DE3719006C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbaugetriebe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Für Industrieroboter, Werkzeugmaschinen und andere technische Ausrüstung werden präzise Positionierantriebe benötigt. Mit Hilfe hochgenauer Getriebe wird die meist hohe Drehzahl der Antriebsmotoren auf eine niedrigere Drehzahl herabgesetzt. Insbesondere bei Roboterantrieben ist zur Erzielung einer hohen Bahnbeschleunigung die Masse der mitbewegten Antriebe klein zu halten und damit der Einsatz leichter Getriebe notwendig. Das Untersetzungsverhältnis beträgt für diese Getriebe meist 20 : 1 bis 500 : 1.

Eine hohe Materialbelastung ist vermeidbar, wenn die Getriebekonstruktion bewirkt, daß möglichst viele Zähne gleichzeitig eingreifen und/oder durch die Materialpaarung sichergestellt ist, daß sich die entstehenden Kräfte auf eine große Fläche verteilen. Mit Hilfe von Rollenketten, Zahnriemen oder anderen Antriebsriemen ist dies zwar erreichbar, jedoch sind diese Getriebe normalerweise nicht hinreichend spielfrei und verdrehsteif für genaue Positionierantriebe. Bei hohen Untersetzungen werden zudem mehrere Getriebestufen mit entsprechend großem Bauraum benötigt.

In den DE 30 35 264 A1 und DE 32 13 655 A1 sind Zahnriemengetriebe beschrieben. Deren Antrieb erfolgt in beiden Fällen über einen einzelnen Planetenträger, in dem eine Welle mit zwei Planetenrädern gelagert ist. Jedes Planetenrad ist mit einem Sonnenrad über einen Zahnriemen verbunden, und der Unterschied der Anzahl der Zähne verschiedener Zahnräder sorgt bei einer schnellen Drehung des Planetenträgers für eine langsame Verdrehung der Sonnenräder relativ zueinander. Durch diesen Aufbau lassen sich relativ hohe Untersetzungen erzielen. Die letztere der beiden Offenlegungsschriften beschreibt zusätzlich, wie das Problem der Riemenspannung gelöst werden kann.

In der DE 31 14 154 C 2 ist ein Getriebe beschrieben, bei dem die Leistung von einem Sonnenrad über besondere, auch Druckkräfte übertragende Zugmittel auf ein Hohlrad übertragen wird. Die gattungsbildende GB 20 04 346A beschreibt ein Zahnriemen- bzw. Kettengetriebe, bei dem der Antrieb für die Umlaufbewegung der Planetenräder von einem Sonnenrad auf ein Planetenrad erfolgt. Bei diesem Getriebe werden durch den Einsatz mehrerer am Umfang der Sonnenräder verteilter Planetenräder höhere Momente übertragen als bei den vorgenannten Bauformen.

Bei allen vorgenannten Getriebebauformen umschlingen die verwendeten Zugmittel jeweils ein Sonnen- und Planetenrad. Der Zugtrum der Zahnriemen hat dadurch eine gewisse freie Länge und ist elastisch.

Bei allen genannten Bauformen ist ein Planetenträger vorhanden, der als mitbewegtes Bauteil ein zusätzliches Trägheitsmoment und eine zusätzliche Masse bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Leichtbaugetriebe mit hoher Untersetzung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsbildenden Getriebe durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die zur Kraftübertragung benutzten Zugmittel, wie Rollenketten oder Flachriemen, umschlingen wechselweise je zwei benachbarte Planetenräder und bilden mit diesen Planetenrädern, die zu jeweils auf einer Welle montierten Gruppen zusammengefaßt sind, eine geschlossene Einheit, die ihrerseits die Sonnenräder als selbsttragende Einheit umschlingt. Diese läuft bei der Rotation der Planetenräder ohne einen Planetenträger um die Sonnenräder und überträgt die Antriebskräfte durch Reibung oder Formschluß von den Sonnenrädern auf die Außenseite der Riemen oder Ketten und von deren Innenseite auf die Planetenräder.

Ein störendes Drehmoment auf die Planetenradwellen quer zur Getriebeachse wird durch einen symmetrischen Aufbau des Getriebes verhindert. Dieser Aufbau bedingt mindestens drei Sonnenräder, die in einer Achse hintereinander angeordnet sind. Die beiden äußeren Sonnenräder sind durch ein Gehäuse oder eine Struktur, die die Sonnenräder und die umlaufende Einheit umschließt, starr verbunden und drehen sich relativ zu dem inneren Sonnenrad. Die Drehung wird beim Umlauf der Planetenrad/Riemen- Einheit durch unterschiedliche Radienverhältnisse bzw. Zähnezahlverhältnisse der außen liegenden Sonnen- und Planetenräder zu den axial innen liegenden erreicht. Sind die Radien der Planetenräder gleich, können besonders hohe Untersetzungen erzielt werden.

Der Antrieb für die Umlaufbewegung der Einheit kann von einem Zahnrad erfolgen, dessen Welle konzentrisch durch eines der außen befindlichen Sonnenräder geführt und darin gelagert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sorgen Laufkränze, die zu den Sonnenrädern konzentrisch angeordnet sind und auf diesen abrollende Laufrollen dafür, daß die Planetenradwellen, auf denen die Laufrollen montiert sind, in radialer Richtung abgestützt werden. Das Duchmesserverhältnis von Laufkränzen zu den Laufrollen entspricht dem der mit ihnen verbundenen Sonnen- und Planetenräder, so daß eine Rollbewegung vorliegt.

Die für eine ordnungsgemäße Funktion des Getriebes notwendige Riemen- bzw. Kettenvorspannung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch zusätzliche Rollen erreicht werden. Diese Rollen lassen sich in die Riemen oder Ketten frei einlegen und spreizen. Dadurch ist der Abstand zwischen den beiden Planetenrädern, die diese verbindet, zu kürzen und die gesamte umlaufende Einheit zu spannen. Bei der Umlaufbewegung behalten die eingelegten Spannrollen ihre Relativposition zu den Planetenrädern in der Riemenschlaufe.

Die Sonnen- und Planetenräder können ebenso, wie Gehäuse- und Strukturteile aus Kunststoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff, gefertigt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß das Getriebe durch den Wegfall des Planetenträgers mechanisch sehr einfach aufgebaut ist und somit ein geringes Trägheitsmoment hat. In der umlaufenden Einheit sind mehrere Zahnriemen mit vielen eingreifenden Zähnen an der Kraftübertragung beteiligt, so daß große Momente übertragen werden können und sich Fehler in der Genauigkeit einzelner Zähne kaum auf die Eigenschaften des gesamten Getriebes auswirken. Somit ist eine Fertigung von Bauteilen des Getriebes mit einem preisgünstigen Verfahren, wie Spritzgießen, ohne spanabhebende Präzisionsbearbeitung möglich.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Getriebes ist der weitgehend symmetrische Aufbau des Getriebes.

Die Abtriebskräfte verteilen sich daher symmetrisch von dem innen befindlichen Sonnenrad auf die miteinander verbundenen äußeren Sonnenräder, so daß die Lagerungen weitgehend kräftefrei sind und nur Drehmomente übertragen werden.

Da sich die Abrollradien von Sonnen- und Planetenrädern praktisch berühren können, ist die Wirkung der Elastizität der Riemen oder Ketten zu vernachlässigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung der kraftübertragenden Elemente,

Fig. 2 den Querschnitt durch ein vollständiges Getriebe.

Mit 8 ist das Getriebegehäuse gekennzeichnet, das in der gezeigten Ausführung aus zwei identischen, miteinander starr verbundenen Halbschalen besteht. Die äußeren Sonnenräder 3 sind integraler Bestandteil je einer Halbschale oder starr auf nicht dargestellte Weise mit diesen verbunden. Das innere Sonnenrad 4 ist durch die Abtriebswelle 7 konzentrisch in einer der Gehäuseschalen 8 gelagert. Mit der Abtriebswelle 7 wird die Abtriebsdrehbewegung aus dem Gehäuse herausgeführt. In der anderen Gehäuseschale sind die Antriebswelle 6 und damit auch das Antriebszahnrad 5 gelagert. Auf dem Umfang der Sonnenräder 3, 4 rollt eine Einheit ab, die aus neun doppelseitig verzahnten Flachriemen 1 und sechs auf je einer Welle befindlichen Planetenradgruppen 2 besteht. Zu einer Planetenradgruppe 2 gehören je zwei Planetenräder 2.1, die den äußeren Sonnenrädern 3 zugeordnet sind, und ein Planetenrad 2.2, das dem inneren Sonnenrad 4 zugeordnet ist. Die Planetenradgruppen verbinden abwechselnd zwei außen liegende und einen innen liegenden Zahnriemen zu einem endlosen Verbund, der die Sonnenräder umschließt und damit die erwähnte Einheit bildet.

Eine der sechs Planetenradgruppen 2 trägt ein zusätzliches Zahnrad 2.3, das anstelle von miteinander kämmenden Zahnrädern, zu denen ein Sonnenrad gehört, über einen Zahnriemen 9 mit dem Antriebszahnrad 5 verbunden ist. Der Zahnriemen 9 ist dabei durch einen Spalt zwischen dem innen liegenden Sonnenrad 4 und einem der außen liegenden Sonnenräder 3 geführt. Eine Rotation des Antriebszahnrads 5 führt so zu einer Umlaufbewegung der gesamten Einheit um die Sonnenräder. Wenn die Anzahl der Zähne des inneren Sonnenrades 4 zu denen der inneren Planetenräder 2.2 anders ist, als die Anzahl der Zähne der äußeren Sonnenräder 3 zu denen der äußeren Planetenrädern 2.1, bewirkt die Umlaufbewegung der Einheit eine Verdrehung von dem inneren Sonnenrad zu den äußeren Sonnenrädern und damit die gewünschte Untersetzung der Antriebsdrehzahl.

Claims (4)

1. Leichtbaugetriebe, insbesondere für Präzisionsantriebe, das mindestens drei Sonnenräder (3, 4) und mehrere am Umfang der Sonnenräder verteilte achsparallele Planetenradgruppen (2) aufweist, von denen jeweils eine aus mehreren, koaxial auf einer Welle starr miteinander verbundenen Planetenrädern (2.1, 2.2) besteht, auf denen jeweils ein wie ein beidseitig verzahnter Flachriemen oder wie eine Rollenkette ausgebildeter Zugmittelring (1), abrollt, der auch auf dem zugehörigen Sonnenrad abrollt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei in Umfangsrichtung 4 benachbarte in einer koaxialen Ebene angeordnete Planetenräder (2.1 bzw. 2.2) wechselweise von der Innenseite eines Zugmittelringes (1) umschlungen sind, dessen der Innenseite gegenüberliegende Seite auf dem zugehörigen Sonnenrad abrollt, und daß eine Hintereinanderschaltung der Planetenradgruppen und Zugmittelringe eine geschlossene Einheit bildet, die um die Sonnenräder umläuft.

2. Leichtbaugetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer jeden Planetenradgruppe (2) Laufrollen koaxial verbunden sind, die auf koaxial mit den Sonnenrädern verbundenen Laufkränzen abwälzen.

3. Leichtbaugetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der umlaufenden Einheit durch mindestens eine zusätzliche Rolle erzeugt wird, die die Zugmittelringe (1) aufspreizt und die mit der Einheit um die Sonnenräder (3, 4) umläuft.

4. Leichtbaugetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Einheit von einem in der Sonnenradachse liegenden Antriebsrad auf mindestens ein koaxiales, drehfest mit einem Planetenrad verbundenes Abtriebsrad erfolgt.