DD285814A5 - Wellgetriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe, das mit einem hohen UEbersetzungsverhaeltnis Drehmoment und Drehzahl eines Antriebsmotors wandelt und somit Drehbewegungen realisiert, wie sie die Bewegungsablaeufe, die beispielsweise von in technologischen Prozessen eingesetzten Arbeitsmechanismen wie Industrieroboter u. ae. vorgegeben werden, erfordern. Das Wellgetriebe besteht aus einem elastischen und einem starren Rad, wobei das elastische Rad durch einen rotierenden Wellgenerator mit seiner Laufflaeche zonenweise mit der Laufflaeche des starren Rades in Wirkverbindung gebracht wird. Zur Reduzierung des Herstellungsaufwandes sowie zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Wellgetriebes besitzt die Laufflaeche des elastischen Rades (2) oder des starren Rades (1) eine zahnaehnliche Profilierung * Auf die jeweils nicht profilierte Laufflaeche ist eine Schicht (3) aus einem elastischen Werkstoff fest aufgebracht. Fig. 2{Wellgetriebe; Drehmoment; Drehzahl; Rad, elastisch; Rad, starr; Wellgenerator; Profilierung, zahnaehnlich; Schicht, elastisch}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe, das mit einem hohen Übersetzungsverhältnis Drehmoment und Drehzahl eines Antriebsmotors wandelt und somit Drehbewegungen realisiert, wie sie die Bewegungsabläufe, die beispielsweise von in technologischen Prozessen abgesetzten Arbeitsmechanismen wie Industrieroboter u.a. vorgegeben werden, erfordern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Wellgetriebe bestehen aus einem starren Rad, einem elastischen Rad und einem Wellgenerator, wobei je nach Anwendungsfall eines der Räder als Antriebs- oder Abtriebselement und das andere als festgehaltener Teil angeordnet ist. Die Kraftübertragung für die Rotationsbewegung erfolgt durch eine vom Wellgenerator hervorgerufene umlaufende Verformung des elastischen Rades. Bei bekannten Ausführungen von Wellgetrieben besitzen elastisches und starres Rad entweder eine Verzahnung mit geringem Zähnezahlunterschied oder bei Wellgetrieben auf Reibradbasis einen geringfügig unterschiedlichen Umfang. Durch die vom Wellgenerator erzeugte Verformung des elastischen Rades gelangt dieses mit dem starren Rad in einer oder mehreren Zonen in Eingriff. Auf Grund des Teilkreis- bzw! Reibkreisunterschiedes bewegen sich bei rotierendem Wellgenerator elastisches und starres Rad relativ zueinander. Die Relativbewegung von Punkten des elastischen Rades zum starren Rad erfolgt auf hypozykloidenähnlichen Bahnkurven, die durch die Überlagerung von Dreh- und VerformungsL owegung entstehen. Im praktischen Einsatz der beiden o.g. konstruktiven Ausführungen hat sich gezeigt, daß bereits geringe Maß-, Form- und Lageabweichungen d°r Getriebeelemente Störungen bei der Übertragung des Drehmomentes bzw. der Drehzahl hervorrufen können. Bei verzahnte,.. elastischem bzw. starrem Rad verursachen bereits geringe Fertigungsungenauigkeiten Zahneingriffsstörungen, die über einen erhöhten Zahnverschleiß bis zu Torsionsschwingungen am Antriebselement führen können. Um solche Störungen zu vermeiden, wird zur Einhaltung der erforderlichen engen Toleranzen ein extrem hoher Fertigungsaufwand betrieben. Dadurch sind Wellgetriebe mit verzahnten Getriebeteilen sehr teuer und werden demzufolge nur in eingeschränktem Maße angewendet.

Deutlich weniger fertigungsaufwendig und damit billiger sind Wellgetriebe, die auf kraftschlüssiger Übertragung basieren. Hier haben sich allerdings einige funktionstechnisch bedingte Nachteile gezeigt. Zunächst ist ein ständiges Nachstellen der Reibkraft erforderlich, um den Schlupf zwischen elastischem und starrem Rad so gering wie möglich zu halten. Nachstelleinrichtungen sind beispielsweise aus der SU-PS 312094 bekannt. Trotz der Nachstellung der Normalkraft zur Gewährleistung der Umfangskräfte ändern sich auf Grund der Laufwärme die Reibwerte und damit das Übersetzungsverhältnis, so daß Schlupf nicht vollständig vermieden werden kann. Das Abtriebsmoment ist demzufolge eine Funktion der Temperatur und muß stets im Vergleich zur Motordrehzahl gemessen und erforderlichenfalls über die Nachstelleinrichtung oder die Änderung der Motordrehzahl korrigiert werden. Das wiederum erfordert ein aufwendiges Steuerungssystem.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Wellgetriebe, dessen Herstellungsaufwand den der auf Kraftschluß basierenden Wellgetriebe nicht wesentlich übersteigt und dabei annähernd die gleiche Funktionstüchtigkeit erreicht wie auf Formschluß basierende Wellgetriebe.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabs zugrunde, ein Wellgetriebe zu entwickeln, dessen sich relativ zueinander bewegende Räder zur torsionsschwing'ingsfreien Übertragung von Drehzahl und Drehmoment keine engen Toleranzen erfordern. Ferner sollen Leistungsverluste ohne Nachstelleinrichtung und zusätzliche Steuersysteme vermieder, werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lauffläche eines der beiden sich relativ zueinander bewegenden Räder profiliert ist und auf die andere, nichtprofilierte, mit dem profilierten Rad in Wirkverbindung gelangende Lauffläche eine Schicht aus einem elastischen Werkstoff fest aufgebracht ist.

Wegen der günstigeren Herstellbarkeit wird das elastische Rad an seinem Außenmantel mit der Profilierung versehen werden und da? starre Rad an seinem innenmantel die elastische Schicht tragen.

Der Wellgenerator erzeugt in bekannter Weise Eingriffszonen zwischen dem elastischen und dem starren Rad. Die radiale Deformation des elastischen Rades durch den Wellgenerator wird so dimensioniert, daß in der elastischen Schicht auf Grund der Bahnkurven von Punkten des Profiles des jeweils profilierten Rades ein reversibles Gegenprofil als Hüllkurve entsteht. Im Gegensatz zu bisher üblichen Zahnpaarungen wird damit in der Kontaktzonc der Räder ein dem Bewegungsablauf optimal angepaßtes, ständig neu entstehendes Profilpaar erzeugt.

Durch die Ausbildung des reversiblen Gegenprofils als Hüllkurve erfolgt die Relativbewegung beider Räder ohne Interferenzgefahr bei einem maximalen Flankenkontakt über der gesamten nutzbaren Profilhöhe innerhalb der Eingriffszone. Infolge des reversiblen, umlaufenden Formschlusses, durch den Schlupf weitestgehend vermieden w'rd, steigt das übertragbare Drehmoment gegenüber vergleichbaren Reibradwellgetrieben wesentlich an. Nachstelleinrichtungen entfallen, das Masse-Leistung-Verhältnis verbessert sich.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung der elastischen Schicht besteht darin, daß Form-, Maß- und Lageabweichungen der Teile sich in der Hüllkurve automatisch abbilden, so daß die bekannten Schwingungserscheinungen auf Grund von Eingriffsstörungen abgebaut werden. Das bedeutet, daß bei der Herstellung der Profilieruno kein besonderer technologischer Aufwand erforderlich ist. Geeignet sind alle bekannten zahnähnlichen Profilierungen, wie Rändelungen, Kordelungen und dergleichen. Das neue Wellgetriebe erfordert somit keinen wesentlich höheren Herstellungsaufwand als Wellgetriebe auf der Basis einer kraftschlüssigen Übertragung und gewährleistet ähnlich gute Laufeigenschaften, wie Wellgetriebe mit verzahnten Getriebeteilen.

Ausführungsbelsplel Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wellgetriebeeinbausatz als Prinzipskizze und Fig. 2: einen Schnitt A-A durch das Wellgetriebe.

Wie aus den Figuren 1 und 2 erkennbar, besteht im vorliegenden Beispiel der Wellgetriobeeinbausatz aus einem hohlen starren Rad 1, das ein elastisches Rad 2 umfaßt. An der offenon Seite des starren Rades 1 ist an seinem Innenmantel eine kreisringförmige Schicht 3 aus einem Polymerwerkstoff angebracht. Das elastische Rad 2 ist topfförmiog ausgeoildet und besitzt an seiner offenen Seite auf seinem Außenmantel eine zahnartige Profilierung 4. Ein Wellgenerator 5, der das elastische Rad 2 ellipsenförmig verformt, erzeugt so zwei Eingriffszonen 6, wobei innerhalb dieser Eingriffszonen 6 die zahnartige Profilierung 4 des elastischen Rades 2 in die elastische kreisrrngförmige Schicht 3 des starren Rades 1 eingedrückt ist. Der Wellgenerator 5 ist über eine Nabe 7 antreibbar. Das übertragene Drehmoment ist am Flansch 8 des elastischen Rades 2 abnehmbar.

Claims (2)

1. Wellgetriebe, bestehend aus einem elastischen und einem starren Rad, wobei das elastische Rad durch einen rotierenden Wellgenerator mit seiner Lauffläche zonenweise mit der Lauffläche des starren Rades in Wit kverbindung gebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Lauffläche des elastischen Rades (2) oder des starren Rades (1) einezahnänliche Profilierung (4) besitzt und auf die jeweils nicht profilierte Lauffläche eine Schicht (3) aus einem elastischen Werkstoff fest aufgebracht ist.

2. Wellgetriebe nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die zahnähnliche Profilierung (4) eine Rändelung oder Kordelung ist.