO2022012712A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180060683.8A CN116194689A (en) 2020-07-16 2021-06-17 Harmonic drive for a robot and robot with a harmonic drive
JP2023502858A JP2023533358A (en) 2020-07-16 2021-06-17 Reduction gearboxes for robots and robots with reduction gearboxes
KR1020237001166A KR20230022301A (en) 2020-07-16 2021-06-17 Harmonic drive for robots and robots equipped with harmonic drives

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020118797.1 2020-07-16
DE102020118797.1A DE102020118797A1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Wave gears for a robot and robots with a strain wave gear

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022012712A1 true WO2022012712A1 (en) 2022-01-20

Family

ID=76859359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2021/100520 WO2022012712A1 (en) 2020-07-16 2021-06-17 Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2023533358A (en)
KR (1) KR20230022301A (en)
CN (1) CN116194689A (en)
DE (1) DE102020118797A1 (en)
WO (1) WO2022012712A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0148809A2 (en) * 1984-01-10 1985-07-17 U.T.A.S. S.p.A. Motion transmitting device between two coaxial rotating members
EP1319870A1 (en) * 2001-12-11 2003-06-18 Teijin Seiki Co., Ltd. Flex spline for meshing type gear device and meshing type gear device having flex spline
EP3222878A1 (en) * 2014-11-21 2017-09-27 Harmonic Drive Systems Inc. Wave generator and wave gear device
CN106286763B (en) * 2016-10-11 2019-06-18 湖南大学 A kind of harmonic speed reducer and its input drive mechanism
DE102018123915A1 (en) 2018-09-27 2020-04-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wave gear

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0148809A2 (en) * 1984-01-10 1985-07-17 U.T.A.S. S.p.A. Motion transmitting device between two coaxial rotating members
EP1319870A1 (en) * 2001-12-11 2003-06-18 Teijin Seiki Co., Ltd. Flex spline for meshing type gear device and meshing type gear device having flex spline
EP3222878A1 (en) * 2014-11-21 2017-09-27 Harmonic Drive Systems Inc. Wave generator and wave gear device
CN106286763B (en) * 2016-10-11 2019-06-18 湖南大学 A kind of harmonic speed reducer and its input drive mechanism
DE102018123915A1 (en) 2018-09-27 2020-04-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wave gear

Also Published As

Publication number Publication date
CN116194689A (en) 2023-05-30
JP2023533358A (en) 2023-08-02
DE102020118797A1 (en) 2022-01-20
KR20230022301A (en) 2023-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3309551C2 (en) Tripod joint
WO2017041802A1 (en) Gearing having an elastic gear
WO2017041800A1 (en) Gearing having an elastic gear
WO2008122277A2 (en) Wheel bearing assembly
DE102008053914A1 (en) Wave generator for a stress wave transmission and stress wave transmission
WO2017088872A1 (en) Arrangement for axially bracing a cvt-fixed bearing from outside a transmission housing
DE102016219919A1 (en) Elastic gear of a wave gear
DE10123413B4 (en) drive shaft
WO2019170198A1 (en) Harmonic drive and method for producing an elastic gear component
DE102018123915A1 (en) Wave gear
DE102006005906A1 (en) gear stage
DE102005054285B3 (en) Hub-swivel arrangement with face gear and wheel bearing
DE102016205748B3 (en) actuating mechanism
DE102021104268B3 (en) Bearing assembly and robotic arm
EP2255104B1 (en) Transmission
WO2013083538A1 (en) Ball screw drive
EP1819942B1 (en) Gear mechanism
WO2022012713A1 (en) Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive
DE102015113155B4 (en) Tension shaft gear
EP3728897B1 (en) Gearwheel transmission
WO2022012712A1 (en) Harmonic drive for a robot, and robot comprising a harmonic drive
EP1756440A1 (en) Grooved profile for a hub shaft connection
WO2022048948A1 (en) Tripod joint
DE102019212220B4 (en) harmonic drive
WO2005059390A1 (en) Outer ring of a wheel bearing

Legal Events

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

Ref document number: 21739943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237001166

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023502858

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21739943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1