-
Die
Erfindung betrifft ein Gleitkeilgetriebe, das eine elliptische Antriebsscheibe
als Antrieb aufweist, wobei die elliptische Antriebsscheibe konzentrisch
in einem flexiblen und eine Außenverzahnung aufweisenden
Untersetzungsring angeordnet ist, wobei weiterhin der flexible Untersetzungsring
in einem eine Innenverzahnung aufweisende Außenrad konzentrisch angeordnet
ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des
Patentanspruches 1.
-
Ein
solches Gleitkeilgetriebe, auch Spannungswellengetriebe oder Harmonic
Drive genannt, ist im Internet unter http://de.wikipedia.org/wiki/harmonicdrive bekannt.
Es handelt sich um ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement,
das sich durch eine hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet.
Dabei besteht das Gleitkeilgetriebe aus drei Elementen: Einer elliptischen
Antriebsscheibe, einem verformbaren zylindrischen Untersetzungsring,
der im Stand der Technik als Antrieb dient. Weiterhin ist ein starres
zylindrisches Außenrad vorhanden, wobei eine Außenverzahnung
des Untersetzungsrings weniger Zähne aufweist, als die
Innenverzahnung des Außenrades.
-
Die
Funktionsweise eines solchen Keilgetriebes ist im Stand der Technik
beschrieben und wird im Folgenden als bekannt vorausgesetzt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein solches Keilgetriebe
für bestimmte Anwendungen, insbesondere für eine
Anwendung mit Sensoren, vorzugsweise zur Erfassung von rotatorischen Bewegungen
eines Messobjektes, anzuwenden und zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass bei einem Antrieb der Antriebsscheibe (ebenso wie
bei dem Gleitkeilgetriebe im Stand der Technik) der Abtrieb über
das Außenrad erfolgt (im Gegensatz zum Gleitkeilgetriebe
des Standes der Technik, wo der Abtrieb über den Untersetzungsring
erfolgt), wobei weiterhin der Untersetzungsring feststehend ausgebildet
und angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Untersetzungsring nicht
relativ bewegbar ist zu der Antriebsscheibe bzw. zu dem Außenrad
und er somit die Bewegungsübertragung und im Zusammenspiel
mit der Außenverzahnung des Untersetzungsrings und der
Innenverzahnung des Außenrades die Untersetzung zwischen
Antriebsseite und Abtriebsseite des Gleitkeilgetriebes übernimmt.
Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass das bekannte Wirkungsprinzip und
nahezu der gesamte Aufbau des bekannten Gleitkeilgetriebes beibehalten
werden kann, wobei es jetzt zur Anwendung des Gleitkeilgetriebes
im Zusammenhang mit Sensoren konstruktiv wesentlich einfacher ist,
das auf der Abtriebsseite bewegbare Außenrad mit einem
Sensor zu verbinden oder als Bestandteil des Sensors auszubilden.
Denn hierzu ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
das Außenrad mit einer Sensoranordnung zusammenwirkt oder
alternativ als ein Bestandteil einer Sensoranordnung ausgebildet
ist, wobei ein Messobjekt, dessen rotatorische Bewegung mit der
Sensoranordnung erfasst werden soll, mit der Antriebsscheibe verbunden
ist. Das bedeutet, dass eine rotatorische Bewegung des Messobjekts
untersetzt über das Gleitkeilgetriebe auf das Außenrad übertragen
wird, so dass dort auf Grund der rotatorischen Bewegung des Außenrades
die rotatorische Bewegung des Messobjekts mit einer sehr hohen Auflösung
auf Grund der Untersetzung durch das Gleitkeilgetriebe erfasst werden
kann. Dabei muss es sich nicht zwangsweise um eine rotatorische
Bewegung des Messobjekts handeln, denn es ist denkbar, dass eine andere
als rotatorische Bewegung des Messobjekts vorher in eine rotatorische
Bewegung mit mechanischen Mitteln umgesetzt wird. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Gleitkeilgetriebes ist darin
zu sehen, dass der Getriebeaufbau selbsthemmend und spielfrei ist,
so dass sich auf Grund der Übertragung der rotatorischen
Bewegung auf die Sensoranordnung keine Messverfälschungen
auf Grund eines Spiels im Getriebe ergeben können, genauso
wenig werden Bewegungen des Messobjekts auf die Sensoranordnung
auf Grund der Selbsthemmung des Gleitkeilgetriebes übertragen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist das Gleitkeilgetriebe in einem Gehäuse
angeordnet, wobei der Untersetzungsring an dem Gehäuse
feststehend ausgebildet und angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass
das Gleitkeilgetriebe, vorzugsweise mit einer Sensoranordnung, komplett
und geschützt als Modul in dem Gehäuse untergebracht
ist, wobei das Gehäuse auch einen Steckverbinder oder ein
Kabel zur Herausführung der Signale der Sensoranordnung
aufweisen kann. Dieser modulartige Aufbau hat weiterhin den Vorteil,
dass eine solche kompakte Sensoranordnung zur Erzielung einer hohen
Auflösung bei der Umsetzung der rotatorischen Bewegung
eines Messobjekts in ein Ausgangssignal von einem Hersteller gefertigt
und geprüft werden kann, wobei danach die Lieferung an
den Verwender der Sensoranordnung erfolgt, der dieses Modul ohne
großen Aufwand an seinem vorgesehenen Ort einbauen kann. Hierbei
ist bevorzugt die Anwendung eines solchen kompakten Sensors in der
Fahrzeugtechnik, bei der z. B. in Personenkraftwagen rotatorische
Bewegungen, wie sie z. B. eine Heckklappe oder ein Stellantrieb
(zum Beispiel ein Elektromotor) für die Lenkung eines Fahrzeuges
ausführt, erfasst und in ein elektrisches Ausgangssignal
umgesetzt werden können.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Untersetzungsring
mittels einer Rastverbindung, einer Schweißverbindung oder
mittels einer Klebeverbindung an dem Gehäuse feststehend befestigt
ist. Ohne dass es eine Einschränkung bedeutet, stehen damit
verschieden Möglichkeiten zur Verfügung, wie der
Untersetzungsring feststehend an dem Gehäuse befestigt
werden kann. Diese Befestigungsmöglichkeiten kommen in
besonders vorteilhafter Weise auf Grund ihrer einfachen Ausführbarkeit
und Dauerhaltbarkeit insbesondere dann in Betracht, wenn gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Antriebsscheibe und/oder
der Untersetzungsring und/oder das Außenrad aus einem Kunststoff,
insbesondere einem spitzgegossenen Kunststoff, bestehen. Eine Rastverbindung
hat den Vorteil, dass der Untersetzungsring auf Grund einer entsprechenden
Formgebung der Rastmittel (Rasthaken und von diesem zu hintergreifender
Absatz oder Ausnehmung) schon mit Herstellung der beteiligten Elemente
realisiert werden kann und eine einfache Montage der zugehörigen
Elemente gegeben ist.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen,
wobei diese Ausgestaltungen und ihre vorteilhaften Wirkungen auch im
Folgenden anhand der einzigen Figur beschrieben werden, ohne dass
der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen
Gleitkeilgetriebes mit seiner Anwendung bei Sensoren darauf beschränkt
wäre.
-
In
der einzigen Figur ist, soweit im Einzelnen dargestellt, links unten
eine elliptische Antriebsscheibe 1 gezeigt, die konzentrisch
in ihrer Mitte eine Aufnahmeöffnung, z. B. für
eine Antriebswelle aufnimmt, wobei die Antriebsscheibe 1 über
diese Welle mit dem Messobjekt verbunden ist oder wobei die Welle ein
Bestandteil des Messobjektes ist. In einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist es denkbar, dass die elliptische Antriebsscheibe 1 selber
ein Bestandteil des Messobjektes ist.
-
In
der einzigen Figur oben rechts ist der flexible Untersetzungsring 2 gezeigt,
wobei der Aufbau des Gleitkeilgetriebes in der einzigen Figur oben
links dargestellt ist, wobei auch erkennbar ist, dass der flexible
Untersetzungsring 2 sowie die elliptische Antriebsscheibe 1 jeweils
konzentrisch in einem Außenrad 3 angeordnet sind.
Damit ist das erfindungsgemäße Gleitkeilgetriebe
schon weitestgehend fertig, denn wenn nämlich die Antriebsscheibe 1 bei
feststehendem Untersetzungsring 2 angetrieben wird, dreht sich
das Außenrad 3, wobei dessen rotatorische Bewegung
auf eine hier nicht dargestellte Sensoranordnung wirken kann oder
das Außenrad 3 selber Bestandteil einer Sensoranordnung
ist.
-
Unten
rechts, in der einzigen Figur, ist dargestellt, dass das Gleitkeilgetriebe
in einem Gehäuse 4 angeordnet ist, wobei schematisch
dargestellt ist, dass das Gehäuse 4 topfartig
ausgebildet ist. An den Seitenwänden des topfartigen Gehäuses 4 befinden sich
Sensorelemente, wobei diese Sensorelemente im Zusammenspiel mit
dem drehbaren Außenrad 3 bei einem Antrieb der
Antriebsscheibe 1 ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen.
Dieses elektrische Ausgangssignal wird über hier nicht
dargestellte Steckverbindungen oder Kabel aus dem Gehäuse 4 herausgeführt
und kann über eine nachgeschaltete elektronische Einheit ausgewertet
oder weiter verarbeitet (z. B. angezeigt) werden. Es ist auch denkbar, dass
das Ausgangssignal, das von der Sensoranordnung erzeugt und abgegeben
wird, vor der Herausführung aus dem Gehäuse 4 schon
bearbeitet oder umgewandelt wird, wobei z. B. an eine analog-digital-Wandlung
zu denken ist. In diesem Fall kann es sich um einen aktive Sensoranordnung
mit einer Elektronik innerhalb des Gehäuses 4 handeln,
wobei innerhalb des Gehäuses 4 auch eine Stromversorgung
untergebracht ist oder über Kabel von außen eine
Spannungsversorgung zugeführt wird.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der
einzigen Figur oben rechts erkennbar, dass der Untersetzungsring 2 einen
ersten Ring mit einer Außenverzahnung 21 aufweist,
wobei beabstandet zu diesem ersten Ring ein Basisring 22 vorgesehen
ist, der über zumindest einen Steg, hier vorzugsweise vier
Stege 23, mit den ersten Ring der Außenverzahnung 21 verbunden
ist. Dieser Aufbau, insbesondere aus Kunststoff, vorzugsweise einem
spritzgegossenen Kunststoff, hat den Vorteil, dass einerseits eine
Dauerhaltbarkeit des Untersetzungsrings 2 gewährleistet
ist, andererseits der erste Ring mit der Außenverzahnung 21 ohne Nachteile
von der elliptischen Antriebsscheibe 1 verformt werden
kann, um deren rotatorische Bewegung über die Außenverzahnung 21 auf
eine Innenverzahnung 31 des Außenrades 3 zu übertragen.
In Richtung der Hochachse des Untersetzungsrings 2 ist
der Basisring 22 abgeflacht, so dass dadurch ein kompakter
Aufbau des Untersetzungsrings 2 erzielt werden kann und
andererseits der Untersetzungsring 2 flächig an
dem Gehäuse 4, insbesondere dem topfförmigen
Boden des Gehäuses 4 oder dessen Gehäusedeckel
befestigt werden kann. Durch Drehen der elliptischen Antriebsscheibe 1 wird
der flexible Untersetzungsring 2, genauer Teilbereiche
dessen Außenverzahnung 21, an die Innenverzahnung 31 des
Außenrades 3 gedrückt und bewegt somit
dieses stark untersetzt weiter. Durch die unterschiedliche Zähnezahl
von Außenverzahnung 21 und Innenverzahnung 31 ergibt
sich ein dementsprechendes vorgebbares Untersetzungsverhältnis
bei der rotatorischen Bewegung zwischen Antrieb und Abtrieb. Die Zahnform
kann von einem bestimmten Modul über eckig bis hin zu rund
sein. Der Untersetzungsring 2 ist gegen ein Verdrehen gesichert
(insbesondere durch eine Abstützung am Gehäuse 4)
und wird nur im Bereich der Außenverzahnung 21,
die auf dem ersten Ring angeordnet ist, verformt.
-
In
einer ergänzenden Ausführung der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Außenrad 3 mit einer weiteren
(hier nicht dargestellten) elliptischen Antriebsscheibe verbunden
ist oder ein Bestandteil einer weiteren elliptischen Antriebsscheibe
eines weiteren nachgeschalteten Gleitkeilgetriebes ist. Das bedeutet,
dass das untersetzte Außenrad 3 eines ersten Gleitkeilgetriebes
bereits als weiteres elliptisches Antriebsteil (Antriebsscheibe)
für die nächste Untersetzungsstufe eines weiteren
Gleitkeilgetriebes eingesetzt werden kann. Im Falle eines ersten
und eines zweiten nachgeschalteten Gleitkeilgetriebes handelt es
sich um ein zweifach kaskadiertes Gleitkeilgetriebe, wobei auch
mehr als zwei kaskadierte Gleitkeilgetriebe zum Einsatz kommen können,
was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn extrem hohe Untersetzungen
und folglich extrem genaue Auflösungsanforderungen an die
Sensoranordnung gestellt werden.
-
Bei
der Sensoranordnung kommen prinzipiell alle Messprinzipien in Betracht,
wobei nur beispielhaft ausgeführt wird, dass an dem Außenrad 3 ein Schleiffinger
angeordnet ist, der auf eine Widerstandsbahn, die entlang einer
Wand des topfförmigen Gehäuses 4 angeordnet
ist, bei der Drehbewegung des Außenrades 3 entlang
fährt. Daneben sind auch berührungslose kapazitive,
magnetische und induktive Messprinzipien anwendbar, die den Vorteil haben,
dass sie berührungslos und damit verschleißfrei
arbeiten. So können durch entsprechende Ausgestaltung z.
B. des Außenrades 3 im Zusammenhang mit der Sensoranordnung,
die wieder an der Innenseite der Wandung des Gehäuses 4 angeordnet sein
kann, eine Spule gebildet werden, deren Induktivität sich
auf Grund der Rotation des Außenrades 3 verändert.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse 4 entsprechend
der Ausgestaltung des Gleitkeilgetriebes rund geformt, wobei dies aber
nicht zwangsweise so sein muss, so dass auch andere, z. B. eckige
Bauformen, des Gehäuses 4 genauso denkbar sind,
wie komplexere Außengeometrien des Gehäuses, um
dieses dem gewünschten Einbauort anzupassen. Alternativ
dazu kann das Gleitkeilgetriebe auch direkt an seinem Einbauort eingebaut
werden, so dass der Bereich, in dem das Gleitkeilgetriebe am Einbauort
eingebaut wird, als Gehäuse dient.
-
- 1
- elliptische
Antriebsscheibe
- 2
- flexibler
Untersetzungsring
- 21
- Aussenverzahnung
- 22
- Basisring
- 23
- Steg
- 3
- Aussenrad
- 31
- Innenverzahnung
- 4
- Gehäuse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - http://de.wikipedia.org/wiki/harmonicdrive [0002]