DE10027539C2

DE10027539C2 - The wave gear

Info

Publication number: DE10027539C2
Application number: DE2000127539
Authority: DE
Inventors: Frank Poehlau
Original assignee: Oechsler AG
Current assignee: Harmonic Drive Polymer GmbH
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: DE10027539A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe und einen Triebkern dafür, gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen Hauptanspruches.The invention relates to a wave gear and a drive core therefor, according to the preamble of the respective main claim.

Die Funktion eines - auch als Harmonic Drive oder als Ringband-Getriebe bekannten - Wellgetriebes als sehr stark untersetzendem, selbsthemmendem System mit zur Antriebs welle koaxialer Abtriebswelle beruht darauf; daß ein rotierender sogenannter Well-Genera tor einen auch als Flexband bezeichneten Innenrad-Reifen umlaufend radial verformt und dadurch dessen Außenmantelfläche umlaufend lokal nach außen gegen die hohlzylindri sche Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines stationären, formstabilen Stützrings andrückt. Infolgedessen wälzt sich das Innenrad selbst oder sein darauf verdreh bar gelagerter Radreifen kraftschlüssig über Reibflächen oder formschlüssig über Verzah nungen im Stützring ab, wobei das Rad bzw. sein Reifen sich nach Maßgabe der Umfangs differenz langsamer als der motorisch angetriebene Triebkern des Wellgenerators dreht. Diese gegenüber dem Antrieb stark verlangsamte Drehbewegung wird vorzugsweise über die Außenverzahnung des Radreifens auf die Innenverzahnung eines weiteren hohlzylin drischen Außenringes, des zum Stützring axial versetzt konzentrischen aber nicht stationä ren Abtriebsringes übertragen. Der Antrieb des Well-Generators erfolgt üblicherweise über einen koaxial angeflanschten hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor, dessen Rotation so in eine sehr viel langsamere Drehbewegung entsprechend größeren Drehmo mentes untersetzt wird. Einsatz findet eine solche Motor-Getriebe-Kombination insbeson dere bei elektromechanischen Verstelleinrichtungen im Kraftfahrzeug. The function of a - also known as a harmonic drive or a ring belt gear - Corrugated gear as a very strongly reducing, self-locking system with the drive shaft coaxial output shaft is based on it; that a rotating so-called Well-Genera Tor an inner wheel tire also referred to as a flex band is radially deformed all round and as a result, the outer circumferential surface running locally outwards against the hollow cylinders inner surface of slightly larger circumference of a stationary, dimensionally stable Support ring presses. As a result, the inner wheel rolls itself or twists on it Bar-mounted wheel tires with friction locking over friction surfaces or positive locking with teeth openings in the support ring, the wheel or its tire depending on the circumference difference rotates slower than the motor-driven drive core of the wave generator. This rotational movement, which is greatly slowed down in relation to the drive, is preferably carried out via the outer toothing of the wheel tire on the inner toothing of another hollow cylinder outer ring, concentrically offset to the support ring but not stationary ren output ring. The well generator is usually driven by a coaxially flanged high-speed low-voltage DC motor, the Rotation in a much slower rotary motion corresponding to larger torque mentes is stepped down. Such a motor-gear combination is used in particular the electromechanical adjustment devices in the motor vehicle.

Bei den vom insoweit gattungsbildenden Deutschen Gebrauchsmuster 296 14 738 be kannten und in dem Beitrag "Genial einfach" von H. Hirn (KEM Antriebstechnik Heft 11/1996) näher beschriebenen Ausführungsformen solcher Wellgetriebe wird als Wellge nerator ein unrunder (im Axial-Querschnitt etwa dreieckförmiger oder bevorzugt ovaler) Triebkern konzentrisch in der Nabe des radial verformbaren Innenrades gedreht. Als radial orientierte Stößel wirkende, formstabile Speichen zwischen der vom Triebkern radial ver formten Nabe und dem ebenfalls radial verformbaren, außen verzahnten Reifen dieses In nenrades bewirken, daß die Außenverzahnung entsprechend ihrer umlaufenden radialen Verformung jeweils nur über darin abwälzende begrenzte Bogenstücke mit der Innenver zahnung des Stützringes in Eingriff gerät. Die umlaufend radial verlagerbare Außenver zahnung kann unmittelbar an den Köpfen von T-förmigen Stößeln oder aber an einem über diese Köpfe umlaufenden Reifen (dem Flexband) ausgebildet sein; wobei in letzterem Falle das Innenrad auch stillstehen und dann sogar als bloßer Führungskäfig für darin vom Wellgenerator umlaufend radial verschiebbare Stößel ausgebildet sein kann.In the case of the German utility model 296 14 738 knew and in the article "Genial einfach" by H. Hirn (KEM Antriebstechnik Heft 11/1996) described embodiments of such wave gear is called Wellge nerator a non-round (in the axial cross-section approximately triangular or preferably oval) Drive core rotated concentrically in the hub of the radially deformable inner wheel. As radial Oriented tappet, dimensionally stable spokes between the radial ver from the drive core shaped hub and the also radially deformable, externally toothed tire of this In nenrades cause the external teeth according to their circumferential radial Deformation in each case only over limited arc pieces rolling in it with the inner ver teeth of the support ring engages. The circumferentially radially displaceable external Teeth can be directly on the heads of T-shaped tappets or on an over these heads circumferential tires (the flex band) be formed; being in the latter Fall the inner wheel also stand still and then even as a mere guide cage for the inside Corrugated generator can be formed circumferentially radially displaceable plunger.

Auch aus der DE 196 50 716 C1 ist ein Exzentergetriebe mit um seine Achse rotierendem Triebkern aus Kunststoff bekannt, dessen unrunder Querschnitt zu koaxialem Abwälzen des Radreifens eines ihn umgebenden, umlaufend radial verformbaren Kunststoff-Innenrades in nerhalb eines formstabilen Stützrades etwas größeren Durchmessers führt, so daß in der In nenradnabe zusätzlich zur ständig umlaufenden Verformungsarbeit auch noch die auf Rei bung beanspruchte Paarung der Kunststoffflächen zu kritischer Erwärmung beiträgt.From DE 196 50 716 C1 is also an eccentric gear with rotating around its axis Drive core made of plastic known, the non-circular cross-section for coaxial rolling of the Tire of a surrounding, radially deformable plastic inner wheel in leads within a dimensionally stable support wheel slightly larger diameter, so that in the In inner wheel hub in addition to the constantly rotating deformation work also the one on Rei stressed pairing of the plastic surfaces contributes to critical warming.

In unserer Patentanmeldung gemäß der nachveröffentlichten DE 100 12 601 A1 "Wellgetriebe und Innenrad für ein solches Getriebe", auf die hier zur Ergänzung vorliegender Offenbarung voll-inhaltlich Bezug ge nommen wird, ist an Beispielen veranschaulicht, daß das jeweils innere, wärmeformbe ständig ausgelegte Stirnende der Stößel-Schäfte mit einem Gleitschuh ausgestattet oder wenigstens gleitfest beschichtet sein sollte, um die wärmeerzeugende Reibung zwischen der Paarung der relativ zueinander rotierenden Mantelflächen von einerseits dem Wellge nerator-Triebkern und andererseits der Innenrad-Nabe oder der Folge von Stößel-Füßen zu verringern.In our patent application according to the subsequently published DE 100 12 601 A1 "wave gear and internal gear for such a Gearbox ", to which reference is made here in terms of content to supplement the present disclosure is taken is illustrated by examples that the inner, thermoforming constantly designed front end of the tappet shafts equipped with a slide shoe or should at least be coated to prevent heat-generating friction between the pairing of the mutually rotating lateral surfaces of the corrugation on the one hand nerator drive core and on the other hand the inner wheel hub or the sequence of tappet feet reduce.

Aus der zitierten gattungsbildenden Publikation vorbekannt ist es diesbezüglich, ein Gleit lager in Form einer metallenen Manschette verdrehbar auf dem Triebkern einzufügen, die sich unter dem Einfluß des darin drehenden exzentrischen Triebkernes ebenfalls umlaufend unrund verformt. Diese separat zwischengefügte Gleitlagerung ist zwar insofern vorteil haft, als sie die Relativdrehung zwischen Triebkern und Innenrad auf zwei Stufen verteilt und die Paarung Metall ./. Kunststoff ohnehin günstigere Reibungseigenschaften als Kunststoff auf Kunststoff aufweist. Aber die dünne metallene Manschette muß gesondert beigestellt werden, was die Großserienfertigung spürbar verteuert; und durch die hohe thermische Beanspruchung bei beständiger mechanischer Wechselbeanspruchung werden sehr hohe Anforderungen an die Standfestigkeit der Manschette gestellt, weil ihr Bruch das Wellgetriebe blockieren, also unter Last ohne Vorwarnung schlagartig zerstören würde.In this regard, it is known from the cited generic publication, a glide insert in the form of a metal sleeve rotatable on the drive core, the also revolving under the influence of the eccentric drive core rotating in it deformed out of round. This separately interposed plain bearing is advantageous in this respect when she divided the relative rotation between the drive core and the inner wheel into two stages and the pairing metal ./. Plastic has more favorable friction properties than Has plastic on plastic. But the thin metal cuff must be separate be provided, which makes the large-scale production noticeably more expensive; and by the high thermal stress with constant mechanical alternating stress very high demands are placed on the stability of the cuff because its breakage Block wave gearboxes, i.e. they would suddenly destroy under load without warning.

Der Erfindung liegt deshalb die technische Problemstellung zugrunde, unter Beibehaltung seiner apparativen und anwendungsorientierten Vorteile das vorbekannte Wellgetriebe dahingehend weiterzuentwickeln, daß nicht auf die Vorteile der allgemein günstigeren Reibungsverhältnisse von Kunststoff gegenüber Metall zwecks Verringerung der Rei bungsverluste und damit auch der verlustbedingten Erwärmung innerhalb des kleinbauend hermetisch kapselbaren Wellgetriebes verzichtet werden muß, aber dieses dennoch weiter hin in bewährter Weise praktisch vollständig im Kunststoff-Spritzguß und insbesondere ohne Einfügen loser Metallteile im Bereiche des Wellgenerators erstellt werden kann.The invention is therefore based on the technical problem, while maintaining the well-known wave gear with its apparatus and application-oriented advantages to develop in such a way that not on the advantages of generally cheaper Friction between plastic and metal to reduce friction Exercise losses and thus the loss-related warming within the small building hermetically encapsulated wave gear must be dispensed with, but this continues down in a proven manner practically completely in plastic injection molding and in particular can be created in the area of the wave generator without inserting loose metal parts.

Die in den Hauptansprüchen hierzu gekennzeichnete Lösung besteht im wesentlichen dar in, einen weiterhin im Kunststoff-Spritzguß erstellten unrunden Triebkern in seinem die Innenrad-Nabe durchsetzenden Axialabschnitt dadurch starr, insbesondere drehfest mit einem reibgünstigen Metallmantel auszustatten, daß eine mit unrundem, insbesondere mit wenigstens teilweise ovalem Querschnitt ausgeformte Metallhülse mit Polymer ausge spritzt wird, das sich zu Lager- und Anschlußwellenstümpfen beiderseits aus der Hülse heraus erstrecken kann. Damit entfallen jegliche kostspielige Dreh-, Präs- oder Schmiede arbeiten an einem etwaigen Metallrohling als Triebkern ebenso wie das vorbekannte lose Aufziehen einer metallenen Manschette zum Bereitstellen einer metallenen Gleitfläche bei einem Kunststoff-Triebkern. Vielmehr erbringt diese erfindungsgemäße Lösung bei hoher Toleranzgenauigkeit und thermisch-mechanischer Belastbarkeit die wünschenswerte me tallene Gleitfläche unter Beibehalten der Vorteile der im Spritzformguß einfach anpaßba ren Anschlußgeometrien an den als Lagerzapfen dienenden Stirnenden der aus der Metall hülse axial hervorragenden Wellenstümpfe des Triebkernes.The solution characterized in the main claims consists essentially of in, a non-circular drive core made in plastic injection molding in its die Axial section passing through the inner wheel hub is therefore rigid, in particular rotationally fixed equip a low-friction metal jacket that one with non-circular, in particular with at least partially oval cross-section molded metal sleeve with polymer is injected, the bearing and connecting shaft stumps on both sides of the sleeve can extend out. This eliminates any costly turning, forging or forging work on any metal blank as the drive core as well as the previously known loose Pulling on a metal sleeve to provide a metal sliding surface a plastic drive core. Rather, this solution according to the invention yields high Tolerance accuracy and thermal-mechanical resilience are the desirable me tallene sliding surface while maintaining the advantages of easily adaptable in injection molding ren connection geometries on the front ends serving as bearing pins made of metal sleeve axially excellent stub shafts of the drive core.

Die jedenfalls bereichsweise im Querschnitt unrunde, etwa ovale Hülse kann rohrförmig mit über ihre Länge gleichbleibendem Umfang gezogen werden, sie kann aber auch etwa ein tiefgezogener Topf mit vorzugsweise gelochtem Boden zum Durchtritt des Polymer sein, der jenseits des Topf-Bodens als zylindrischer Lagerwellenstumpf ausgebildet ist. Insbesondere läßt sich im Tiefziehverfahren vorteilhafterweise eine Hülse gestalten, die sich - im Anschluß an ihren unrunden Bereich für den Antrieb des Stößelrades - verjüngt und dann direkt in einen längs seiner Mantelfläche metallisch hohlzylindrischen Lagerzap fen übergeht. Dieser dünnere, zylindrische Teil der im übrigen unrunden Hülse kann dann als Innenring eines Wälzlagers dienen, aber auch einfach als Welle eines Gleitlagers, da die Reibpaarung des Lagerbockes aus Kunststoff mit dem metallenen Reibpartner des Wellenstumpfes wie schon erwähnt günstiger ist, als ein Gleitlager mit zwei Gleitpartnern aus Kunststoff. Von Vorteil ist der ununterbrochene metallische Übergang vom unrunden Bereich zum ebenfalls metallischen, zylindrischen Lagerwellenstumpf auch deshalb, weil dann hierüber eine wünschenswerte Abfuhr der Verlustwärme aus dem Inneren des Getrie begehäuses an die Lagerstelle in der Gehäusestirn, also nach außen erfolgt.The oval cross-section, which is non-circular in some areas, can be tubular be drawn with a constant circumference over its length, but it can also be about a deep-drawn pot with a preferably perforated bottom for the passage of the polymer be, which is formed beyond the bottom of the pot as a cylindrical stub shaft. In particular, a sleeve can advantageously be designed in the deep-drawing process, which tapered - following their non-circular area for driving the tappet wheel and then directly into a hollow cylindrical bearing pin along its lateral surface fen passes over. This thinner, cylindrical part of the otherwise non-circular sleeve can then serve as the inner ring of a rolling bearing, but also simply as a shaft of a plain bearing, because the friction pairing of the plastic bearing block with the metal friction partner of the As already mentioned, a shaft end is cheaper than a plain bearing with two sliding partners made of plastic. The uninterrupted metallic transition from the non-circular is an advantage Area to the metallic, cylindrical bearing stub also because then a desirable dissipation of the heat loss from the interior of the transmission begehäuses to the bearing in the housing front, that is to the outside.

Bezüglich sonstiger Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen wird außer auf die weiteren Ansprüche auch auf nachstehende Beschreibung von in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Funktionswesentliche skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispielen für unrunde Triebkerne mit erfindungsgemäß integralen Metallhülsen verwiesen. In der Zeichnung zeigtWith regard to other advantages, features and further training, except for the others Claims also to the following description of the drawing with limitation preferred implementation examples for non-circular ones sketched on the essentials of the function Drive cores with integral metal sleeves according to the invention. In the drawing shows

Fig. 1 einen Triebkern mit nichtmetallischen Wellenstümpfen in schräger Ansicht, Fig. 1 shows a drive core with non-metallic stub shafts in an oblique view,

Fig. 2 in abgebrochener Darstellung den Triebkern aus Fig. 1 in Stirnansicht, die Nabe des Innenrades eines Wellgetriebes durchgreifend, und Fig. 2 in broken representation of the drive core of Fig. 1 in front view, the hub of the inner wheel of a wave gear, and

Fig. 3 eine Welle mit tiefgezogener Metallhülse für den unrunden Triebkern und für einen sich einseitig anschließenden, im Querschnitt runden Wellenstumpf. Fig. 3 shows a shaft with a deep-drawn metal sleeve for the non-circular drive core and for an adjoining shaft end with a round cross section.

Wie in den einleitend behandelten Veröffentlichungen näher dargestellt, wird bei einem Wellgetriebe das radial verformbare Innenrad 10 (Fig. 2) im formstabil hohlzylindrischen Stützring (hier nicht dargestellt) koaxial vom rotierenden unrunden Triebkern 11 des soge nannten Wellgenerators durchgriffen.As shown in the publications discussed in the introduction, the radially deformable inner wheel 10 ( FIG. 2) in the dimensionally stable hollow cylindrical support ring (not shown here) is coaxially penetrated by the rotating, non-circular drive core 11 of the so-called wave generator in a wave gear.

Dieser Triebkern 11 ist nun erfindungsgemäß jedenfalls in seinem unrund die Nabe des Innenrades 10 durchsetzenden Axialabschnitt, der vorzugsweise im Axial-Querschnitt oval ist, drehfest mit einer rohrartigen Metallhülse 12 von entsprechend ovalem Außenquer schnitt ausgestattet. Bei der Hülse 12 kann es sich um ein rohrförmig offenes Gebilde han deln; aber auch um ein einseitig geschlossenes topfförmiges Gebilde, dessen Boden zweckmäßigerweise mehrfach durchbrochen ist, damit die Kunststoffüllung der Hülse 12 sich jenseits ihren Endes im Querschnitt großflächig, einstückig durch den Boden hindurch zur Ausbildung des jenseits sich anschließenden zylindrischen Lagerzapfens fortsetzen kann.This drive core 11 is now according to the invention in its out of round the hub of the inner wheel 10 penetrating axial section, which is preferably oval in axial cross-section, rotatably equipped with a tubular metal sleeve 12 of a correspondingly oval outer cross-section. The sleeve 12 may be a tubular open structure; but also around a pot-shaped structure closed on one side, the bottom of which is expediently repeatedly perforated, so that the plastic filling of the sleeve 12 can continue over its end in cross-section over a large area, in one piece through the bottom to form the cylindrical bearing journal that adjoins it.

So ist außerhalb der dafür massiv mit Kunststoff ausgespritzten nicht hohlzylindrischen sondern unrunden Metallhülse 12 die Kunststoffwelle des Triebkernes 11 gemäß Fig. 1 auf der einen Seite zu einem zylindrischen Lagerzapfen 13 verjüngt, der z. B. verdrehbar in die Nabe des Abtriebsringes (nicht gezeichnet) eingreift, und axial gegenüber zu einem weite ren zylindrischen Lagerzapfen 14, der dann ein stirnseitiges Lagerschild (nicht gezeichnet) des Wellgetriebes durchgreift. Dieser antriebsseitige Lagerzapfen 14 endet jenseits des Lagerschildes in einem Anschlußprofil 15 für den formschlüssig drehfesten Eingriff in eine buchsenartige Stirnöffnung in der oder in eine Kupplungshülse auf der Welle des hier an das Getriebe angeflanschten Antriebsmotors (nicht gezeichnet).So outside of the solid plastic, not hollow-cylindrical but non-circular metal sleeve 12, the plastic shaft of the drive core 11 according to FIG. 1 tapers on one side to form a cylindrical bearing journal 13 , which, for. B. rotatably engages in the hub of the output ring (not shown), and axially opposite to a wide ren cylindrical bearing pin 14 , which then passes through an end-face end plate (not shown) of the wave gear. This drive-side bearing journal 14 ends on the other side of the end shield in a connection profile 15 for the positive, rotationally fixed engagement in a bush-like end opening in or in a coupling sleeve on the shaft of the drive motor flanged onto the transmission (not shown).

Die mindestens über den Axialbereich des Wellgenerators hinweg unrunde Metallhülse 12 muß nicht gemäß Fig. 1 über ihre gesamte Länge als (unrundes) Rohr, also mit gleichblei bendem Querschnitt ausgebildet sein. Im Beispielsfalle der Fig. 3 ist sie in der Weise tief gezogen, daß sich an den unrunden Triebkern axial nach einem Übergangsprofil 16 ein metallischer, hohlzylindrischer Lagerzapfen 13 anschließt. Dieses Hülse 12 wird wieder ganz mit Kunststoff ausgespritzt. Der zylindrische Teil der Mantelfläche 17 kann unmittel bar als Innenring eines Wälzlagers dienen, oder als rotierender metallischer Reibpartner eines Gleitlagers mit Kunststoff-Lagerschale. Axial gegenüber ragt die Kunststoff = Füllung wieder wie bei Fig. 1 aus der hier offenen Hülse 12 koaxial heraus, um damit dort den zweiten Lagerzapfen 14 ausformen zu können.The at least over the axial region of the wave generator out of round metal sleeve 12 need not be designed according to FIG. 1 over its entire length as a (non-circular) tube, ie with a constant cross-section. In the example of FIG. 3, it is deeply drawn in such a way that a metallic, hollow cylindrical bearing journal 13 adjoins the non-circular drive core axially after a transition profile 16 . This sleeve 12 is again completely sprayed with plastic. The cylindrical part of the lateral surface 17 can serve as an inner ring of a rolling bearing, or as a rotating metallic friction partner of a plain bearing with a plastic bearing shell. Axially opposite, the plastic = filling protrudes coaxially out of the open sleeve 12 , as in FIG. 1, in order to be able to form the second bearing pin 14 there.

So läßt sich erfindungsgemäß durch drehfestes Einspritzen des Triebkernes 11 in eine oval gezogene Metallhülse 12, die in einen Hohlzylinder übergehen kann, praktisch ohne appa rativen Zusatzaufwand oder Vergrößerung der Baumaße ein Wellgetriebe preiswert, tole ranzgenau und funktionszuverlässig mit einer reibungsgünstigen Materialpaarung im Be reich der Kunststoffnabe des Wellgenerators und im Bereich eines Wellenlagers ausstatten.Thus, according to the invention, a non-rotatable injection of the drive core 11 into an oval-shaped metal sleeve 12 , which can pass into a hollow cylinder, practically without additional equipment or enlargement of the dimensions, a wave gear is inexpensive, tolerant in terms of tolerances, and is functionally reliable with a low-friction material pairing in the area of the plastic hub of the shaft generator and in the area of a shaft bearing.

Claims

1. wave gear with a rotating about its axis drive core ( 11 ), the non-circular cross-section leads to coaxial rolling of the wheel tire surrounding it, circumferentially ra dial deformable, in particular spoke wheel-shaped inner wheel ( 10 ) in a dimensionally stable support ring of somewhat larger diameter, characterized in that that in the axial region of the inner wheel ( 10 ) of the plastic drive core ( 11 ) is injected into a non-circular metal sleeve ( 12 ).

2. Wave gear according to claim 1, characterized in that its drive core ( 11 ) ends in half of the non-circular metal sleeve ( 12 ) in cylindrical bearing journals ( 13 , 14 ).

3. wave gear according to one of the preceding claims, characterized in that an out-of-round metal sleeve ( 12 ) in the metal lateral surface ( 17 ) of a cylindrical La gerzapfens ( 13 ).

4. wave gear according to the preceding claim, characterized in that the me tallene lateral surface ( 17 ) serving as a heat conductor extends through the associated bearing.

5. Corrugated gear according to one of the preceding claims, characterized in that a connecting profile ( 15 ) for the shaft of a drive motor connects to a drive-side bearing journal ( 14 ) of its drive core ( 11 ).