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Die Erfindung betrifft ein Robotergetriebe, umfassend ein Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad sowie ein Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern.
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Wenn sich Zahnräder eines Getriebes im Leerlauf befinden oder ein Drehmomentwechsel oder ein Lastwechsel stattfindet, kann es unter anderem zu störenden Geräuschen aufgrund eines Spiels zwischen aufeinanderstoßender Zahnflanken der Zahnräder kommen. Spiel zwischen den Zahnflanken ist in Präzisionsgetrieben, die beispielsweise für Robotik Anwendungen vorgesehen sind, unerwünscht. Unter einem Robotergetriebe ist ein Präzisionsgetriebe zu verstehen, das spielfrei ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist ein Zahneingriff zwischen zwei Zahnrädern derart ausgeführt, dass kein Spiel zwischen den Zahnflanken der Zahnräder vorliegt.
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Die
DE 10 2015 206 063 A1 offenbart ein Zahnrad für ein Zahnradgetriebe, das in zwei axial einander benachbarte Stirnräder geteilt ist, und das eine kreisringsegmentförmige Torsionsfeder aufweist, zwischen deren umfangsseitig einander gegenüberliegenden Federenden ein Schlitz ausgebildet ist, in den zwei jeweils einem der beiden Stirnräder zugeordnete Nocken eingreifen, von denen der eine Nocken einem der beiden Federenden und der andere Nocken dem anderen Federende zugeordnet ist. Beispielsweise ist das Zahnrad als Planetenrad für ein Planetengetriebe ausgebildet. Die Zähne beider Stirnräder können mit einem Hohlrad des Planetengetriebes kämmen. Jeweils mindestens ein Zahn von beiden Stirnrädern greift in eine gemeinsame Zahnlücke des Gegenrades ein, wobei der eine Zahn des einen Stirnrades an dem einen die Zahnlücke begrenzenden Zahn des Gegenrades und der andere Zahn des anderen Stirnrades an dem anderen die Zahnlücke begrenzenden Zahn des Gegenrades spielfrei anliegen kann.
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Ferner offenbart
FR 2 573 835 A1 ein Getriebe, umfassend ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad sowie einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, wobei jedes Planetenrad zumindest mit den beiden Hohlrädern im Zahneingriff steht und ein erstes, zweites und drittes Zahnrad sowie zwei Federelemente umfasst. Die drei Zahnräder sind axial benachbart zueinander angeordnet. Die beiden Federelemente sind dazu ausgebildet, die drei Zahnräder in Rotationsrichtung gegeneinander zu verspannen, um einen spielfreien Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Planetenrad und den drei damit im Zahneingriff stehenden Kontaktpartnern zu realisieren.
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Des Weiteren offenbart
US 2004 / 0 089 089 A1 ein Planetengetriebe mit einer Ritzelwelle, einem Hohlrad und einem Planeten, bestehend aus drei Zahnrädern. Die Ritzelwelle steht im Zahneingriff mit einem ersten und zweiten Zahnrad des Planeten, wobei das Hohlrad mit dem zweiten und dritten Zahnrad des Planeten im Zahneingriff steht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Robotergetriebe mit einem Sonnenrad, einem ersten und zweiten Hohlrad sowie einem Planetenradsatz zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Ein erfindungsgemäßes Robotergetriebe umfasst zumindest ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad sowie einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, wobei jedes Planetenrad zumindest mit den beiden Hohlrädern im Zahneingriff steht und ein erstes, zweites und drittes Zahnrad sowie zwei Federelemente umfasst, wobei die drei Zahnräder axial benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Federelemente dazu ausgebildet sind, die drei Zahnräder in Rotationsrichtung gegeneinander zu verspannen, um einen spielfreien Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Planetenrad und den drei damit im Zahneingriff stehenden Kontaktpartnern zu realisieren, wobei das erste, zweite und dritte Zahnrad auf einer gemeinsamen Welle drehbar gelagert sind, wobei das Robotergetriebe ferner ein Sonnenrad aufweist, und wobei das erste Zahnrad mit dem Sonnenrad und dem ersten Hohlrad im Zahneingriff steht, wobei das zweite Zahnrad mit dem Sonnenrad sowie dem ersten und zweiten Hohlrad im Zahneingriff steht, und wobei das dritte Zahnrad mit dem Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad im Zahneingriff steht.
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Mit anderen Worten wird durch die Verspannung der drei Zahnräder in Rotationsrichtung ein spielfreier Zahneingriff des jeweiligen Planetenrads mit den drei damit im Zahneingriff stehenden Kontaktpartnern, nämlich mit dem Sonnenrad, mit dem ersten Hohlrad und mit dem zweiten Hohlrad ermöglicht. Somit besteht ein spielfreier Zahneingriff zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad sowie zwischen dem Planetenrad und dem ersten Hohlrad sowie zwischen dem Planetenrad und dem zweiten Hohlrad. Die beiden Hohlräder weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf.
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In einem unbelasteten Zustand des Planetenrads weisen die Zahnräder aufgrund der auf sie wirkenden Federelemente, eine maximale Relativdrehung zueinander auf, wobei die Federelemente und damit die Zahnräder vorgespannt sind. Je nach Anforderung kann die Vorspannung über die Ausbildung der Federelemente eingestellt werden. So kann die Vorspannung der Federelemente minimal beziehungsweise Null sein. Die maximale Relativdrehung im unbelasteten Zustand wird durch das Verzahnungsspiel bestimmt.
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In einem belasteten Zustand des Planetenrads weisen die Zahnräder aufgrund des Zahneingriffs des jeweiligen Hohlrads und des Sonnenrads, eine minimale beziehungsweise keine Relativdrehung zueinander auf, wobei die Vorspannung der Federelemente maximal ist. Mit anderen Worten werden die Zahnräder bei einer Kraftübertragung durch den Zahneingriff derart relativ zueinander verdreht, dass die Relativdrehung zwischen den Zahnrädern Null werden kann. Durch die Spielfreiheit zwischen den Zahnflanken werden insbesondere störende Geräusche aufgrund aufeinanderstoßender Zahnflanken minimiert beziehungsweise eliminiert. Mithin erfolgt unter anderem auch eine akustische Optimierung des Zahneingriffs.
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Der Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Zahnrad und dem Sonnenrad sowie dem ersten Hohlrad und/oder dem zweiten Hohlrad ist stets spielfrei.
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Vorzugsweise ist das erste Hohlrad stationär festgelegt. Bevorzugt ist das Sonnenrad dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung in das Robotergetriebe einzuleiten. Mithin ist das Sonnenrad mit einer Antriebsmaschine wirkverbunden, wobei der Antrieb des Robotergetriebes über das Sonnenrad erfolgt. Ferner bevorzugt ist das zweite Hohlrad als Abtriebswelle des Robotergetriebes ausgebildet. Somit erfolgt der Abtrieb des Robotergetriebes über das zweite Hohlrad. Insbesondere ist das Robotergetriebe als Wolfromgetriebe ausgebildet.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das jeweilige Federelement als kreisringsegmentförmige Torsionsfeder ausgebildet ist, wobei das erste Federelement axial zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad angeordnet ist, und wobei das zweite Federelement axial zwischen dem zweiten und dem dritten Zahnrad angeordnet ist. Mit anderen Worten ist axial neben dem ersten Zahnrad das erste Federelement angeordnet, wobei das zweite Zahnrad axial neben dem ersten Federelement angeordnet ist, wobei das zweite Federelement axial neben dem zweiten Zahnrad angeordnet ist und wobei das dritte Zahnrad axial neben dem zweiten Federelement angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist das jeweilige Federelement zwischen deren umfangsseitig sich gegenüberliegenden Federenden einen Spalt auf, wobei der Spalt dazu ausgebildet ist, jeweils zwei Nocken aufzunehmen, wobei der eine Nocken an dem einen Zahnrad ausgebildet ist und einem der beiden Federenden zugeordnet ist, und wobei der andere Nocken an dem anderen Zahnrad ausgebildet ist und dem anderen Federende zugeordnet ist. In einem unbelasteten Zustand des Planetenrads ist der Spalt zwischen den Federenden am kleinsten. Demgegenüber nimmt der Spalt zwischen den Federenden durch eine Belastung des Planetenrads zu, wobei sich das jeweilige Federelement elastisch verformt.
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Bevorzugt ist der erste Nocken einteilig mit dem ersten Zahnrad verbunden, wobei der zweite und der dritte Nocken einteilig mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist, und wobei der vierte Nocken einteilig mit dem dritten Zahnrad verbunden ist. Mithin ist an den beiden äußeren Zahnrädern, nämlich dem ersten und dritten Zahnrad jeweils ein Nocken ausgebildet, der in Richtung des axial dazwischen angeordneten zweiten Zahnrads gerichtet ist. Demgegenüber sind an dem inneren Zahnrad, nämlich dem zweiten Zahnrad zwei Nocken ausgebildet, wobei der jeweilige Nocken am zweiten Zahnrad axial in Richtung des jeweiligen äußeren Zahnrads ausgebildet ist.
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Ferner bevorzugt ist die axiale Erstreckung des jeweiligen Federelements größer als die axiale Erstreckung beider Nocken zusammen. Somit kommen die beiden Nocken aufgrund des jeweiligen zwischen jeweils zwei Zahnräder angeordneten Federelements, das axial breiter als die beiden Nocken ausgebildet ist, nicht aneinander zur Anlage.
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Insbesondere weist das jeweilige Federelement ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil auf, das kreisbogenförmig um eine Rotationsachse des Planetenrads herumgeführt ist. Mithin ist die Torsionsfeder C-förmig ausgebildet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Robotergetriebes,
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung eines Planetenrades des erfindungsgemäßen Robotergetriebes nach 1,
- 3 eine schematische seitliche Teildarstellung zur Veranschaulichung des Planetenrades gemäß den 1 und 2 in einem unbelasteten Zustand, und
- 4 eine schematische Seitendarstellung zur Veranschaulichung eines Federelements des Planetenrades gemäß den 1 und 2.
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Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Robotergetriebe, das als Wolfromgetriebe ausgebildet ist, ein Sonnenrad 1, ein erstes Hohlrad 2a, ein zweites Hohlrad 2b sowie einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 3. Alle Planetenräder 3 des Planetenradsatzes sind identisch ausgebildet. Aufgrund der Schnittdarstellung ist vorliegend nur ein Planetenrad 3 des Planetenradsatzes dargestellt. Das Sonnenrad 1 ist als Antriebswelle vorgesehen und somit dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung in das Robotergetriebe einzuleiten. Das erste Hohlrad 2a ist stationär festgelegt und somit drehfest mit einem - hier vereinfacht angedeuteten - Gehäuse 9 des Robotergetriebes verbunden. Ferner ist das zweite Hohlrad 2b als Abtriebswelle des Robotergetriebes vorgesehen. Das zweite Hohlrad 2b ist über ein erste Lagerelement 10a drehbar an dem Sonnenrad 1 gelagert.
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Jedes Planetenrad 3 steht mit dem Sonnenrad 1 und den beiden Hohlrädern 2a, 2b im Zahneingriff. Das jeweilige Planetenrad 3 umfasst ein erstes, zweites und drittes Zahnrad 3a, 3b, 3c sowie zwei Federelemente 4a, 4b, wobei die drei Zahnräder 3a, 3b, 3c axial benachbart zueinander angeordnet und über jeweilige Lager 12a, 12b, 12c auf einer gemeinsamen Welle 5 drehbar gelagert sind. 2 zeigt das Planetenrad 3 gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Welle 5 ist an einem Träger 11 aufgenommen, wobei der Träger 11 über ein zweites Lagerelement 10b drehbar an dem Sonnenrad 1 gelagert ist. Die beiden Federelemente 4a, 4b sind dazu ausgebildet, die drei Zahnräder 3a, 3b, 3c in Rotationsrichtung gegeneinander zu verspannen, um einen spielfreien Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Planetenrad 3 und den drei damit im Zahneingriff stehenden Kontaktpartnern, nämlich dem Sonnenrad 1 sowie dem ersten und zweiten Hohlrad 2a, 2b zu realisieren.
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Das jeweilige Federelement 4a, 4b ist als kreisringsegmentförmige Torsionsfeder ausgebildet. Gemäß den 1 und 2 ist das erste Federelement 4a axial zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 3a, 3b angeordnet. Ferner ist das zweite Federelement 4b axial zwischen dem zweiten und dem dritten Zahnrad 3b, 3c angeordnet. Die beiden Federelemente 4a, 4b sind identisch ausgebildet.
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4 zeigt das erste der beiden Federelemente 4a. Wie besonders gut in 4 zu sehen ist, ist das Federelement 4a C-förmig ausgebildet und weist zwischen seinen umfangsseitig sich gegenüberliegenden Federenden 6a, 6b einen Spalt 7 auf. Wie aus den 1 und 2 hervorgeht ist der Spalt 7 am jeweiligen Federelement 4a, 4b dazu ausgebildet, jeweils zwei Nocken 8a, 8b sowie 8c, 8d aufzunehmen. Das Federelement 4a weist ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil auf, das kreisbogenförmig um eine Rotationsachse 13 des Planetenrads 3 herumgeführt ist. Eine Federwirkung der Federelemente 4a, 4b resultiert aus einer Federsteifigkeit und kann je nach Systemanforderung ausgewählt werden.
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Der erste Nocken 8a ist an dem ersten Zahnrad 3a ausgebildet und ragt axial in den Spalt 7 des ersten Federelements 4a. Der zweite Nocken 8b ist an dem zweiten Zahnrad 3b ausgebildet und ragt axial ebenfalls in den Spalt 7 des ersten Federelements 4a, wobei der zweite Nocken 8b gegenüberliegend vom ersten Nocken 8a angeordnet ist. Der dritte Nocken 8c ist an dem zweiten Zahnrad 3b ausgebildet, ragt jedoch in den Spalt 7 des zweiten Federelements 4b. Der vierte Nocken 8d ist an dem dritten Zahnrad 3c ausgebildet und ragt ebenfalls in den Spalt 7 des zweiten Federelements 4b wobei der vierte Nocken 8d gegenüberliegend vom zweiten Nocken 8c angeordnet ist. Die axiale Erstreckung des jeweiligen Federelements 4a, 4b ist größer als die axiale Erstreckung jeweils zweier Nocken 8a, 8b sowie 8c, 8d zusammen, sodass die jeweiligen zwei Nocken 8a, 8b sowie 8c, 8d nicht aneinander zur Anlage kommen.
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Ferner ist in 1 ein Kraftfluss beziehungsweise Drehmomentfluss von dem Sonnenrad 1 über das Planetenrad 3 und die beiden Hohlräder 2a, 2b durch einen Pfeil P dargestellt. Das erste Zahnrad 3a steht mit dem Sonnenrad 1 und dem ersten Hohlrad 2a im Zahneingriff. Ferner steht das zweite Zahnrad 3b mit dem Sonnenrad 1 sowie dem ersten und zweiten Hohlrad 2a, 2b im Zahneingriff. Des Weiteren steht das dritte Zahnrad 3a mit dem Sonnenrad 1 und dem zweiten Hohlrad 2b im Zahneingriff. Die Kraft beziehungsweise das Drehmoment teilt sich auf alle drei Zahnräder 3a, 3b, 3c des Planetenrades 3 auf und wird zum einen über den Zahneingriff mit dem ersten Hohlrad 2a am Gehäuse 9 abgestützt und zum anderen über den Zahneingriff mit dem zweiten Hohlrad 2b zum Abtrieb weitergeleitet. Der Betrag der Kraft beziehungsweise des Drehmoments ist abhängig von dem antriebsseitig eingeleiteten Betrag sowie vom gewählten Übersetzungsverhältnis des Rotorgetriebes. Der dargestellt Pfeil P verdeutlicht, dass der Kraftfluss nicht über die Federelemente 4a, 4b geleitet wird. Die Federelemente 4a, 4b haben ausschließlich die Aufgabe, die drei Zahnräder 3a, 3b, 3c gegeneinander zu verspannen, wobei das erste Federelement 4a das erste und zweite Zahnrad 3a, 3b gegeneinander verspannt, und wobei das zweite Federelement 4b das zweite und dritte Zahnrad 3b, 3c gegeneinander verspannt. Somit erzeugen die Federelemente 4a, 4b ein zusätzliches Drehmoment im Planetenrad 3. Die Aufspannweite der Zahnräder 3a, 3b, 3c entspricht einem Verzahnungsspiel und ist insbesondere in 3 dargestellt.
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3 zeigt einen seitlichen Ausschnitt des Planetenrades 3. Wie aus 3 besonders gut hervorgeht, ist das erste Zahnrad 3a relativ verdreht zum zweiten und dritten Zahnrad 3b, 3c.
