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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden Zahnrad (Circular Spline), einem eine Innenverzahnung aufweisenden flexiblen Zahnrad (Flexspline) und einem Wellengenerator (Wave-Generator) zum Auslenken des flexiblen Zahnrades in radialer Richtung, wobei die Innenverzahnung des Flexsplines mit der Außenverzahnung des Circular Splines in Eingriff bringbar ist. Das Getriebe weist einen sich über die Innenverzahnung des Flexsplines hinaus erstreckenden, vorzugsweise stutzenförmigen, Überhang auf, welcher im Zusammenwirken mit dem Getriebegehäuse eine Abschottung des Wave-Generator-Lagers des Wave-Generators bildet.
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Aus der
EP 1 764 530 A1 ist ein Außenläufer-Wellengetriebe bekannt mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden Circular Spline und mit einem eine Innenverzahnung aufweisenden Flexspline, welche in Eingriff miteinander stehen. Ein sogenannter Wellengenerator lenkt den Flexspline in radialer Richtung aus und bewirkt eine umlaufende elliptische Verformung des Flexsplines.
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Die im Verzahnungsbereich aufgrund von Abrieb an den einzelnen Zähnen der Innen- bzw. Außenverzahnung von Flexspline bzw. Circular Spline entstehenden Verschleißpartikel können den zum Schmieren des Verzahnungsbereiches des Getriebes vorgesehenen Schmierstoff verunreinigen. Dieser kontaminierte Schmierstoff kann bei Betrieb des Getriebes in das Wave-Generator-Lager eindringen und dieses beschädigen oder verunreinigen, was negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Wave-Generator-Lagers hat.
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Zudem kann der mit Verschleißpartikeln kontaminierte Schmierstoff aus dem Verzahnungsbereich in das empfindliche Wave-Generator-Lager des Wave-Generators eindringen und dort dann zu Lagerschäden führen, wodurch die Lebensdauer des Wave-Generator-Lagers verringert wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, anzugeben, bei welchem die Menge der durch Abrieb entstandenen Verschleißpartikel, die das Wave-Generator-Lager des Wave-Generators erreichen, zumindest reduziert wird, so dass Beschädigungen am Wave-Generator-Lager wirksam reduziert werden und die Lebensdauer des Lagers erhöht wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
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Das Getriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe, weist ein Zahnrad mit einer Außenverzahnung (Circular Spline), ein flexibles Zahnrad mit einer Innenverzahnung (Flexspline) und einen Wellengenerator (Wave-Generator) zum Auslenken des Flexsplines in radialer Richtung auf, wobei die Innenverzahnung des Flexsplines mit der Außenverzahnung des Circular Splines in Eingriff bringbar ist.
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Erfindungsgemäß weist der Flexspline einen sich in axialer Richtung und über die Innenverzahnung des Flexsplines hinaus erstreckenden, vorzugsweise stutzenförmigen, Überhang auf, welcher im Zusammenwirken mit dem Getriebegehäuse eine Abschottung des Wave-Generator-Lagers des Wave-Generators bildet.
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Die Dichtwirkung des Überhangs beruht auf strömungstechnischen Effekten infolge einer Wegverlängerung für den zu transportierenden Schmierstoff, wobei dabei der Strömungswiderstand für den Schmierstoff erhöht wird. Durch diese Umlenkeffekte gelangt nur noch wenig mit Verschleißpartikeln aus dem Verzahnungsbereich kontaminierter Schmierstoff bei Betrieb des Getriebes in das Wave-Generator-Lager des Wave-Generators.
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Denkbar ist auch, dass diese Umlenkeffekte durch weitere Maßnahmen zur Wegverlängerung für den Schmierstoff, beispielsweise durch Ausgestaltung der Wandung des Gehäuses, noch verstärkt werden, so dass eine noch effektivere Dichtung entsteht und somit die Menge an Verschleißpartikeln, die in das Wave-Generator-Lager gelangt, weiter reduziert und die Lebensdauer des Wave-Generators verlängert wird.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Schmierstoffraum dem Wave-Generator-Lager und ein zweiter Schmierstoffraum dem Verzahnungsbereich zugeordnet ist. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da aufgrund der unterschiedlichen tribologischen Eigenschaften des Wave-Generator-Lagers und des Verzahnungsbereichs des Spannungswellengetriebes für die Schmierung verschiedene Schmiermittel verwendet werden können. Daher werden zwei getrennte Schmierstoffräume benötigt. Durch eine räumliche Trennung dieser beiden Räume mittels des Überhangs ist verhindert, dass sich die Schmiermittel gegenseitig vermischen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung grenzt der Überhang bis wenigstens 1 mm an eine Wandung des Getriebegehäuses an, wodurch eine gute Abdichtung gegeben ist.
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Um einen optimalen Spannungszustand des Flexsplines zu gewährleisten, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Überhang des Flexsplines einstückig an dem Flexspline angeformt ist.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes verjüngt sich die Wandstärke des Überhangs zum freien Ende hin. Vorteilhaft ist ein möglichst kontinuierlicher und/oder fließender Übergang zum freien Ende des Flexsplines hin, beispielsweise durch eine elliptische Ausgestaltung des Übergangs. Dadurch wird das freie Ende des Flexsplines sehr dünnwandig, wodurch eine noch bessere Spannungsoptimierung des Flexsplines in diesem Bereich im Betrieb erreicht ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen Circular Spline und Flexspline im Bereich des Überhangs ein magnetischer Körper vorgesehen ist. Hierdurch lassen sich metallische Verschleißpartikel ortsfest auffangen bzw. binden. Durch die weitere Reduzierung von Verschleißpartikeln, welche sich im Wave-Generator-Lager sammeln, kann die Lebensdauer des Lagers des Wave-Generators nochmals erhöht werden.
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Nach der Erfindung kann auf der Außenfläche des Überhangs ein Dichtelement angeordnet sein, welches unter räumlicher Trennung der Schmierstoffräume zwischen dem des Wave-Generators-Lagers und dem des Verzahnungsbereichs an der Gehäusewandung anliegt. Hierdurch wird eine vollständige räumliche, hermetische Trennung des Verzahnungsbereiches von Flexspline und Circular Spline und des Wave-Generator-Lagers des Wave-Generators erreicht. Vorteile dieser sogenannten hermetischen bzw. quasi statischen Dichtung sind die Verwendung eines auf die tribologischen Bedürfnisse des Wave-Generator-Lagers und des Verzahnungsbereichs des Spannungswellengetriebes abgestimmter Schmierstoffe.
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Nach der Erfindung kann das Dichtelement etwa L-förmig ausgebildet sein und mit seinem einen Schenkel an dem Überhang und mit seinem weiteren Schenkel an der Gehäusewandung anliegen. Durch diese einfache Ausgestaltung des Dichtelements ist eine leichte Montage bzw. eine einfache Nachrüstbarkeit des Dichtelementes bei gleichzeitiger wirksamen Abdichtung gewährleistet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement an dem Überhang mittels eines Spannelementes, vorzugsweise mittels eines elastischen Ringelementes, fixiert ist. Das Ringelement kann beispielsweise als Spiralfeder ausgebildet sein, welches den Dichtring in Position hält, so dass die Walkbewegungen des Flexsplines im Hinblick auf die Dichtigkeit ausgeglichen werden. Hierdurch lassen sich die Lebensdauern von Wave-Generator-Lager des Wave-Generators und vom Verzahnungsbereich wesentlich erhöhen, da keine bzw. nur sehr wenige Verschleißpartikel in das Lager gelangen können.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung greift das freie Ende des Überhangs in eine Ringnut des Dichtelementes ein. Bevorzugt weist das Dichtelement zur sicheren Befestigung des Dichtelementes am Überhang des Flexsplines eine spezifische Kontur auf, welche an die Form des Überhangs angepasst ist, so dass eine effektive Dichtwirkung gewährleistet ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement mit seinem gehäuseseitigen Ende in eine Aufnahme des Gehäuses eingreift. Durch diese Maßnahme sind ein sicherer Halt und damit eine zuverlässige Dichtwirkung des Dichtelements gegeben.
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Alternativ oder zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, das Dichtelement mittels Kleber am Gehäuse und/oder an dem Flexspline zu fixieren, so dass ein komplettdichtendes System erzeugt wird.
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Dadurch, dass das Dichtelement ebenso wie der Flexspline gehäusefest angeordnet ist, findet zwischen dem Dichtelement und dem Flexspline keine rotatorische Relativbewegung statt. Aufgrund der konischen Deformation des Flexsplines bei Betrieb des Getriebes wird das Dichtelement lediglich in radialer und axialer Richtung beansprucht. Durch die Elastizität des Dichtelements hält sein überhangseitiger Schenkel permanent Kontakt zum Überhang des Flexsplines, wodurch eine sehr gute Dichtwirkung gegeben ist. Dadurch lässt sich die Anzahl von Verschleißpartikeln, welche das Wave-Generator-Lager des Wave-Generators erreichen, nicht nur reduzieren, sondern durch die vollständige, praktisch hermetische, Abdichtung gelangen nahezu gar keine Partikel aus dem Verzahnungsbereich in das Wave-Generator-Lager. Dadurch wird die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes weiter verlängert.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtelement zwischen überhangseitigem und gehäuseseitigem Ende im Querschnitt verjüngt und/oder weist mindestens eine Faltung auf, wodurch die radiale Bewegung des Flexsplines bei Betrieb des Getriebes vom Dichtelement aufgenommen und ausgeglichen wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement aus einem Elastomer-Werkstoff oder einem metallischen Werkstoff besteht. Beispielsweise kann das Dichtelement aus einem Polymer wie NBR oder Fluorkautschuk (FKM) bestehen. Hierdurch erhält das Dichtelement eine hohe Biegewechselfestigkeit und kann somit die Walkbewegung des Flexsplines ausgleichen.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
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1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes mit einem am Flexspline angeordneten Überhang in schematischer Darstellung,
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2 das Spannungswellengetriebe gemäß 1 mit einem zusätzlich angeordneten magnetischen Körper,
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3 das Spannungswellengetriebe gemäß 1 mit einem L-förmigen Dichtelement und Spannring,
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4 das Spannungswellengetriebe gemäß 1 mit einem eine Faltung aufweisendem Dichtelement,
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5 das Spannungswellengetriebe gemäß 1 mit einem einen verjüngenden Querschnitt aufweisendem Dichtelement und
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6 einen vergrößerten Ausschnitt des Spannungswellengetriebes gemäß 5.
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1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Spannungswellengetriebes 10 mit zwei formschlüssig, vorzugsweise über eine Umfangsverzahnung miteinander gekoppelten Getrieberäder zum Übertragen einer Drehbewegung. Mit Bezugszeichen 1 ist der Flexspline des Spannungswellengetriebes 10 bezeichnet und mit Bezugszeichen 4 der koaxial dazu angeordnete Circular Spline, bei dem es sich um einen zylindrisch ausgebildeten Getriebering mit Hohlwelle handelt.
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Unter dem Flexspline 1 wird vorliegend das elastisch verformbare Getrieberad des Spannungswellengetriebes 10 verstanden, welches sich, im Gegensatz zum „Standard“-Wellgetriebe, bei welchem der Flexspline 1 eine Außenverzahnung und der Circular Spline 4 eine Innenverzahnung aufweisen, über eine Innenverzahnung 2 im Eingriff mit einer Außenverzahnung 5 des Circular Splines 4 befindet. Der Flexspline 1 ist dabei in eine etwa elliptische Form auslenkbar, wobei die elliptische Auslenkung als eine über den Umfang des Flexsplines 1 umlaufende Verformung erzeugt werden kann. Der Flexspline 1 befindet sich mit seiner Innenverzahnung 2 lediglich im Bereich der kleinen Ellipsenachse in Eingriff mit der Außenverzahnung des Circular Splines 4. Durch die Verlagerung der elliptischen Verformung über den Umfang des Flexsplines 1 kommt es zu einer rotatorischen Relativbewegung zwischen Flexspline 1 und Circular Spline 4.
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Die elliptische Verformung des Flexsplines 1 erfolgt über einen Wave-Generator 7, der bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel durch einen Stahlring mit einer zentrischen Nabe, dem sogenannten Plug 28, welcher an der Innenseite eine ellipsenähnliche Kontur besitzt, und aufgezogenem elliptisch verformbaren Wave-Generator-Lager 23 gebildet wird. Das Wave-Generator-Lager 23 des Wave-Generators 7 ist an der Außenmantelfläche des Flexsplines 1 positioniert. Am Außenring des Wave-Generator-Lagers 23 wird der Plug 28 angebracht. Die Wellgeneratorfunktion wird an der Innenmantelfläche des Plugs 28 umgesetzt.
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Der Wave-Generator 7 als angetriebenes Bauteil verformt über das Wave-Generator-Lager 23 den Flexspline 1, der sich in den gegenüberliegenden Bereichen der kleinen Ellipsenachse mit dem außenverzahnten Circular Spline 4 im Eingriff befindet. Mit Drehen des Wave-Generators 7 verlagern sich die kleine Ellipsenachse und damit der Zahneingriffsbereich.
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Der Flexspline 1 besitzt in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel zwei Zähne mehr als der Circular Spline 4, so dass sich nach einer halben Umdrehung des Wave-Generators 7 eine Relativbewegung zwischen Flexspline 1 und Circular Spline 4 um einen Zahn und nach einer ganzen Umdrehung um zwei Zähne vollzieht.
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Im Verzahnungsbereich von Innen- 2 und Außenverzahnung 5 des Flexsplines 1 bzw. des Circular Splines 4 kommt es aufgrund von Abrieb an den Zahnrädern zur Entstehung von Verschleißpartikeln. Diese Verschleißpartikel können bei den bekannten Spannungswellengetrieben der beschriebenen Bauart in den Schmierstoff gelangen und dann in das Wave-Generator-Lager 23 des Wave-Generators 7 eindringen. Dies führt zu Beschädigungen des Wave-Generator-Lagers 23 und senkt die Lebensdauer des Lagers 23 deutlich.
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Zur Reduzierung der in das Wave-Generator-Lager 23 eindringenden Verschleißpartikel weist der Flexspline 1 gemäß 1 einen sich über die Innenverzahnung 2 des Flexsplines 1 hinaus erstreckenden, vorzugsweise stutzenförmigen, Überhang 8 auf, welcher im Zusammenwirken mit dem Getriebegehäuse 16 eine räumliche Trennung der Schmierstoffräume 3, 6 bilden kann.
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Die Dichtwirkung des Überhangs 8 beruht auf strömungstechnischen Effekten infolge einer Wegverlängerung für den zu transportierenden Schmierstoff, wobei dabei der Strömungswiderstand für den Schmierstoff erhöht wird. Durch diese Umlenkeffekte gelangt nur noch wenig mit Verschleißpartikeln aus dem Verzahnungsbereich kontaminierter Schmierstoff bei Betrieb des Getriebes 10 in das Wave-Generator-Lager 23 des Wave-Generators 7.
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Der Flexspline 1 führt im Betrieb eine Walkbewegung aus und wird aufgrund der ständigen elastischen Verformung stark beansprucht. Um dennoch einen optimalen Spannungszustand des Flexsplines 1 zu gewährleisten, kann der Überhang 8 einstückig mit dem Flexspline 1 verbunden sein.
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Durch eine Verjüngung der Wandstärke des Überhangs 8 zu seinem freien Ende hin, ist ein gleichmäßigerer Spannungsverlauf bei den Walkbewegungen des Flexsplines 1 erreicht. Darüber hinaus wird der für die Bewegung des Flexsplines 1 in radialer Richtung notwendigen Festigkeit Rechnung getragen.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes 10 mit einem magnetischen Körper 11, welcher zwischen Flexspline 1 und Circular Spline 4 im Bereich des Überhangs 8 vorgesehen ist. Aufgrund der magnetischen Kraft können die im Schmierstoff befindlichen metallischen Verschleißpartikel aufgefangen und ortsfest gebunden werden, wodurch sich die Lebensdauer des Wave-Generator-Lagers 23 nochmals verlängern lässt. Der magnetische Körper 11 kann zusätzlich zum Überhang 8 des Flexsplines 1 vorgesehen sein.
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Aus 3 geht ein L-förmiges Dichtelement 12 hervor, welches zwischen Flexspline 1 und der Wandung des Getriebegehäuses 17 angeordnet ist, so dass der überhangseitige Schenkel 13 permanent Kontakt zum Überhang 8 des Flexsplines 1 hält. Hierdurch ist eine sehr gute Dichtwirkung gegeben, so dass praktisch keine Verschleißpartikel das Wave-Generator-Lager 23 des Wave-Generators 7 erreichen. Das Dichtelement 12 kann alternativ oder zusätzlich zum magnetischen Körper 11 vorgesehen sein.
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4 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Getriebes 1, wobei das Dichtelement 12 mit seinem gehäuseseitigen Ende 14 in eine Aufnahme 22 im Getriebegehäuse 16 eingreift und mit seinem überhangseitigen Ende 13 an dem Flexspline 1 angeordnet ist. Das Dichtelement 12 weist eine Faltung 18 auf, so dass die radiale Bewegung des Flexsplines 1 bei Betrieb des Getriebes 10 aufgenommen wird. Da das Dichtelement 12 ebenso wie der Flexspline 1 gehäusefest ausgeführt ist, findet zwischen dem Dichtelement 12 und dem Flexspline 1 keine rotatorische Relativbewegung statt.
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Auch durch diese Ausführungsform ist somit eine quasi statische Dichtung realisiert, welche auf die ständige elastische Verformung aufgrund der Walkbewegung des Flexsplines 1 abgestimmt ist.
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Aus 5 und einer Detailansicht gemäß 6 geht eine wiederum andere Ausgestaltung des Dichtelements 12 hervor, wobei wie bei der Ausführungsform gemäß 4 das gehäuseseitige Ende 14 in einer Aufnahme 22 des Gehäuses 16 aufgenommen ist, das überhangseitige Ende 13 jedoch mit einer Ringnut 21 versehen ist, in welche der Flexspline 1 eingreift. Gemäß 5 ist das Dichtelement 12 zwischen überhangseitigem 13 und gehäuseseitigem Ende 14 im Querschnitt verjüngt, so dass die radiale Walkbewegung des Flexsplines 1 bei Betrieb des Getriebes 10 aufgenommen wird und dennoch eine optimale Biegewechselfestigkeit des Dichtelements 12 gegeben ist. Insgesamt wird dadurch eine hohe Dichtwirkung sichergestellt, so dass die unterschiedlichen tribologischen Eigenschaften des Wave-Generator-Lagers 23 des Wave-Generators 7 und des Verzahnungsbereiches im Hinblick auf die Wahl verschiedener Schmierstoffe berücksichtigt werden können und sich die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes 10 verlängern lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flexspline
- 2
- Innenverzahnung
- 3
- Schmierstoffraum
- 4
- Circular Spline
- 5
- Außenverzahnung
- 6
- Schmierstoffraum
- 7
- Wave-Generator
- 8
- Flexspline-Überhang
- 9
- Flexspline-Öffnung
- 10
- Spannungswellengetriebe
- 11
- Magnetischer Körper
- 12
- Dichtelement
- 13
- Überhangseitiges Ende des Dichtelements
- 14
- Gehäuseseitiges Ende des Dichtelements
- 15
- Dichtungsring
- 16
- Getriebegehäuse
- 17
- Wandung des Getriebegehäuses
- 18
- Faltung
- 19
- Außenfläche des Überhangs
- 20
- Verjüngender Teil des Dichtelements
- 21
- Ringnut
- 22
- Aufnahme
- 23
- Wave-Generator-Lager
- 24
- Freies Ende des Überhangs
- 25
- Schenkel des Dichtelements
- 26
- Schenkel des Dichtelements
- 27
- Spannelement
- 28
- Plug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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