AT505628B1 - Getriebe zur umkehrspielfreien kraftübertragung - Google Patents

Description

2 AT 505 628 B1

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur umkehrspielfreien Kraftübertragung beim Manipulieren von Werkstücken oder Werkzeugen mit zueinander koaxialem An- und Abtrieb und einer dazwischen angeordneten um die An- und Abtriebsachse drehfest in einem Getriebegehäuse angeordneten umkehrspielfreien Getriebebaugruppe.

Umkehrspielfreie Getriebe mit hohen Übersetzungen finden beispielsweise in rotatorischen Achsen von Robotern, Werkzeugmaschinen und dgl. Verwendung. Derartige bekannte Getriebe sind beispielsweise Gleitkeilgetriebe, auch unter dem Namen „Harmonie Drive" bekannt, bzw. Zykloidengetriebe. Diese Getriebe zeichnen sich durch besonders hohe mögliche Übersetzungen und durch ihre hohe Steifigkeit aus. Bei Gleitkeilgetrieben treibt beispielsweise eine elliptische Scheibe eine dünnwandige Stahlbuchse über den Außenring eines Kugellagers unter Verformung der Stahlbuchse an. Dabei greift eine Außenverzahnung der Stahlbuchse in den Bereichen der großen Ellipsenachse in die Innenverzahnung eines Außenringes ein. Dadurch dass der Außenring eine meist nur etwas höhere Anzahl an Zähnen aufweist, als die Stahlbuchse, können bei hohen Zähnezahlen und entsprechend feinen Verzahnungen sehr große Übersetzungen, beispielsweise von 100 bis 200 realisiert werden. Hierbei ist stets ein hoher Überdeckungsgrad vorhanden, da stets eine Mehrzahl an Zähnen gleichzeitig im Eingriff ist, wodurch sich die hohe Steifigkeit für derartige Getriebe ergibt.

Bei diesen Gleitkeilgetrieben bzw. auch bei Zykloidengetrieben ergibt sich mit steigender Baugröße naturgemäß ein ebenso steigender Steifigkeitszuwachs, der bei der Spielfreiheit der Getriebe hohe Positioniergenauigkeiten von wenigen Winkelsekunden ermöglicht, was insbesondere bei der Verwendung derartiger Antriebe in Werkzeugmaschinen oder Robotern von hoher Bedeutung ist. Da allerdings der Einbauraum in Robotern und Werkzeugmaschinen begrenzt ist und die Getriebe mit steigender Baugröße auch an Masse zunehmen, was naturgemäß erhöhte Massenträgheiten und auch Kosten zur Folge hat, ergeben sich natürliche Grenzen für derartige Getriebe hinsichtlich ihrer Verwendung. Bei der möglichen Baubreite ist zudem ebenfalls eine natürliche Begrenzung gegeben, da die für die Verdrehsteifigkeit bei Gleitkeilgetrieben entscheidende Zahnbreite durch die elastomechanischen Verformungen des Flexspline (der dünnwandigen Stahlbuchse) begrenzt ist. Bei Zykloidengetrieben ergibt sich diese Begrenzung durch die Länge der für derartige Getriebe erforderlichen Exzenterwellen, deren Durchbiegung überproportional, nämlich in 3. Potenz, von der Exzenterwellenlänge abhängt.

Ausgehend von einem Stand der Technik der vorgeschilderten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur umkehrspielfreien Kraftübertragung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik mit einfachen Mitteln eine verbesserte Positioniergenauigkeit aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Getriebebaugruppe zwischen An- und Abtrieb wenigstens zwei spielfreie und parallel geschaltete zueinander und zur An- und Abtriebsachse koaxiale Getriebeeinheiten mit gleichen Übersetzungen umfasst. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die parallele Anordnung zweier spielfreier Getriebeeinheiten gleicher Übersetzung nicht nur die Steifigkeit der Vorrichtung erheblich verbessert werden kann, ohne die Baugröße wesentlich zu erhöhen, sondern dass sich mit einer derartigen Vorrichtung auch die Positioniergenauigkeit und damit einhergehend die Wiederhohlgenauigkeit erheblich verbessern lassen. Mit der verbesserten Verdrehsteifigkeit ergibt sich somit auch eine verbesserte dynamische Positioniergenauigkeit. Dabei ist es nicht erforderlich, wenngleich aber auch möglich, die beiden für sich bereits spielfreien Getriebeeinheiten gegeneinander zu verspannen.

Um bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders kompakte Bauverhältnisse zu schaffen, um also eine maximale Drehsteifigkeit des Antriebsstranges bei begrenztem Bauraum realisieren zu können, empfiehlt es sich, wenn der Abtrieb einen drehbar im Gehäuse gelager- 3 AT 505 628 B1 ten Ringkörper umfasst, dem Ausgänge der Getriebeeinheiten bildende Außenringe zugeordnet sind, wobei der Ringkörper vorzugsweise auf dem Gehäuse zugehörigen, gegeneinander vorragenden Achsansätzen drehbar gelagert ist, die zwischen sich die Getriebebaugruppe drehfest aufnehmen. Durch diese baulichen Maßnahmen ergibt sich ein besonders steifes Getriebegehäuse zur Aufnahme der Getriebeeinheiten. Die Getriebeeinheiten sind dabei mit den Außenringen, beispielsweise Zahnrädern oder dgl., antriebsverbunden, über welche Außenringe das Drehmoment aus dem Getriebegehäuse abgeleitet werden kann.

Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse für den Antrieb zu schaffen, ist dem Antrieb vorzugsweise eine zur An- und Abtriebsachse koaxiale Antriebswelle zugehörig, die mit den Eingängen der Getriebeeinheiten antriebsverbunden ist. Dazu kann diese Antriebswelle entweder drehfest mit dem Getriebeeinheiteneingang antriebsverbunden sein, oder aber auch ein Zahnrad oder dgl. aufnehmen, welches mit den Getriebeeinheiten zusammenwirkt.

Eine besonders geringe Baugröße lässt sich dabei wiederum erzielen, wenn die Antriebswelle einen dem Gehäuse zugehörigen Achsansatz durchragt und am anderen Achsansatz frei drehbar gelagert ist. Für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt es sich, wenn die spielfreien Getriebeeinheiten Gleitkeilgetriebe sind, deren Antriebsscheiben drehfest mit dem Antrieb, also der Antriebswelle, verbunden sind, deren verformbare zylindrischen Buchsen, die drehfest am Getriebegehäuse gehaltene Getriebebaugruppe bilden und deren Außenringe den Abtrieb, also den drehbar im Gehäuse gelagerten Ringkörpern zugeordnet sind. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine besonders kompakte Getriebebaueinheit, die mit besonders wenigen Einzelteilen auskommt und dadurch besonders wartungsarm ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung können die spielfreien Getriebeeinheiten Zykloidengetriebe bzw. gegebenenfalls auch umkehrspielfreie Planetengetriebe oder dgl. sein.

Aufgrund der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren hohen Verdrehsteifigkeit bei geringen Baugrößen und der gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserten Positioniergenauigkeit derartiger Vorrichtungen empfiehlt sich die Verwendung einer derartigen Kraftübertragung, insbesondere zum Antreiben rotatorischer Achsen in Werkzeugmaschinen bzw. zum Antreiben rotatorischer Achsen in Robotern oder dgl..

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt und Fig. 2 die Vorrichtung aus Fig. 1 in Stirnansicht.

Eine Vorrichtung zur umkehrspielfreien Kraftübertragung weist einen Antrieb 1, mit einer beliebigen geeigneten Antriebsvorrichtung, beispielsweise einen Servomotor od. dgl., und einen zum Antrieb 1 koaxialen Abtrieb 2 auf, der über ein Stirnzahnrad 3 erfolgt. Zwischen Antrieb 1 und Abtrieb 2 ist eine um die An- und Abtriebsachse 4 drehfest in einem Getriebegehäuse 5 angeordnete, umkehrspielfreie Getriebebaugruppe 6 angeordnet, die zwei spielfreie und parallel geschaltete zueinander und zur An- und Abtriebsachse 4 koaxiale Getriebeeinheiten 7 gleicher Übersetzung aufweist.

Der Abtrieb 2 umfasst einen im Getriebegehäuse 5 drehbar gelagerten Ringkörper 8, dem die Ausgänge der beiden Getriebeeinheiten 7 bildende Außenringe 9 zugeordnet sind. Der Ringkörper 8 besteht aus zwei miteinander verschraubten Teilen 10, die zwischen sich die Außenringe 9 klemmen. Der Ringkörper 8 ist auf dem Getriebegehäuse 5 zugehörigen, gegeneinander vorragenden Achsansätzen 11,12 drehbar gelagert, welche Achsansätze 11, 12 zwischen

Claims (7)

1. 4 AT 505 628 B1 sich, zudem die Getriebebaugruppe 6 drehtest halten. Dem Antrieb 1 gehört eine zur An- und Abtriebsachse 4 koaxiale Antriebswelle 13 zu, die mit den Eingängen der Getriebebaugruppen 6 antriebsverbunden ist, wobei die Antriebswelle 13 den dem Getriebegehäuse 5 zugehörigen Achsansatz 12 durchragt und am anderen Achsansatz 11 über ein Zwischenstück 14 frei dreh-5 bar gelagert ist. Das Gehäuse 5 umfasst neben den Achsansätzen 11 und 12 einen Gehäusemantel 15 und ein Übergangsstück 16 zwischen Gehäusemantel 15 und Achsansatz 11. Damit ist eine zur Funktion notwendige beidseitige Lagerung der Getriebeeinheiten 7 gegeben. Es wird die Durchbiegung von Antriebswelle 13 und Getriebeeinheiten 7 erheblich verringert und das Reaktionsdrehmoment der Getriebeeinheiten 7 vorteilhaft aufgenommen. 10 Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die spielfreien Getriebeeinheiten 7 Gleitkeilgetriebe, oder auch „Harmonie Drive“ genannt, deren Antriebsscheiben 17 drehfest mit dem Antrieb 1, also der Welle 13, verbunden sind, deren verformbare zylindrischen Büchsen („Flex Spline“) 18 die drehfest am Getriebegehäuse 5 angeordnete Getriebebaugruppe 6 bilden. Zu diesem 15 Zweck sind die Büchsen 18 mit den Achsansätzen 11, 12 verschraubt. Des Weiteren sind die Außenringe 9 der Getriebeeinheiten 7 dem Abtrieb 2 zugeordnet, der über das Stirnrad 3 in ein weiteres Zahnrad 20 eingreift. Der Antrieb dieser Vorrichtung erfolgt beispielsweise über einen Servomotor, welcher über die 20 Welle 13, die elliptischen Antriebsscheiben 17 in Bewegung setzt, welche Antriebsscheiben 17 sich über ein entsprechendes ebenfalls elliptisches Lager 21 über die verformbaren und mit einer entsprechenden Außenverzahnung versehenen zylindrischen Buchsen 18 auf den mit der entsprechenden Innenverzahnung höherer Zähnezahl versehenen Außenringen 9 abwälzen. Damit wird der Außenring 9 und somit der Ringkörper 8 mit dem Stirnzahnrad 3 entsprechend 25 dem Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheiten 7 in Drehung versetzt, wobei sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ein umkehrspielfreies Getriebe mit erheblich verbesserter Positioniergenauigkeit ergibt. 30 Patentansprüche: 1. Getriebe zur umkehrspielfreien Kraftübertragung beim Manipulieren von Werkstücken oder Werkzeugen mit zueinander koaxialem An- und Abtrieb und einer dazwischen angeordneten um die An- und Abtriebsachse drehfest in einem Getriebegehäuse angeordneten um-35 kehrspielfreien Getriebebaugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebebaugruppe zwischen An- und Abtrieb (1, 2) wenigstens zwei spielfreie und parallel geschaltete zueinander und zur An- und Abtriebsachse koaxiale Getriebeeinheiten (7) mit gleichen Übersetzungen umfasst.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb (2) einen drehbar im Gehäuse (5) gelagerten Ringkörper (8) umfasst, dem Ausgänge der Getriebeeinheiten (7) bildende Außenringe (9) zugeordnet sind.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (8) auf dem 45 Gehäuse (5) zugehörigen, gegeneinander vorragenden Achsansätzen (11, 12) drehbar ge lagert ist, die zwischen sich die Getriebeeinheiten (7) drehfest aufnehmen.
4. 4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb (I) eine zur An- und Abtriebsachse (4) koaxiale Antriebswelle (1) zugehört, die mit den 50 Eingängen der Getriebeeinheiten (7) antriebsverbunden ist.
5. 5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) einen dem Gehäuse (5) zugehörigen Achsansatz (12) durchragt und am anderen Achsansatz (II) frei drehbar gelagert ist. 55 5 AT 505 628 B1
6. 6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die spielfreien Getriebeeinheiten (7) Gleitkeilgetriebe sind, deren Antriebsscheiben (17) drehtest mit dem Antrieb (1) verbunden sind, deren verformbare zylindrischen Buchsen (18) die drehfest am Getriebegehäuse (5) gehaltenen Getriebebaugruppe (6) bilden und deren Außenringe (9) 5 dem Abtrieb (2) zugeordnet sind.
7. 7. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spielfreien Getriebeeinheiten (7) Zykloidengetriebe sind. io 8. Verwendung eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Antreiben rotatorischer Achsen in Werkzeugmaschinen und/oder Robotern. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55