WO2009115219A1 - Arrangement for wear compensation, particularly with so-called “harmonic drive” transmissions made of plastic - Google Patents

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WO2009115219A1
WO2009115219A1 PCT/EP2009/001725 EP2009001725W WO2009115219A1 WO 2009115219 A1 WO2009115219 A1 WO 2009115219A1 EP 2009001725 W EP2009001725 W EP 2009001725W WO 2009115219 A1 WO2009115219 A1 WO 2009115219A1
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WO
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toothed ring
core
annular gear
external
transmission according
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Frank PÖHLAU
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Harmonic Drive Polymer Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003—Features of the flexsplines therefor

Definitions

  • the invention relates to means for ensuring the backlash on a so-called. Harmonic Drive gear over its life, especially in such a transmission with large hollow shaft and made of plastic.
  • Harmonic Drive transmissions consist of only three components: a non-circular core, the so-called WAVE GENERATOR, a flexible, externally toothed intermediate gear ring, the so-called FLEXSPLINE, and a fixed, internally toothed external gear ring, the so-called CIRCULAR SPLINE.
  • a core having two diametrically opposite clamping elements as a driven part deforms the intermediate toothed ring elliptically, so that it is in engagement with the internally toothed outer toothed ring in the opposite regions of its large ellipse axis.
  • the large ellipse axis and correspondingly the tooth engagement area of the intermediate toothed ring shift. Since the intermediate toothed ring has fewer teeth than the outer toothed ring, a relative movement between the intermediate toothed ring and the outer toothed ring takes place in a counterclockwise direction per revolution of the core.
  • the intermediate toothed ring is deformed, which usually takes place via a ball bearing whose outer ring is elastically deformable.
  • the intermediate toothed ring is designed as an elastic pot in the vast majority of harmonic drive gear, acts on the bottom of the output. Due to the deformation of the meshing with the external tooth ring "pot edge" of such an intermediate ring by means of the Aufspannide of the core to the ellipse, the wall surface of the pot is complex deformed, wherein a section through the pot in the axis of the large ellipse semi-axis of the core the shape of a Central axis of the pot symmetrical trapezoid shows, the long side of the "pot edge" is.
  • the intermediate toothed ring can also have an outwardly directed flange, thus the shape of a "cylindrical hat without a lid.”
  • the deformation of the pot wall takes place analogously.
  • the ball bearing has no significant wear, on the other possibly occurring, minimal wear in the teeth between the intermediate ring and outer ring by the spring properties of the interest in the peripheral area frustoconical widened and in the Area of the toothing on the cylindrical outer tooth ring conforming intermediate gear ring is compensated.
  • Subject of DE 195 20 555 A1 is a harmonic drive (Harmonic Drive Gethebe), in which the intermediate toothed ring is not directly but via a flexible plug-in shaft connection with the output shaft in connection.
  • the actual intermediate toothed ring is deformed only elliptical and it is consequently always the entire tooth width of the teeth of external ring and intermediate toothed ring for power transmission available.
  • a wear-related game extension automatically adjusts, but this can only apply to the game between the plug-in shaft connection and the actual intermediate gear ring and for their storage. A compensation of the wear due to wear of the teeth of external ring and intermediate ring expanding game is not expected.
  • the plug-in shaft connection also requires additional parts and increased installation costs.
  • the invention has for its object to provide a simple and cost-effective way to compensate for wear and to ensure freedom from play over the life of harmonic drive gears, especially plastic, with the largest possible hollow shaft diameter to be achieved.
  • This object is achieved according to the invention by making sure that the core or its Aufspannetti - axially displaced or tracked over the course of the service life of the transmission, so that the intermediate toothed ring is increasingly clamped.
  • the core or the clamping elements on the other, firmly clamped, im As a result, the mounting dimension with respect to the intermediate toothed ring is increased and the wear in the area of the toothing between the toothed ring and the outer toothed ring is compensated.
  • the axial displacement of the core and possibly according to the Aufspannetti can be done by axial spring bias of the core relative to a housing.
  • the springs may be metallic or plastic and inserted between the core and a housing or housing part or formed directly on the core. This is particularly advantageous for small sizes and cores made of plastic, which are produced by injection molding.
  • the axial displacement of the core or the clamping elements in comparison to the intermediate toothed ring can alternatively be effected by a linear actuator, for example a pneumatic or hydraulic cylinder. This is particularly advantageous for larger sizes where more accurate readjustment is required.
  • Linear actuator can be controlled, for example, by a sensor signal, e.g. is output by a position, force or torque sensor.
  • the axial relative displacement between the core or Aufspannettin and intermediate toothed ring causes a clearance compensation and thus provides freedom from play over the entire life of the transmission, even with a cost-effective and compact design with plain bearings, clamping elements and / or plastic core.
  • the geometry of the core is simplified, in particular in the area radially inside the clamping elements. It is also essential that less space is needed, so that a larger hollow shaft with the same outer diameter can be realized.
  • Fig. 1 shows in the view according to ll of Fig. 2, a harmonic drive gear formed by semicircle-like projections clamping elements 11, which are provided on the core 10 instead of (known in the prior art) rollers.
  • the clamping elements 11 slide in the intermediate toothed ring 30.
  • the support provided is an annular structure with a correspondingly large hollow shaft 12, which in principle makes it possible to achieve an external geometry similar to that in the device according to EP 0 743 474 B1.
  • 2 and 3 each show in a section according to 11-11 of FIG. 1 by a harmonic drive gear with cup-shaped intermediate toothed ring (30), wherein the embodiments of FIGS. 2 and 3 differ only by the design of the intermediate toothed ring 30 , This is shown in FIG. 2 at its the
  • External teeth 31 opposite end provided with a possibly opening for an output shaft of the core 10 having bottom 33.
  • a circumferential flange 34 is provided instead of a bottom 33.
  • Figs. 1 to 3 show the basic structure of a harmonic drive transmission.
  • This consists of three basic elements which are arranged coaxially to each other, namely a core 10 in the form of a hollow shaft 12 - in the embodiment two opposing - Aufspannementn 11, an outer surface 20 surrounding an outer ring 20 and a substantially cup-shaped intermediate toothed ring 30.
  • the outer toothed ring 20 is provided with an internal toothing 21, with which a provided on the bottom 33 or flange 34 of the core 10 end of the intermediate toothed ring 30 outer teeth 31 meshes, but only in the areas in which the intermediate toothed ring 30 is widened by the clamping elements 11 on the core 10 ,
  • FIGS. 4 a to 4 c show, in a sectional view corresponding to FIG. 3, three embodiments of a harmonic drive transmission according to the invention, in which the core 10 or the clamping elements 11 are prestressed in the direction of the bottom 33 or flange 34 of the intermediate toothed ring 30.
  • Fig. 4b 10 spring elements 13 are attached to a core.
  • the core 10 is made of plastic and is molded in one piece with the spring elements 13.
  • a plunger 51 having linear actuator 50 for example, a pneumatic or hydraulic cylinder, which may be controlled by a sensor signal.
  • Fig. 5 is a schematic illustration for illustrating the effect of wear.
  • the illustration on the left in the drawing shows outer ring 20 and intermediate ring 30 in the new condition, i. without wear-related play.
  • the illustration on the right in the drawing shows the corresponding parts 20, 30 in the worn state after appropriate running time. It can be seen that both the teeth 22a of the external toothed ring 20 and the clamping element 11a for the intermediate toothed ring 30 on the core 10 can be worn, resulting in a corresponding clearance between the external toothed ring 20 and the intermediate toothed ring 30.
  • Fig. 6 is finally schematically (in a section corresponding to FIG. 3), the axial displacement of the core 10 and the Aufspannement 11 (section through large ellipse semi-axis) in a harmonic drive gear to compensate for wear and to avoid play between the Gears 21, 31 of the outer ring 20 and the intermediate gear 30 shown.
  • a gearbox is shown in the new state top left.
  • Fig. 6, top right shows a worn gear with a corresponding clearance between the teeth of the outer toothed ring and the intermediate toothed ring.
  • the illustrations in Fig. 6, bottom show the positions of the parts of the transmission after displacement of the core (left) and the Aufspannement (right) to the right in the drawing, whereby the pot of the intermediate gear ring further widened and thereby the existing game itself between the teeth is compensated.

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Abstract

The invention relates to a transmission comprising - disposed coaxially relative to each other - a core (10) that is out of round in the cross-section thereof, a fixed external annular gear (20) having a cylindrical interior surface equipped with an internal gearing, and an elastically deformable intermediate annular gear (30) that is disposed between the core (10) and the external annular gear (20) and substantially has the shape of a hollow cylinder, said intermediate annular gear comprising an external gearing (31) at least in the region of the one axial end of the exterior surface thereof, said gearing corresponding to the internal gearing (21) of the external annular gear (20) with regard to the tooth dimensions thereof, however having a lower number of teeth than the internal gearing (21) of the external annular gear (20) across the circumference, wherein the intermediate annular gear (20) is deformed by means of at least one clamping element (11) disposed on the core (10) in the region of the external gearing (31) and engaging at the interior of the intermediate annular gear (30), the maximum radial extension of said element being greater than the inner radius of the intermediate annular gear (30), such that the external gearing (31) of the intermediate annular gear (30) meshes only in one or more circumferential regions with the internal gearing (21) of the external annular gear (20) (so-called harmonic drive transmission). The invention provides that the play of the intermediate annular gear (30) created for wear compensation is configured such that the outside surface at the other end thereof distant from the external gearing (31) substantially maintains the hollow cylinder shape, regardless of any influence of the at least one clamping element (11) on the core (10), and that the core (10) or the at least one clamping element (11) is disposed inside the intermediate annular gear (30) in an axially displaceable manner.

Description

Anordnung zum Verschleißausgleich bei insbes. aus Kunststoff bestehenden sog. "Harmonic-Drive"- Getrieben Arrangement for wear compensation in esp. Made of plastic so-called "Harmonic Drive" - transmissions
Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zum Sicherstellen der Spielfreiheit an einem sog. Harmonic-Drive-Getriebe über dessen Lebensdauer, insbesondere bei einem solchen Getriebe mit großer Hohlwelle und aus Kunststoff.The invention relates to means for ensuring the backlash on a so-called. Harmonic Drive gear over its life, especially in such a transmission with large hollow shaft and made of plastic.
Harmonic-Drive-Getriebe aus Stahl werden seit Jahren für Anwendungsfälle eingesetzt, die hohe Genauigkeiten und Lebensdauern erfordern (W.C. Müssen „The Harmonie Drive", Machine Design, 1960).Steel Harmonic Drive gears have been used for years in applications requiring high accuracies and lifetimes (W.C., "The Harmony Drive," Machine Design, 1960).
Sog. Harmonic-Drive-Getriebe bestehen im Prinzip aus nur drei Bauteilen: einem unrunden Kern, dem sog. WAVE GENERATOR, einem flexiblen, außenseitig verzahnten Zwischenzahnring, dem sog. FLEXSPLINE, und einem feststehenden, innenverzahnten Außenzahnring, dem sog. CIRCULAR SPLINE.So-called. In principle, Harmonic Drive transmissions consist of only three components: a non-circular core, the so-called WAVE GENERATOR, a flexible, externally toothed intermediate gear ring, the so-called FLEXSPLINE, and a fixed, internally toothed external gear ring, the so-called CIRCULAR SPLINE.
Ein zwei diametral gegenüberliegende Aufspannelemente aufweisender Kern als angetriebenes Teil verformt den Zwischenzahnring ellipsenförmig, so dass dieser sich in den gegenüberliegenden Bereichen seiner großen Ellipsenachse mit dem innenverzahnten Außenzahnring im Eingriff befindet. Beim Drehen des Kerns im Uhrzeigersinn verlagern sich die große Ellipsenachse und entsprechend der Zahneingriffsbereich des Zwischenzahnrings. Da der Zwischenzahnring weniger Zähne besitzt als der Außenzahnring, erfolgt pro Umdrehung des Kerns eine Relativbewegung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring im Gegenuhrzeigersinn.A core having two diametrically opposite clamping elements as a driven part deforms the intermediate toothed ring elliptically, so that it is in engagement with the internally toothed outer toothed ring in the opposite regions of its large ellipse axis. When turning the core in a clockwise direction, the large ellipse axis and correspondingly the tooth engagement area of the intermediate toothed ring shift. Since the intermediate toothed ring has fewer teeth than the outer toothed ring, a relative movement between the intermediate toothed ring and the outer toothed ring takes place in a counterclockwise direction per revolution of the core.
Dabei wird der Zwischenzahnring verformt, was in der Regel über ein Kugellager erfolgt, dessen Außenring elastisch verformbar ist. Der Zwischenzahnring ist bei der überwiegenden Zahl der Harmonic-Drive-Getriebe als elastischer Topf ausgebildet, an dessen Boden der Abtrieb angreift. Durch die Verformung des die mit dem Außenzahnring kämmende Verzahnung tragenden „Topfrandes" eines solchen Zwischenzahnringes mittels der Aufspannelemente des Kerns zur Ellipse wird die Wandfläche des Topfes komplex verformt, wobei ein Schnitt durch den Topf in der Achse der großen Ellipsenhalbachse des Kerns die Form eines zur Mittelachse des Topfes symmetrischen Trapezes zeigt, dessen lange Seite am „Topfrand" liegt.In this case, the intermediate toothed ring is deformed, which usually takes place via a ball bearing whose outer ring is elastically deformable. The intermediate toothed ring is designed as an elastic pot in the vast majority of harmonic drive gear, acts on the bottom of the output. Due to the deformation of the meshing with the external tooth ring "pot edge" of such an intermediate ring by means of the Aufspannelemente of the core to the ellipse, the wall surface of the pot is complex deformed, wherein a section through the pot in the axis of the large ellipse semi-axis of the core the shape of a Central axis of the pot symmetrical trapezoid shows, the long side of the "pot edge" is.
Alternativ kann der Zwischenzahnring statt des Topfbodens auch einen nach außen gerichteten Flansch, mithin die Form eines „Zylinderhutes ohne Deckel", aufweisen. Auch hier erfolgt die Verformung der Topfwand analog.Alternatively, instead of the pot bottom, the intermediate toothed ring can also have an outwardly directed flange, thus the shape of a "cylindrical hat without a lid." Here, too, the deformation of the pot wall takes place analogously.
Bei solchen Getrieben wird momentan über die gesamte Lebensdauer des Getriebes Spielfreiheit sichergestellt, indem zum einen das Kugellager keinen nennenswerten Verschleiß aufweist, zum anderen eventuell auftretender, minimaler Verschleiß in der Verzahnung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring durch die Federeigenschaften des im interessierenden Umfangsbereich kegelstumpfförmig aufgeweiteten und sich im Bereich der Verzahnung an den zylindrischen Außenzahnring anschmiegenden Zwischenzahnrings ausgeglichen wird.In such transmissions is currently ensured over the entire life of the transmission backlash by on the one hand, the ball bearing has no significant wear, on the other possibly occurring, minimal wear in the teeth between the intermediate ring and outer ring by the spring properties of the interest in the peripheral area frustoconical widened and in the Area of the toothing on the cylindrical outer tooth ring conforming intermediate gear ring is compensated.
Für große Stückzahlen sind seit einigen Jahren Harmonic-Drive-Getriebe aus Kunststoff auf dem Markt.For large quantities Harmonic Drive plastic gearboxes have been on the market for several years now.
Da ein Kugellager vergleichsweise teuer ist, werden hier alternative Kern- Ausführungen eingesetzt, die sich preiswerter realisieren lassen. Es werden zum Beispiel Rollen (W.C. Musser: „The Harmonie Drive", Machine Design, 1960) oder Planetenvorstufen verwendet. Eine besonders kostengünstige Ausführung stellt ein Kern mit Gleitlager dar, wie er z.B. aus der GB A 905015 oder der EP 0 743 474 B1 bekannt ist. Bei Verwendung von Gleitlagern am Kern kommt es an der Gleitfläche zwischen Kern bzw. dessen Aufspannelementen und Innenumfang des Zwischenzahnrings im Bereich der Verzahnung zu einer Abnutzung der Gleitfläche, vor allem am Kern oder den Aufspannelementen (aufgrund der höheren Flächenpressung). Gleichzeitig ist die Federwirkung eines Zwischenzahnrings aus Kunststoff deutlich geringer als jene eines Stahl-Zwischenzahnrings. Durch den Verschleiß (Abrieb) nimmt das Aufspannmaß des Kerns mit zunehmender Lebensdauer ab. Gleichzeitig verschleißen die Zahnflanken, wodurch größere Zahnlückenentstehen. Weil der Zwischenzahnring weniger aufgespannt wird, greifen seine Zähne weniger weit in die zusätzlich vergrößerten Zahnlücken des Außenzahnrings ein. Dadurch kommt es zu Spiel, und die Genauigkeit des Getriebes geht verloren.Since a ball bearing is relatively expensive, alternative core versions are used, which can be realized cheaper. For example, rolls (WC Musser: "The Harmony Drive", Machine Design, 1960) or planetary precursors are used A particularly cost-effective design is a core with plain bearings, as described, for example, in GB A 905015 or EP 0 743 474 B1 is known. When using plain bearings on the core, the sliding surface between the core or its clamping elements and the inner circumference of the intermediate toothed ring in the region of the toothing wear out of the sliding surface, in particular on the core or the clamping elements (due to the higher surface pressure). At the same time, the spring action of an intermediate toothed ring made of plastic is significantly lower than that of a steel intermediate toothed ring. Due to the wear (abrasion), the Aufspannmaß the core decreases with increasing life. At the same time wear the tooth flanks, resulting in larger tooth gaps. Because the intermediate toothed ring is less tensioned, its teeth engage less far in the additionally enlarged tooth gaps of the external tooth ring. This leads to play, and the accuracy of the transmission is lost.
Ein Ausgleich des Verschleißes ist durch radial bewegliche, abgefederte Aufspannelemente am Kern möglich (EP 0 743 474). Hierdurch wird sichergestellt, dass abgenutzte Aufspannelemente radial nachgeführt werden und somit die Zähne des Zwischenzahnrings weiter hinreichend in die Zahnlücken des Außenzahnrings gedrückt werden. Damit wird zwar die Spielfreiheit weitgehend wiederhergestellt. Die Mittel zur Erreichung der radialen Vorspannung benötigen jedoch radial Platz, der bei Anwendungen mit einer großen Hohlwelle möglicherweise nicht zur Verfügung steht.A compensation of the wear is possible by radially movable, sprung clamping elements on the core (EP 0 743 474). This ensures that worn clamping elements are radially tracked and thus the teeth of the intermediate gear ring are further pressed sufficiently into the tooth gaps of the outer ring gear. Thus, the freedom of play is largely restored. However, the means for achieving the radial bias require radial space, which may not be available in large hollow shaft applications.
Gegenstand der DE 195 20 555 A1 ist ein Wellgetriebe (Harmonic-Drive-Gethebe), bei dem der Zwischenzahnring nicht direkt sondern über eine flexible Steckwellenverbindung mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Bei einem Aufbau eines Wellgetriebes gemäß diesem Stand der Technik wird der eigentliche Zwischenzahnring nur elliptisch verformt und es steht infolgedessen stets die gesamte Zahnbreite der Verzahnungen von Außenzahnring und Zwischenzahnring für die Kraftübertragung zur Verfügung. Durch die bekannte Konstruktion soll auch erreicht werden, dass sich eine verschleißbedingte Spielerweiterung selbsttätig nachstellt, was aber nur für das Spiel zwischen der Steckwellenverbindung und dem eigentlichen Zwischenzahnring sowie für deren Lagerung zutreffen kann. Ein Ausgleich des infolge Abnützung der Verzahnungen von Außenzahnring und Zwischenzahnring sich vergrößernden Spiels ist nicht zu erwarten. Die Steckwellenverbindung erfordert außerdem zusätzliche Teile und einen erhöhten Montageaufwand.Subject of DE 195 20 555 A1 is a harmonic drive (Harmonic Drive Gethebe), in which the intermediate toothed ring is not directly but via a flexible plug-in shaft connection with the output shaft in connection. In a construction of a corrugated transmission according to this prior art, the actual intermediate toothed ring is deformed only elliptical and it is consequently always the entire tooth width of the teeth of external ring and intermediate toothed ring for power transmission available. By the known construction should also be achieved that a wear-related game extension automatically adjusts, but this can only apply to the game between the plug-in shaft connection and the actual intermediate gear ring and for their storage. A compensation of the wear due to wear of the teeth of external ring and intermediate ring expanding game is not expected. The plug-in shaft connection also requires additional parts and increased installation costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Ausgleich des Verschleißes und zur Sicherstellung der Spielfreiheit über die Lebensdauer bei Harmonic-Drive-Getrieben, insbesondere aus Kunststoff, zu schaffen, wobei ein möglichst großer Hohlwellendurchmesser erzielt werden soll.The invention has for its object to provide a simple and cost-effective way to compensate for wear and to ensure freedom from play over the life of harmonic drive gears, especially plastic, with the largest possible hollow shaft diameter to be achieved.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem dafür Sorge getragen wird, dass der Kern bzw. dessen Aufspannelemente - im Verlauf der Einsatzdauer des Getriebes - axial verschoben bzw. nachgeführt werden, ,so dass der Zwischenzahnring zunehmend stärker aufgespannt wird.This object is achieved according to the invention by making sure that the core or its Aufspannelemente - axially displaced or tracked over the course of the service life of the transmission, so that the intermediate toothed ring is increasingly clamped.
Mit anderen Worten heißt dies, dass im Neuzustand der Kern oder dessen Aufspannelemente am einen, „freien", außenzahnringseitigen, elliptisch stark verformten Ende des konischen Zwischenzahnrings angeordnet sind. Im verschlissenen Zustand sind der Kern oder die Aufspannelemente weiter zum anderen, fest eingespannten, im wesentlichen rund bzw. hohlzylindrisch bleibenden Ende des Zwischenzahnrings hin verschoben. Dadurch wird das Aufspannmaß hinsichtlich des Zwischenzahnrings vergrößert und der Verschleiß im Bereich der Verzahnung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring ausgeglichen.In other words, this means that in the new state, the core or its clamping elements are arranged on one, "free", outer ring side, elliptically strongly deformed end of the conical intermediate toothed ring .. In the worn state, the core or the clamping elements on the other, firmly clamped, im As a result, the mounting dimension with respect to the intermediate toothed ring is increased and the wear in the area of the toothing between the toothed ring and the outer toothed ring is compensated.
Mögliche Ausführungsformen für eine axiale Verstellung des Kerns oder der Aufspannelemente relativ zum Zwischenzahnring werden nachstehend erläutert.Possible embodiments for an axial adjustment of the core or the clamping elements relative to the intermediate toothed ring are explained below.
Die axiale Verschiebung des Kerns und ggf. entsprechend der Aufspannelemente kann durch axiale Federvorspannung des Kerns gegenüber einem Gehäuse erfolgen. Die Federn können metallisch oder aus Kunststoff und zwischen Kern und einem Gehäuse bzw. Gehäuseteil eingelegt oder direkt am Kern angeformt sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei kleinen Baugrößen und Kernen aus Kunststoff, die im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Die axiale Verschiebung des Kerns oder der Aufspannelemente im Vergleich zum Zwischenzahnring kann alternativ durch einen Linearaktuator, z.B. einen Pneumatikoder Hydraulikzylinder erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft bei größeren Baugrößen, bei denen eine genauere Nachstellung erforderlich ist. DerThe axial displacement of the core and possibly according to the Aufspannelemente can be done by axial spring bias of the core relative to a housing. The springs may be metallic or plastic and inserted between the core and a housing or housing part or formed directly on the core. This is particularly advantageous for small sizes and cores made of plastic, which are produced by injection molding. The axial displacement of the core or the clamping elements in comparison to the intermediate toothed ring can alternatively be effected by a linear actuator, for example a pneumatic or hydraulic cylinder. This is particularly advantageous for larger sizes where more accurate readjustment is required. Of the
Linearaktuator kann beispielsweise durch ein Sensorsignal geregelt werden, das z.B. durch einen Positions-, Kraft- oder Drehmomentsensor ausgegeben wird.Linear actuator can be controlled, for example, by a sensor signal, e.g. is output by a position, force or torque sensor.
Vorteile der erfindungsgemäßen Getriebe-Ausbildung sind folgende:Advantages of the transmission design according to the invention are the following:
Die axiale Relativverschiebung zwischen Kern oder Aufspannelementen und Zwischenzahnring bewirkt einen Spielausgleich und sorgt somit für Spielfreiheit über die gesamte Lebensdauer des Getriebes, auch bei einer kostengünstigen und kompakten Ausführung mit Gleitlagern, Aufspannelementen und/oder Kern aus Kunststoff.The axial relative displacement between the core or Aufspannelementen and intermediate toothed ring causes a clearance compensation and thus provides freedom from play over the entire life of the transmission, even with a cost-effective and compact design with plain bearings, clamping elements and / or plastic core.
Nachdem der Kern oder die Aufspannelemente axial verschoben werden statt radial bewegliche Aufspannelemente zu verwenden, vereinfacht sich die Geometrie des Kerns, insbesondere im Bereich radial innerhalb der Aufspannelemente. Wesentlich ist auch, dass weniger Platz benötigt wird, so dass eine größere Hohlwelle bei gleichem Außendurchmesser realisierbar ist.After the core or the clamping elements are axially displaced instead of using radially movable clamping elements, the geometry of the core is simplified, in particular in the area radially inside the clamping elements. It is also essential that less space is needed, so that a larger hollow shaft with the same outer diameter can be realized.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.Further details of the invention will become apparent from the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt im Ansicht gemäß l-l von Fig. 2 ein Harmonic-Drive-Getriebe mit durch halbkreisähnliche Vorsprünge gebildeten Aufspannelementen 11 , die am Kern 10 anstelle von (beim Stand der Technik bekannten) Rollen vorgesehen sind. Die Aufspannelemente 11 gleiten im Zwischenzahnring 30. Als Trägers wird ein ringförmiges Gebilde mit entsprechend großer Hohlwelle 12 vorgesehen, wodurch sich im Prinzip eine Außengeometrie ähnlich der bei der Vorrichtung gemäß EP 0 743 474 B1 erreichen lässt. Fig. 2 und 3 zeigen jeweils in einem Schnitt gemäß 11-11 von Fig. 1 durch ein Harmonic-Drive-Getriebe mit topfförmigem Zwischenzahnring (30), wobei sich die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 nur durch die Gestaltung des Zwischenzahnrings 30 unterscheiden. Dieser ist gemäß Fig. 2 an seinem derFig. 1 shows in the view according to ll of Fig. 2, a harmonic drive gear formed by semicircle-like projections clamping elements 11, which are provided on the core 10 instead of (known in the prior art) rollers. The clamping elements 11 slide in the intermediate toothed ring 30. The support provided is an annular structure with a correspondingly large hollow shaft 12, which in principle makes it possible to achieve an external geometry similar to that in the device according to EP 0 743 474 B1. 2 and 3 each show in a section according to 11-11 of FIG. 1 by a harmonic drive gear with cup-shaped intermediate toothed ring (30), wherein the embodiments of FIGS. 2 and 3 differ only by the design of the intermediate toothed ring 30 , This is shown in FIG. 2 at its the
Außenverzahnung 31 gegenüberliegenden Ende mit einem ggf eine Durchbrechung für eine Abtriebswelle des Kerns 10 aufweisenden Boden 33 versehen. In Fig. 3 ist statt eines Bodens 33 ein umlaufender Flansch 34 vorgesehen.External teeth 31 opposite end provided with a possibly opening for an output shaft of the core 10 having bottom 33. In Fig. 3, instead of a bottom 33, a circumferential flange 34 is provided.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen den grundsätzlichen Aufbau eines Harmonic-Drive-Getriebes. Dieses besteht aus drei Grundelementen, die koaxial zueinander angeordnet sind, nämlich einem Kern 10 in Form einer Hohlwelle 12 mit - beim Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegenden - Aufspannelementen 11 , einem eine Stirnfläche 23 umgebenden Außenzahnring 20 und einem im wesentlichen topfförmigen Zwischenzahnring 30. Der Außenzahnring 20 ist mit einer Innenverzahnung 21 versehen, mit der eine am dem Boden 33 bzw. Flansch 34 des Kerns 10 abgekehrten Ende des Zwischenzahnrings 30 vorgesehene Außenverzahnung 31 kämmt, allerdings nur in den Bereichen, in denen der Zwischenzahnring 30 durch die Aufspannelemente 11 am Kern 10 aufgeweitet ist.Figs. 1 to 3 show the basic structure of a harmonic drive transmission. This consists of three basic elements which are arranged coaxially to each other, namely a core 10 in the form of a hollow shaft 12 - in the embodiment two opposing - Aufspannelementen 11, an outer surface 20 surrounding an outer ring 20 and a substantially cup-shaped intermediate toothed ring 30. The outer toothed ring 20 is provided with an internal toothing 21, with which a provided on the bottom 33 or flange 34 of the core 10 end of the intermediate toothed ring 30 outer teeth 31 meshes, but only in the areas in which the intermediate toothed ring 30 is widened by the clamping elements 11 on the core 10 ,
Die Fig. 4a bis 4c zeigen in Schnittansichten entsprechend Fig 3 schematisch drei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Harmonic-Drive-Getriebes, bei dem der Kern 10 bzw. die Aufspannelemente 11 in Richtung auf den Boden 33 bzw. Flansch 34 des Zwischenzahnrings 30 vorgespannt sind.FIGS. 4 a to 4 c show, in a sectional view corresponding to FIG. 3, three embodiments of a harmonic drive transmission according to the invention, in which the core 10 or the clamping elements 11 are prestressed in the direction of the bottom 33 or flange 34 of the intermediate toothed ring 30.
Hierzu dienen gemäß Fig. 4a eines oder mehrere über den Umfang des Getriebes verteilte, sich an der Stirnfläche 23 und dem Kern 10 bzw. den Aufspannelementen 11 abstützende Federelemente 40.Serve as shown in FIG. 4a one or more distributed over the circumference of the transmission, on the end face 23 and the core 10 and the Aufspannelementen 11 supporting spring elements 40th
Gemäß Fig. 4b sind an einem Kern 10 Federelemente 13 befestigt. Vorzugsweise besteht der Kern 10 aus Kunststoff und ist einstückig mit den Federelementen 13 gespritzt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4c erfolgt die axiale Verschiebung des Kerns 10 bzw der Aufspannelemente 11 gegenüber dem Zwischenzahnring 30 mittels eines einen Stößel 51 aufweisenden Linearaktuators 50, z.B. eines Pneumatik- oder Hydraulikzylinders, der durch ein Sensorsignal geregelt sein kann.According to Fig. 4b 10 spring elements 13 are attached to a core. Preferably, the core 10 is made of plastic and is molded in one piece with the spring elements 13. In the embodiment of Fig. 4c, the axial displacement of the core 10 and the clamping elements 11 relative to the intermediate toothed ring 30 by means of a plunger 51 having linear actuator 50, for example, a pneumatic or hydraulic cylinder, which may be controlled by a sensor signal.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Effekts des Verschleißes Die Darstellung links in der Zeichnung zeigt Außenzahnring 20 und Zwischenzahnring 30 im Neuzustand, d.h. ohne verschleißbedingtes Spiel. Die Darstellung rechts in der Zeichnung zeigt die entsprechenden Teile 20, 30 im verschlissenen Zustand nach entsprechender Laufzeit. Dabei kann man erkennen, dass sowohl die Zähne 22a des Außenzahnring 20 als auch das Aufspannelement 11a für den Zwischenzahnring 30 am Kern 10 abgenutzt sein können, wodurch entsprechendes Spiel zwischen Außenzahnring 20 und Zwischenzahnring 30 entsteht.Fig. 5 is a schematic illustration for illustrating the effect of wear. The illustration on the left in the drawing shows outer ring 20 and intermediate ring 30 in the new condition, i. without wear-related play. The illustration on the right in the drawing shows the corresponding parts 20, 30 in the worn state after appropriate running time. It can be seen that both the teeth 22a of the external toothed ring 20 and the clamping element 11a for the intermediate toothed ring 30 on the core 10 can be worn, resulting in a corresponding clearance between the external toothed ring 20 and the intermediate toothed ring 30.
In Fig. 6 ist schließlich schematisch (in einem Schnitt entsprechend Fig. 3) die axiale Verschiebung des Kerns 10 bzw der Aufspannelemente 11 (Schnitt durch große Ellipsenhalbachse) bei einem Harmonic-Drive-Getriebe zum Ausgleich des Verschleißes und zur Vermeidung von Spiel zwischen den Verzahnungen 21 , 31 des Außenzahnrings 20 und des Zwischenzahnrings 30 dargestellt. In Fig. 6 ist links oben ein Getriebe im Neuzustand gezeigt. Fig. 6, rechts oben, zeigt ein verschlissenes Getriebe mit entsprechendem Spiel zwischen den Verzahnungen des Außenzahnrings und des Zwischenzahnrings. Die Darstellungen in Fig. 6, unten, zeigen die Positionen der Teile des Getriebes nach Verschiebung des Kerns (links) bzw. der Aufspannelemente (rechts) nach rechts in der Zeichnung, wodurch der Topf des Zwischenzahnrings weiter aufgeweitet und dadurch das an sich vorhandene Spiel zwischen den Verzahnungen ausgeglichen wird. In Fig. 6 is finally schematically (in a section corresponding to FIG. 3), the axial displacement of the core 10 and the Aufspannelemente 11 (section through large ellipse semi-axis) in a harmonic drive gear to compensate for wear and to avoid play between the Gears 21, 31 of the outer ring 20 and the intermediate gear 30 shown. In Fig. 6, a gearbox is shown in the new state top left. Fig. 6, top right, shows a worn gear with a corresponding clearance between the teeth of the outer toothed ring and the intermediate toothed ring. The illustrations in Fig. 6, bottom, show the positions of the parts of the transmission after displacement of the core (left) and the Aufspannelemente (right) to the right in the drawing, whereby the pot of the intermediate gear ring further widened and thereby the existing game itself between the teeth is compensated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Getriebe bestehend aus - koaxial zueinander angeordnet - einem im Querschnitt unrunden Kern (dem sog. Wave Generator - 10), einem feststehenden, eine mit einer Innenverzahnung versehene zylindrische Innenfläche aufweisenden1. gear consisting of - arranged coaxially to each other - a non-circular cross-section core (the so-called. Wave Generator - 10), a fixed, having a provided with an inner toothed cylindrical inner surface
Außenzahnring (dem sog. Circular Spline - 20) und einem zwischen Kern (10) und Außenzahnring (20) angeordneten, im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweisenden, elastisch verformbaren Zwischenzahnring (dem sog. Flexspline - 30) mit einer zumindest im Bereich des einen axialen Endes seiner Außenfläche vorhandenen Außenverzahnung (31), die hinsichtlich ihrerExternal toothed ring (the so-called circular spline - 20) and between the core (10) and external toothed ring (20) arranged substantially in the form of a hollow cylinder, elastically deformable intermediate toothed ring (the so-called. Flexspline - 30) with one at least in the region of one axial end of its outer surface existing external toothing (31), with respect to their
Zahndimensionen der Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) entspricht, jedoch über den Umfang eine geringere Zahnzahl als die Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) aufweist, wobei mittels wenigstens eines im Bereich der Außenverzahnung (31) innen an dem Zwischenzahnring (30) angreifenden, am Kern (10) angeordneten Aufspannelementes (11), dessen maximale radialeTooth dimensions of the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20), but over the circumference a smaller number of teeth than the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20), wherein by means of at least one in the outer toothing (31) inside of the intermediate toothed ring (30 ) engaging, on the core (10) arranged clamping element (11) whose maximum radial
Erstreckung größer ist als der innere Radius des Zwischenzahnrings (30), der Zwischenzahnring (30) derart verformt wird, dass die Außenverzahnung (31) des Zwischenzahnrings (30) nur in einem oder mehreren Umfangsbereichen mit der Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) kämmt, so dass bei Drehung des Kerns (10) mit dem wenigstens einen Aufspannelement (11) gegenüber demExtension is greater than the inner radius of the intermediate toothed ring (30), the intermediate toothed ring (30) is deformed such that the outer toothing (31) of the intermediate toothed ring (30) only in one or more peripheral regions with the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20) meshes, so that upon rotation of the core (10) with the at least one clamping element (11) relative to the
Außenzahnring (20) der mit einer Abtriebswelle (12) verbundene Zwischenzahnring (30) sich mit einer gegenüber der Winkelgeschwindigkeit des Kerns (10) erheblich verminderten Geschwindigkeit dreht (sog. Harmonic-Drive- Getriebe)External toothed ring (20) of the intermediate toothed ring (30) connected to an output shaft (12) rotates at a speed that is significantly reduced compared to the angular velocity of the core (10) (so-called harmonic drive gear).
dadurch gekennzeichnet,characterized,
- dass der Zwischenzahnring (30) so ausgebildet ist, dass seine Außenfläche an ihrem von der Außenverzahnung (31) entfernten anderen Ende unabhängig von der Einwirkung des wenigstens einen Aufspannelementes (11) am Kern (10) die Hohlzylinderform im Wesentlichen beibehält und dass das wenigstens eine Aufspannelement (11) innerhalb des Zwischenzahnrings (30) axial verschieblich angeordnet ist.- That the intermediate toothed ring (30) is formed so that its outer surface at its from the outer toothing (31) remote other end independently of the action of the at least one Aufspannelementes (11) on the core (10) substantially retains the hollow cylindrical shape and that the at least one clamping element (11) within the intermediate toothed ring (30) is arranged axially displaceable.
2. Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Aufspannelement (11) mittels Federkraft oder eines Stellgliedes axial in Richtung auf das andere Ende des Zwischenzahnrings (30) verschiebbar ist.2. Transmission according to claim 1, characterized in that the at least one clamping element (11) by means of spring force or an actuator axially in the direction of the other end of the intermediate toothed ring (30) is displaceable.
3. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kern (10) eine die axiale Verschiebung bewirkende Feder befestigt ist.3. Transmission according to claim 1 and 2, characterized in that on the core (10) is fixed an axial displacement causing spring.
4. Getriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kern (10) oder das Aufspannelement (11) eine die axiale Verschiebung bewirkende Feder angeformt ist.4. Transmission according to claim 1 to 3, characterized in that on the core (10) or the clamping element (11) has an axial displacement causing spring is formed.
5. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine die axiale Verschiebung des Aufspannelementes (11) bewirkende Feder zwischen den Kern (10) und ein Gehäuseteil des Getriebes eingelegt ist.5. Transmission according to claim 1 and 2, characterized in that at least one axial displacement of the Aufspannelementes (11) causing spring between the core (10) and a housing part of the transmission is inserted.
6. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Verschiebung wenigstens einen Aufspannelementes (11) ein Linearaktuator, beispielsweise ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder dient.6. Transmission according to claim 1 and 2, characterized in that for axial displacement at least one Aufspannelementes (11) is a linear actuator, for example, a pneumatic or hydraulic cylinder is used.
7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearaktuator durch ein Sensorsignal geregelt ist. 7. Transmission according to claim 6, characterized in that the linear actuator is controlled by a sensor signal.
8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenzahnring (30) topfförmig mit einem den Anschluss für eine Abtriebswelle bildenden, kreis- oder ringscheibenförmigen Boden (33,34) ausgebildet ist.8. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate toothed ring (30) cup-shaped with a connection for an output shaft forming, circular or annular disc-shaped bottom (33,34) is formed.
9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (33,34) des9. Transmission according to claim 8, characterized in that the bottom (33,34) of the
Zwischenzahnrings (30) den Mantel des Hohlzylinders radial nach außen überragt.Intermediate toothed ring (30) projects beyond the shell of the hollow cylinder radially outward.
10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10) wenigstens zwei in gleichem Winkelabstand angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Aufspannelemente (11) aufweist, die mit ihren10. A transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the core (10) has at least two equiangularly spaced, radially outwardly extending clamping elements (11), with their
Außenenden die Außenverzahnung (31) des Zwischenzahnrings (30) in die Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) drücken, und dass die Zähnezahl der Außenverzahnung (31) des Zwischenzahnrings (30) um einen der Anzahl der Aufspannelemente (11) entsprechende Anzahl geringer ist als die Zähnezahl der Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20).Press the outer teeth (31) of the intermediate toothed ring (30) in the inner toothing (21) of the outer toothed ring (20), and that the number of teeth of the outer toothing (31) of the intermediate toothed ring (30) by a number of the Aufspannelemente (11) corresponding number smaller is the number of teeth of the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20).
11. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Kern (10) mit den Aufspannelementen (11) und der Zwischenzahnring (30) aus Kunststoff bestehen. 11. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that at least the core (10) with the Aufspannelementen (11) and the intermediate toothed ring (30) made of plastic.
PCT/EP2009/001725 2008-03-16 2009-03-11 Arrangement for wear compensation, particularly with so-called “harmonic drive” transmissions made of plastic WO2009115219A1 (en)

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