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WO2023131371A1 - Wellgetriebe - Google Patents

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WO2023131371A1
WO2023131371A1 PCT/DE2022/100920 DE2022100920W WO2023131371A1 WO 2023131371 A1 WO2023131371 A1 WO 2023131371A1 DE 2022100920 W DE2022100920 W DE 2022100920W WO 2023131371 A1 WO2023131371 A1 WO 2023131371A1
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WO
WIPO (PCT)
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assembly
output
seal
roller bearing
flexible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2022/100920
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Motzkau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to JP2024541195A priority Critical patent/JP7770579B2/ja
Priority to KR1020247021581A priority patent/KR20240108557A/ko
Priority to CN202280088017.XA priority patent/CN118489038A/zh
Priority to US18/727,170 priority patent/US12460709B2/en
Publication of WO2023131371A1 publication Critical patent/WO2023131371A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003Features of the flexsplines therefor

Definitions

  • the invention relates to a strain wave gear suitable for use as an actuating gear of an industrial robot, for example, according to the preamble of claim 1 .
  • a harmonic drive of this type is known, for example, from DE 10 2016 207 612 A1.
  • the well-known harmonic drive has a flexible toothed component in the form of a collar sleeve, which is attached at least indirectly to a surrounding component.
  • a rigid toothed component which acts as an output element of the harmonic drive and interacts directly with the flexible toothed component, is rotatably arranged in the surrounding component.
  • wave gears in which a collar sleeve is attached to an assembly that can be rotated as a whole, are known, for example, in the documents DE 10 2018 128 930 A1, WO 2017/206988 A1 and DE 10 2017 128 423 A1.
  • the three cases mentioned are strain wave gears in electromechanical camshaft adjusters.
  • a strain wave gear with a flexible gear element that describes a modified collar shape.
  • both the inner and the outer edge of a flat, annular disk-shaped portion of the flexible gear element goes into a cylindrical portion, with the inner cylindrical section is an external toothing and the outer cylindrical section is significantly shorter compared to the inner cylindrical section in the axial direction of the transmission element and thus the overall harmonic drive.
  • the flexible gear element is subsumed under the term collar sleeve.
  • a collar sleeve has a sleeve-shaped, externally toothed section, which is adjoined by a radially outwardly directed, annular disk-shaped section, ie collar.
  • the outer toothing of the sleeve-shaped section is located exclusively in a region of the sleeve-shaped section that is spaced apart from the collar.
  • a manipulator arm for a robot is known from DE 10 2020 107 990 A1.
  • the manipulator arm can be adjusted by means of a printed circuit board motor and a gear, with the gear being able to be designed as a strain wave gear, cycloidal gear or planetary gear.
  • the invention is based on the object of specifying a strain wave gear which is suitable for use in an industrial robot, among other things, and which has been further developed compared to the prior art, in particular from the point of view of lubrication technology.
  • the strain wave gear comprises a first subassembly, to which a flexible gear element designed as a collar sleeve and provided with external teeth is fastened, as well as a wave generator provided for deforming the flexible gear element.
  • An output-side assembly of the harmonic drive has an internal toothing meshing with the external toothing of the flexible transmission element.
  • the output-side assembly is mounted in the first assembly by means of a roller bearing, the roller bearing being sealed on both sides by a seal acting between the first assembly and the output-side assembly, and one of these two seals, namely the inner seal, on the roller bearing Facing away side limited a lubricant space, which extends up to the teeth of the flexible transmission element and the output-side assembly.
  • the invention is based on the consideration that actuating gears that are used in robots often have no limitation of the angle of rotation.
  • one of the seals which is referred to as an inner seal to distinguish it from other seals, creates a first lubricated space, namely the space in which the roller bearing that supports the output-side assembly is located a second space, namely the space in which the meshing teeth of the collar sleeve on the one hand and the driven-side assembly on the other hand are located.
  • the latter space is also generally referred to as the lubricant space.
  • the lubricant chamber on the one hand and the roller bearing supporting the output-side assembly on the other hand can be filled with different lubricants.
  • the contact surfaces between the toothing of the collar sleeve and the output-side internal toothing can be lubricated with a comparatively thin, ie low-viscosity grease, whereas the named roller bearing is lubricated with a relatively high-viscosity grease.
  • the good fluidity of the grease in the lubricant space ie in that space which extends to the teeth of the collar sleeve and the output-side assembly, is matched to a high speed of the wave generator.
  • the output element is ment, due to the characteristics of the strain wave gear as a highly reduced actuating gear, pivoted only slowly.
  • the bearing with which the output-side assembly is mounted in the first assembly has to absorb comparatively high forces.
  • both the relative speeds that occur and the forces acting within the harmonic drive underline the advantage of using a relatively tough, i.e. highly viscous lubricant for lubricating the rolling bearing, generally referred to as the main bearing, with which the output-side assembly is mounted in the first assembly.
  • Both the lubricant which immediately surrounds the collar sleeve, ie which is located in the lubricant space mentioned, and the lubricant which is used to lubricate the main bearing can be grease.
  • the lubricant space can be lubricated with oil and the main bearing with grease.
  • the inner seal ensures that the different lubricants do not mix, or at most insignificantly.
  • the inner seal is located, for example, between an end face of the output-side assembly and the collar of the flexible transmission element. In comparison to the external toothing of the collar sleeve, its collar is deformed only relatively little during operation of the harmonic drive, if any significant deformation of the collar occurs at all.
  • the inner seal which is located on the end face of the output-side assembly, therefore has to absorb only small relative movements of elements of the strain wave gear rotating in the axial direction. Since the collar of the flexible gear element is firmly connected to the first assembly, while the output-side assembly rotates, the inner seal is a dynamic seal.
  • the inner seal can be designed as a seal that makes contact with the collar of the flexible gear element.
  • the seal has a metal core which is inserted into a groove on the end face of the assembly on the output side.
  • a compliant sealing element typically made of an elastomeric material, surrounding the optional metal core may have a single sealing lip or an arrangement of multiple sealing lips which abuts the collar of the flexible gear element, whereby a one-sided or double-sided sealing effect can be provided.
  • a felt or PTFE ring such as is used in stuffing pump packings, can also be used as the inner seal of the harmonic drive.
  • the harmonic drive includes a third seal, which is attached to the first housing assembly.
  • the third seal can be held on a cylindrical inner section of the first housing assembly.
  • this plane can also intersect the roller bearing with which the output-side assembly is mounted in the first assembly.
  • the third seal attached to the first housing assembly may contact the collar of the flexible gear.
  • the third seal is opposite the seal that delimits the lubricant chamber, which extends to the teeth of the collar sleeve and the assembly on the output side.
  • the roller bearing, with which the output-side assembly is mounted in the first assembly is also referred to as the main bearing.
  • the main bearing is, for example, a multi-row bearing, in particular a double-row angular roller bearing. Raceways of the roller bearing can be formed by the same component of the output-side assembly in which the seal is inserted, which limits the lubricant space extending up to the teeth of the flexible transmission element and the output-side assembly.
  • the output-side assembly of the harmonic drive can describe a basic cylindrical shape, either as a whole or with part of this assembly, which is located radially outside the external toothing of the flexible transmission element and at the same time radially inside a section of the first assembly.
  • the assembly on the output side or a part of this assembly can be arranged radially outside of a section of the first assembly.
  • the latter section is in particular that section on which the third seal is located.
  • the third seal only has to absorb small relative movements and is therefore also referred to as a quasi-static seal. With this seal, a metal core is not necessary.
  • the strain wave gear has different seals, which can be designed differently according to the respective requirements.
  • a strain wave gear identified overall by the reference number 1, is provided as an actuating gear of an industrial robot, not shown in any more detail.
  • harmonic drive 1 With regard to the basic function of harmonic drive 1, reference is made to the prior art cited at the outset.
  • the harmonic drive 1 comprises a first assembly 2, which is firmly connected to a robot arm and is also referred to as a housing assembly without loss of generality.
  • the housing assembly 2 comprises a plurality of housing components 3, 4, 5.
  • the first housing component 3, like the second housing component 4, describes an annular shape, whereas the third housing component 5 is more extensive in the direction of the central axis of the harmonic drive 1 and has an inner section 7 with a basic cylindrical shape.
  • the three housing components 3, 4, 5 describe an LI shape in the section shown in Fig. 1, with a ring-shaped circumferential space existing between the inner section 7 and the housing components 3, 4, in which an output-side assembly 12 of the Wave gear 1 engages.
  • the assembly 12 on the output side is connected to a further robot arm to be adjusted or to an end effector of the robot.
  • a static seal within the housing assembly 2 is 6, a likewise static seal within the output side assembly
  • the housing components 3, 4, 5 are firmly connected to one another by a screw connection, not shown. Furthermore, a flexible transmission component 8 is connected to the housing components 3, 4, 5, which is designed as a collar sleeve.
  • the collar of the flexible transmission component 8 labeled 9 is fixed between the middle housing component 4 and the housing component 5 .
  • the collar 9 can be at least slightly elastically deflected in its area which protrudes radially inwards beyond the housing disk 6 .
  • a sleeve-shaped section 10 of the flexible transmission component 8 adjoins the inner edge of the collar 9, which section can also be elastically deflected.
  • the sleeve-shaped section 10 has an external toothing 11 which is spaced apart from the collar 9 and extends to the end face of the collar sleeve 8 opposite the collar 9 .
  • the external toothing 11 partially meshes with an internal toothing 14 of a ring gear 13 which is attributable to the assembly 12 on the output side.
  • the output-side assembly 12 further includes a ring gear
  • a wave generator 16 is provided for deforming the flexible gear component 8 during operation of the strain wave gear 1 .
  • the wave generator 16 has a shaft 17 which at the same time forms a roller bearing inner ring on which rolling elements 18, namely balls, which are guided in a cage 19, roll.
  • the roller bearing inner ring 17 is rigid in itself and has an elliptical, non-circular shape.
  • the associated outer ring 20 is elastically flexible and adapts to the non-running the shape of the roller bearing inner ring 17. As a result, the external toothing 11 is brought into engagement with the internal toothing 14 at two diametrically opposite points, while the internal toothing 14 is otherwise lifted off the external toothing 11 .
  • the area of the sleeve-shaped section 10 provided with the external teeth 11 rests loosely on the outer ring 20 . Slightly different numbers of teeth of the external toothing 11 on the one hand and the internal toothing 14 on the other ensure, in a manner known per se, that a full revolution of the shaft 17 is converted into only a small pivoting between the first assembly 2 and the assembly 12 on the output side.
  • the shaft 17 is mounted in the housing assembly 2 with the aid of a ball bearing 21 .
  • the ball bearing 21 has an inner ring 22 , seals 23 and an outer ring 24 inserted into the housing component 5 .
  • the outer ring 24 is inserted into a cylindrical inner peripheral surface of the inner portion 7 .
  • a seal 25 is held on the housing component 5 of the first assembly 2 in a flat, annular disk-shaped area radially outside the inner section 7 , which contacts the collar 9 on its outside, ie on the side facing away from the sleeve-shaped section 10 .
  • the seal 25 represents a quasi-static seal.
  • the outer peripheral surface of the sleeve-shaped section 10 defines a cavity which is further defined by the driven-side assembly 12 and is thus arranged essentially concentrically between the sleeve-shaped section 10 and the annular driven-side element 15 .
  • the cavity extends to the teeth 11, 14.
  • the teeth 11, 14 are lubricated with a lubricant, namely grease, which can move freely in the cavity, as in Figure 1 is illustrated by arrows. In this case, a flow of lubricant can be triggered in particular by the deformation of the transmission component 8 .
  • Said cavity represents a lubricant space which extends over the entire length of the sleeve-shaped section 10 to be measured in the axial direction.
  • the lubricant chamber has a non-uniform thickness.
  • the lubricant chamber is delimited by an annular circumferential web 26 which is formed by the ring gear 13 on its inner circumference, adjacent to the internal toothing 14 and overlaps with the annular element 15 on the output side in the axial direction.
  • an attachment part 27 designed as a cap, which represents a barrier for the lubricant which lubricates the toothings 11 , 14 and also the wave generator 16 .
  • a cylindrical portion 28 of the boss part 27 is held on the outer peripheral surface of the ring gear 13 .
  • the ring-shaped element 15 on the output side, which adjoins the ring gear 13 at the front, has an outer sealing section 29 .
  • a seal 30 is effective between the sealing section 29 , which represents a cylindrical outer peripheral surface, and the first housing component 3 .
  • the seal 30 is designed as a contacting seal with a metallic core 31 and a sealing element 32 surrounding it and made of an elastomer.
  • a sealing lip of the seal 30 is denoted by 33 .
  • a main bearing 34 with which the output-side assembly 12 is mounted in the housing assembly 2 .
  • the main bearing 34 is designed as a double-row angular roller bearing, with the rows of rolling elements being denoted by 35, 36.
  • the rolling elements designated 37 are located in an X arrangement in the main bearing 34, ie roller bearings, and are guided in cages 38.
  • the double row roller bearing 34 is capable of absorbing radial loads, axial loads and tilting loads.
  • the main bearing 34 is sealed at one of its end faces by the seal 30 and is lubricated with a grease which is tougher than the lubricant for lubricating the flexible transmission component 8 .
  • the main bearing 34 is sealed by a seal 40, which is referred to as an inner seal and is located on a sealing section 39 on the end face.
  • the seal 40 faces the seal 25 .
  • a metallic core is denoted by 41, a sealing element by 42 and a sealing lip by 43.
  • the seal is 40, the basic structure of which Seen from the other orientation of the elements 41, 42, which corresponds to the structure of the seal 30, is inserted into a front-side groove 44 of the ring-shaped output-side element 15.
  • the sealing lip 43 rests against the collar 9 .
  • the space in which the main bearing 34 is located is separated from the space in which the lubricated toothings 11 , 14 are located by the seal 40 in terms of lubrication.
  • a significant mixing of the different lubricants does not take place.
  • the lubrication can be designed as lifetime lubrication or options for relubrication can be provided.
  • Housing assembly first assembly first housing component second housing component third housing component

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Abstract

Ein Wellgetriebe, insbesondere für einen Industrieroboter, umfasst eine erste Baugruppe (2), an welcher ein als Kragenhülse (8) ausgebildetes flexibles, mit einer Außenverzahnung (11) versehenes Getriebeelement befestigt ist, sowie einen zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes (8) vorgesehenen Wellgenerator (16) und eine abtriebsseitige Baugruppe (12), welche eine mit der Außenverzahnung (11) des flexiblen Getriebeelementes (11) kämmende Innenverzahnung (14) aufweist. Die abtriebsseitige Baugruppe (12) ist mittels eines Wälzlagers (34) in der ersten Baugruppe (2) gelagert, wobei das Wälzlager (34) zu beiden Seiten hin durch jeweils eine zwischen der ersten Baugruppe (2) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) wirksame Dichtung (30, 40) abgedichtet ist, und wobei eine dieser beiden Dichtungen (40) auf ihrer dem Wälzlager (34) abgewandten Seite einen Schmiermittelraum begrenzt, welcher sich bis zu den Verzahnungen (11, 14) des flexiblen Getriebeelementes (8) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) erstreckt.

Description

Wellqetriebe
Die Erfindung betrifft ein beispielsweise zur Verwendung als Stellgetriebe eines Industrieroboters geeignetes Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe ist zum Beispiel aus der DE 10 2016 207 612 A1 bekannt. Das bekannte Wellgetriebe weist ein flexibles Verzahnungsbauteil in Form einer Kragenhülse auf, das zumindest indirekt an einem Umgebungsbauteil befestigt ist. In dem Umgebungsbauteil ist ein in sich starres Verzahnungsbauteil, welches als Abtriebselement des Wellgetriebes fungiert und direkt mit dem flexiblen Verzahnungsbauteil zusammenwirkt, drehbar angeordnet. An verschiedenen Stellen des bekannten Wellgetriebes befinden sich statische Abdichtungen.
Verschiedene Ausführungsformen von Wellgetrieben, bei denen eine Kragenhülse an einer Baugruppe befestigt ist, welche als Ganzes drehbar ist, sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2018 128 930 A1 , WO 2017/206988 A1 und DE 10 2017 128 423 A1 bekannt. In den drei genannten Fällen handelt es sich um Wellgetriebe in elektromechanischen Nockenwellenverstellern.
Die DE 10 2017 119 461 A1 offenbart ein Wälzlager für ein Wellgetriebe. Ein Innenring dieses Wälzlagers weist einen Innenring mit einer elliptischen Umfangskontur auf. Zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers ist eine Dichtung angeordnet, die am Innenring drehfest abgestützt ist und mit einer elliptischen Umfangskontur am Außenring anliegt.
Die DE 10 2017 114 175 B3 offenbart ein Wellgetriebe mit einem flexiblen Getriebeelement, welches eine modifizierte Kragenform beschreibt. In diesem Fall geht sowohl der innere als auch der äußere Rand eines ebenen, ringscheibenförmigen Abschnitts des flexiblen Getriebeelementes in einen zylindrischen Abschnitt über, wobei sich am inneren zylindrischen Abschnitt eine Außenverzahnung befindet und der äußere zylindrische Abschnitt im Vergleich zum inneren zylindrischen Abschnitt in Axialrichtung des Getriebeelementes und damit insgesamten Wellgetriebes deutlich kürzer ist. Auch mit dieser modifizierten Kragenform wird das flexible Getriebeelement unter den Begriff Kragenhülse subsumiert. Allgemein weist eine Kragenhülse einen hülsenförmigen, außenverzahnten Abschnitt auf, an welchen ein radial nach außen gerichteter, ringscheibenförmiger Abschnitt, das heißt Kragen, anschließt. Typischerweise befindet sich die Außenverzahnung des hülsenförmigen Abschnitts ausschließlich in einem vom Kragen beabstandeten Bereich des hülsenförmigen Abschnitts.
Aus der DE 10 2020 107 990 A1 ist ein Manipulatorarm für einen Roboter bekannt. Der Manipulatorarm ist mittels eines Leiterplattenmotors und eines Getriebes verstellbar, wobei das Getriebe als Wellgetriebe, Zykloidengetriebe oder Planetengetriebe ausgeführt sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter anderem für die Verwendung in einem Industrieroboter geeignetes, gegenüber dem Stand der Technik insbesondere unter schmierungstechnischen Aspekten weiterentwickeltes Wellgetriebe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Das Wellgetriebe umfasst eine ersten Baugruppe, an welcher ein als Kragenhülse ausgebildetes flexibles, mit einer Außenverzahnung versehenes Getriebeelement befestigt ist, sowie einen zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes vorgesehenen Wellgenerator. Eine abtriebsseitige Baugruppe des Wellgetriebes weist eine mit der Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes kämmende Innenverzahnung auf. Die abtriebsseitige Baugruppe ist mittels eines Wälzlagers in der ersten Baugruppe gelagert, wobei das Wälzlager zu beiden Seiten hin durch jeweils eine zwischen der ersten Baugruppe und der abtriebsseitigen Baugruppe wirksame Dichtung abgedichtet ist, und wobei eine dieser beiden Dichtungen, nämlich Innendichtung, auf ihrer dem Wälzlager abgewandten Seite einen Schmiermittelraum begrenzt, welcher sich bis zu den Verzahnungen des flexiblen Getriebeelementes und der abtriebsseitigen Baugruppe erstreckt. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Stellgetriebe, die in Robotern zum Einsatz kommen, in vielen Fällen keine Drehwinkelbegrenzung aufweisen. Die fehlende Drehwinkelbegrenzung kann zusammen mit einer Pumpwirkung, die durch das permanente Verformen eines flexiblen Getriebeelementes, insbesondere das Abrollen einer Verzahnung eines flexiblen Getriebeelementes auf einem in sich starren Getriebeelement, gegeben ist, eine Fettbewegung in Gang setzen, die zu einem Druckaufbau innerhalb des Stellgetriebes führt. Zusammen mit einer fehlenden Entlüftung und einem beim Betrieb auftretenden Temperaturanstieg, welcher sowohl durch Reibung als auch durch einen Stellmotor bedingt sein kann, ist bei herkömmlichen Lösungen letztlich das Risiko eines Fettaustritts aus dem Stellgetriebe gegeben.
Diesem Risiko wird beim anmeldungsgemäßen Wellgetriebe dadurch effizient entgegengewirkt, dass durch eine der Dichtungen, welche zur sprachlichen Unterscheidung von anderen Dichtungen als Innendichtung bezeichnet wird, ein erster geschmierter Raum, nämlich der Raum, in welchem sich das Wälzlager, welches die abtriebsseitige Baugruppe lagert, von einem zweiten Raum, nämlich dem Raum, in welchem sich die miteinander kämmenden Verzahnungen der Kragenhülse einerseits und der abtriebsseitigen Baugruppe andererseits befinden, getrennt ist. Der letztgenannte Raum wird allgemein auch als Schmiermittelraum bezeichnet.
Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass der Schmiermittelraum einerseits und das die abtriebsseitige Baugruppe lagernde Wälzlager andererseits mit unterschiedlichen Schmierstoffen befüllt sein können. Insbesondere können die Kontaktflächen zwischen der Verzahnung der Kragenhülse und der abtriebsseitigen Innenverzahnung mit einem vergleichsweise dünnflüssigen, das heißt niedrigvoskosen Fett geschmiert sein, wogegen das genannte Wälzlager mit einem relativ hochviskosen Fett geschmiert ist. Die gute Fließfähigkeit des Fetts im Schmiermittelraum, das heißt in demjenigen Raum, welcher sich zu den Verzahnungen der Kragenhülse sowie der abtriebsseitigen Baugruppe erstreckt, ist hierbei auf eine hohe Drehzahl des Wellgenerators abgestimmt. Im Vergleich zur Drehzahl des Wellgenerators wird das Abtriebsele- ment, bedingt durch die Charakteristik des Wellgetriebes als hochuntersetztes Stellgetriebe, nur langsam verschwenkt.
Andererseits hat die Lagerung, mit welcher die abtriebsseitige Baugruppe in der ersten Baugruppe gelagert ist, vergleichsweise hohe Kräfte aufzunehmen. Beide Aspekte, sowohl auftretende Relativgeschwindigkeiten als auch innerhalb des Wellgetriebes wirkende Kräfte, unterstreichen den Vorteil der Verwendung eines relativ zähen, das heißt hochviskosen Schmiermittels zur Schmierung des allgemein als Hauptlager bezeichneten Wälzlagers, mit welchem die abtriebsseitige Baugruppe in der ersten Baugruppe gelagert ist.
Sowohl bei dem Schmiermittel, welches die Kragenhülse unmittelbar umgibt, das heißt welches sich im genannten Schmiermittelraum befindet, als auch bei dem Schmiermittel, mit welchem das Hauptlager geschmiert ist, kann es sich um ein Fett handeln. Alternativ kann beispielsweise der Schmiermittelraum mit Öl und das Hauptlager mit Fett geschmiert sein. In allen Fällen sorgt die Innendichtung dafür, dass sich die verschiedenen Schmierstoffe nicht oder höchstens unwesentlich vermischen.
Die Innendichtung befindet sich beispielsweise zwischen einer Stirnseite der abtriebsseitigen Baugruppe und dem Kragen des flexiblen Getriebeelementes. Im Vergleich zur Außenverzahnung der Kragenhülse wird deren Kragen beim Betrieb des Wellgetriebes nur relativ wenig verformt, sofern überhaupt eine nennenswerte Verformung des Kragens auftritt. Somit hat die Innendichtung, welche sich stirnseitig an der abtriebsseitigen Baugruppe befindet, nur geringe Relativbewegungen in axialer Richtung rotierender Elemente des Wellgetriebes aufzunehmen. Da der Kragen des flexiblen Getriebeelementes fest mit der ersten Baugruppe verbunden ist, wogegen die abtriebsseitige Baugruppe rotiert, handelt es sich bei der Innendichtung um eine dynamische Dichtung. Insbesondere kann die Innendichtung als den Kragen des flexiblen Getriebeelementes kontaktierende, berührende Dichtung ausgebildet sein. Beispielsweise hat die Dichtung einen Metallkern, welcher in eine stirnseitige Nut der abtriebsseitigen Baugruppe eingesetzt ist. Ein nachgiebiges Dichtelement, typischerweise aus einem Elastomermaterial, welches den optionalen Metallkern umgibt, kann eine einzelne Dichtlippe oder eine Anordnung aus mehreren Dichtlippen aufweisen, welche am Kragen des flexiblen Getriebeelements anliegt, womit eine einseitige oder beidseitige Dichtwirkung gegeben sein kann. In abgewandelten Ausführungsformen kann auch ein Filz- oder PTFE-Ring, wie er beispielsweise bei Stopfpumppackungen zum Einsatz kommt, als Innendichtung des Wellgetriebes verwendet werden.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung umfasst das Wellgetriebe eine dritte Dichtung, wobei diese an der ersten Gehäusebaugruppe befestigt ist. Insbesondere kann die dritte Dichtung an einem zylindrischen Innenabschnitt der ersten Gehäusebaugruppe gehalten sein. In besonders kompakter Bauform existiert eine zur Rotationsachse des Wellgetriebes normale Ebene, das heißt Radialebene, welche sowohl die dritte Dichtung als auch die Innendichtung schneidet. Darüber hinaus kann diese Ebene auch das Wälzlager schneiden, mit welchem die abtriebsseitige Baugruppe in der ersten Baugruppe gelagert ist.
Alternativ kann die dritte, an der ersten Gehäusebaugruppe befestigte Dichtung den Kragen des flexiblen Getriebeelementes kontaktieren. Die dritte Dichtung liegt hierbei derjenigen Dichtung gegenüber, die den Schmiermittelraum begrenzt, welcher sich bis zu den Verzahnungen der Kragenhülse und der abtriebsseitigen Baugruppe erstreckt.
Das Wälzlager, mit welchem die abtriebsseitige Baugruppe in der ersten Baugruppe gelagert ist, wird auch als Hauptlager bezeichneten. Bei dem Hauptlager handelt es sich beispielsweise um ein mehrreihiges Lager, insbesondere ein zweireihiges Schrägrollenlager. Laufbahnen des Wälzlagers können durch dieselbe Komponente der abtriebsseitigen Baugruppe gebildet sein, in welche die Dichtung eingesetzt ist, die den sich bis zu den Verzahnungen des flexiblen Getriebeelementes und der abtriebsseitigen Baugruppe erstreckenden Schmiermittelraum begrenzt. Die abtriebsseitige Baugruppe des Wellgetriebes kann insgesamt oder mit einem Teil dieser Baugruppe eine zylindrische Grundform beschreiben, welche sich radial außerhalb der Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes und zugleich radial innerhalb eines Abschnitts der ersten Baugruppe befindet. Zugleich kann die abtriebsseitige Baugruppe beziehungsweise ein Teil dieser Baugruppe radial außerhalb eines Abschnitts der ersten Baugruppe angeordnet sein. Bei dem letztgenannten Abschnitt handelt es sich insbesondere um denjenigen Abschnitt, auf welchem sich die dritte Dichtung befindet. Im Unterschied zur Innendichtung hat die dritte Dichtung nur geringe Relativbewegungen aufzunehmen und wird dementsprechend auch als quasi statische Dichtung bezeichnet. Bei dieser Dichtung ist ein Metallkern entbehrlich, Somit weist das Wellgetriebe verschiedene Dichtungen auf, die entsprechend den jeweiligen Anforderungen unterschiedlich gestaltet sein können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe ist als Stellgetriebe eines nicht weiter dargestellten Industrieroboters vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
Das Wellgetriebe 1 umfasst eine erste Baugruppe 2, welche fest mit einem Roboterarm verbunden ist und ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Gehäusebaugruppe bezeichnet wird. Die Gehäusebaugruppe 2 umfasst mehrere Gehäusebauteile 3, 4, 5. Das erste Gehäusebauteil 3 beschreibt ebenso wie das zweite Gehäusebauteil 4 eine Ringform, wogegen das dritte Gehäusebauteil 5 in Richtung zur Mittelachse des Wellgetriebes 1 ausgedehnter ist und einen Innenabschnitt 7 mit zylindrischer Grundform aufweist. Insgesamt wird durch die drei Gehäusebauteile 3, 4, 5 damit im in Fig. 1 dargestellten Schnitt eine LI-Form beschrieben, wobei zwischen dem Innenabschnitt 7 und den Gehäusebauteilen 3, 4 ein ringförmig um laufender Raum existiert, in welchen eine abtriebsseitige Baugruppe 12 des Wellgetriebes 1 eingreift. Die abtriebsseitige Baugruppe 12 ist mit einem weiteren, zu verstellenden Roboterarm oder mit einem Endeffektor des Roboters verbunden. Eine statische Dichtung innerhalb der Gehäusebaugruppe 2 ist mit 6, eine ebenfalls statische Dichtung innerhalb der abtriebsseitigen Baugruppe
12 mit 45 bezeichnet.
Die Gehäusebauteile 3, 4, 5 sind durch eine nicht dargestellte Verschraubung fest miteinander verbunden. Ferner ist mit den Gehäusebauteilen 3, 4, 5 ein flexibles Getriebebauteil 8 verbunden, welches als Kragenhülse ausgebildet ist. Der mit 9 bezeichnete Kragen des flexiblen Getriebebauteils 8 ist hierbei zwischen dem mittleren Gehäusebauteil 4 und dem Gehäusebauteil 5 fixiert. In seinem radial nach innen über die Gehäusescheibe 6 hinausragenden Bereich ist der Kragen 9 zumindest geringfügig elastisch auslenkbar. An den inneren Rand des Kragens 9 schließt ein hülsenförmiger Abschnitt 10 des flexiblen Getriebebauteils 8 an, welcher ebenfalls elastisch auslenkbar ist. Der hülsenförmige Abschnitt 10 weist eine Außenverzahnung 11 auf, die vom Kragen 9 beabstandet ist und bis zur dem Kragen 9 gegenüberliegenden Stirnseite der Kragenhülse 8 reicht. Die Außenverzahnung 11 kämmt partiell mit einer Innenverzahnung 14 eines Hohlrades 13, welches der abtriebsseitigen Baugruppe 12 zuzurechnen ist. Die abtriebsseitige Baugruppe 12 umfasst ferner ein mit dem Hohlrad
13 fest verbundenes ringförmiges abtriebsseitiges Element 15, welches in der ersten Baugruppe 2 drehbar gelagert ist und sich in dem genannten ringförmig um laufenden Bereich befindet.
Zur Verformung des flexiblen Getriebebauteils 8 beim Betrieb des Wellgetriebes 1 ist ein Wellgenerator 16 vorgesehen. Der Wellgenerator 16 weist im vorliegenden Fall eine Welle 17 auf, durch die zugleich ein Wälzlagerinnenring gebildet ist, auf welchem Wälzkörper 18, nämlich Kugeln, abrollen, die in einem Käfig 19 geführt sind. Der Wälzlagerinnenring 17 ist in sich starr und weist eine elliptische, nicht kreisrunde Form auf. Der zugehörige Außenring 20 ist elastisch nachgiebig und passt sich der unrun- den Form des Wälzlagerinnenrings 17 an. Hierdurch wird die Außenverzahnung 11 an zwei aneinander diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit der Innenverzahnung 14 gebracht, während die Innenverzahnung 14 ansonsten von der Außenverzahnung 11 abgehoben ist. Der mit der Außenverzahnung 11 versehene Bereich des hülsenförmigen Abschnitts 10 liegt lose auf dem Außenring 20 auf. Durch geringfügig unterschiedliche Zähnezahlen der Außenverzahnung 11 einerseits und der Innenverzahnung 14 andererseits wird in an sich bekannter Weise dafür gesorgt, dass eine volle Umdrehung der Welle 17 in eine lediglich geringe Verschwenkung zwischen der ersten Baugruppe 2 und der abtriebsseitigen Baugruppe 12 umgesetzt wird.
Die Welle 17 ist im skizzierten Beispiel mit Hilfe eines Kugellagers 21 in der Gehäusebaugruppe 2 gelagert. Das Kugellager 21 weist einen Innenring 22, Dichtungen 23 und einen in das Gehäusebauteil 5 eingesetzten Außenring 24 auf. Der Außenring 24 ist in eine zylindrische Innenumfangsfläche des Innenabschnitts 7 eingesetzt.
Am Gehäusebauteil 5 der ersten Baugruppe 2 ist in einem flächigen, ringscheibenförmigen Bereich radial außerhalb des Innenabschnitts 7 eine Dichtung 25 gehalten, die den Kragen 9 auf seiner Außenseite, das heißt auf der dem hülsenförmigen Abschnitt 10 abgewandten Seite, kontaktiert. Die Dichtung 25 stellt eine quasi statische Dichtung dar.
Die Außenumfangsfläche des hülsenförmigen Abschnitts 10 begrenzt einen Hohlraum, welcher weiterhin durch die abtriebsseitige Baugruppe 12 begrenzt ist und somit im Wesentlichen konzentrisch zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 10 und dem ringförmigen abtriebsseitigen Element 15 angeordnet ist. Zur dem Kragen 9 abgewandten Seite des hülsenförmigen Abschnitts 10 hin reicht der Hohlraum bis zu den Verzahnungen 11 , 14. Die Verzahnungen 11 , 14 sind mit einem Schmiermittel, nämlich Fett, geschmiert, welches sich frei in dem Hohlraum bewegen kann, wie in Figur 1 durch Pfeile veranschaulicht ist. Hierbei kann ein Schmiermittelfluss insbesondere durch die Verformungen des Getriebebauteils 8 ausgelöst werden. Der genannte Hohlraum stellt einen Schmiermittelraum dar, welcher sich über die gesamte, in Axialrichtung zu messende Länge des hülsenförmigen Abschnitts 10 erstreckt. In Radial- richtung weist der Schmiermittelraum eine uneinheitliche Dicke auf. Unter anderem wird der Schmiermittelraum durch einen ringförmig umlaufenden Steg 26 begrenzt, welcher durch das Hohlrad 13 an dessen Innenumfang, angrenzend an die Innenverzahnung 14 gebildet ist und in Axialrichtung mit dem ringförmigen abtriebsseitigen Element 15 überlappt. Auf der dem ringförmigen Steg 26 abgewandten Stirnseite des Hohlrades 13 befindet sich ein als Kappe gestaltetes Ansatzteil 27, welches eine Barriere für das Schmiermittel, welches die Verzahnungen 11 , 14 und auch den Wellgenerator 16 schmiert, darstellt. Ein zylindrischer Abschnitt 28 des Ansatzteils 27 ist auf der Außenumfangsfläche des Hohlrades 13 gehalten.
Das ringförmige abtriebsseitige Element 15, welches stirnseitig an das Hohlrad 13 anschließt, weist einen äußeren Dichtungsabschnitt 29 auf. Zwischen dem eine zylindrische Außenumfangsfläche darstellenden Dichtungsabschnitt 29 und dem ersten Gehäusebauteil 3 ist eine Dichtung 30 wirksam. Die Dichtung 30 ist als berührende Dichtung mit einem metallischen Kem 31 und einem diesen umgebenden Dichtelement 32 aus einem Elastomer ausgebildet. Eine Dichtlippe der Dichtung 30 ist mit 33 bezeichnet. In Axialrichtung neben der Dichtung 30 befindet sich ein Hauptlager 34, mit welchem die abtriebsseitige Baugruppe 12 in der Gehäusebaugruppe 2 gelagert ist. Das Hauptlager 34 ist im vorliegenden Fall als zweireihiges Schrägrollenlager ausgebildet, wobei die Wälzkörperreihen mit 35, 36 bezeichnet sind. Die mit 37 bezeichneten Wälzkörper, das heißt Rollen, befinden sich in X-Anordnung im Hauptlager 34, das heißt Wälzlager, und sind in Käfigen 38 geführt. Das zweireihige Wälzlager 34 ist in der Lage, radiale Belastungen, axiale Belastungen, sowie Kippbelastungen aufzunehmen. Das Hauptlager 34 ist zu einer seiner Stirnseiten hin durch die Dichtung 30 abgedichtet und mit einem Fett geschmiert, das zäher als das Schmiermittel zur Schmierung des flexiblen Getriebebauteils 8 ist.
Zur gegenüberliegenden Seite hin ist das Hauptlager 34 durch eine Dichtung 40 abgedichtet, welche als Innendichtung bezeichnet wird und sich an einem stirnseitigen Dichtungsabschnitt 39 befindet. Die Dichtung 40 liegt der Dichtung 25 gegenüber. Im Fall der Dichtung 40 ist ein metallischer Kern mit 41 , ein Dichtelement mit 42 und eine Dichtlippe mit 43 bezeichnet. Insgesamt ist die Dichtung 40, deren Grundaufbau, ab- gesehen von der anderen Ausrichtung der Elemente 41 , 42, dem Aufbau der Dichtung 30 entspricht, in eine stirnseitige Nut 44 des ringförmigen abtriebsseitigen Elements 15 eingesetzt. Die Dichtlippe 43 liegt am Kragen 9 an. Durch die Dichtung 40 wird der Raum, in welchem sich das Hauptlager 34 befindet, von dem Raum, in dem sich die geschmierten Verzahnungen 11 , 14 befinden, schmierungstechnisch getrennt. Eine nennenswerte Vermischung der verschiedenen Schmiermittel findet somit nicht statt. Je nach Anwendungsfall können die Schmierungen als Lebensdauerschmierung ausgelegt oder Möglichkeiten der Nachschmierung vorgesehen sein.
Bezuqszeichenliste
Wellgetriebe
Gehäusebaugruppe, erste Baugruppe erstes Gehäusebauteil zweites Gehäusebauteil drittes Gehäusebauteil
Dichtung innerhalb der ersten Baugruppe
Innenabschnitt des ersten Gehäusebauteils flexibles Getriebebauteil
Kragen des flexiblen Getriebebauteils hülsenförmiger Abschnitt des flexiblen Getriebebauteils
Außenverzahnung abtriebsseitige Baugruppe
Hohlrad
Innenverzahnung ringförmiges abtriebsseitiges Element
Wellgenerator
Innenring, Verstellwelle
Wälzkörper
Käfig
Außenring
Kugellager
Innenring des Kugellagers
Dichtung des Kugellagers
Außenring des Kugellagers
Dichtung zwischen dem Innenabschnitt 7 und dem Getriebebauteil 8 ringförmiger Steg
Ansatzteil zylindrischer Abschnitt des Ansatzteils äußerer Dichtungsabschnitt des abtriebsseitigen Elementes 15
Dichtung metallischer Kem Dichtelement
Dichtlippe zweireihiges Wälzlager, Hauptlager
Wälzkörperreihe
Wälzkörperreihe
Wälzkörper, Rolle
Käfig stirnseitiger Dichtungsabschnitt
Dichtung zwischen Element 15 und Getriebebauteil 8, Innendichtung metallischer Kem
Dichtelement
Dichtlippe stirnseitige Nut
Dichtung innerhalb der abtriebsseitigen Baugruppe

Claims

Patentansprüche Wellgetriebe, mit einer ersten Baugruppe (2), an welcher ein als Kragenhülse (8) ausgebildetes flexibles, mit einer Außenverzahnung (11 ) versehenes Getriebeelement befestigt ist, sowie mit einem zur Verformung des flexiblen Getriebeelementes (8) vorgesehenen Wellgenerator (16), und mit einer abtriebsseitigen Baugruppe (12), welche eine mit der Außenverzahnung (11 ) des flexiblen Getriebeelementes (11 ) kämmende Innenverzahnung (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Baugruppe (12) mittels eines Wälzlagers (34) in der ersten Baugruppe (2) gelagert ist, wobei das Wälzlager (34) zu beiden Seiten hin durch jeweils eine zwischen der ersten Baugruppe (2) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) wirksame Dichtung (30, 40) abgedichtet ist, und wobei eine dieser beiden Dichtungen (40) auf ihrer dem Wälzlager (34) abgewandten Seite einen Schmiermittelraum begrenzt, welcher sich bis zu den Verzahnungen (11 , 14) des flexiblen Getriebeelementes (8) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) erstreckt. Wellgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (40), welche den genannten Schmiermittelraum begrenzt, zwischen einer Stirnseite der abtriebsseitigen Baugruppe (12) und einem Kragen (9) des flexiblen Getriebeelementes (8) angeordnet ist. Wellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Dichtung (40) als den Kragen (9) kontaktierende, zumindest einseitig wirksame berührende Dichtung ausgebildet ist. Wellgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (40) einen Metallkern (41 ) hat, welcher in eine stirnseitige Nut (44) der abtriebsseitigen Baugruppe (12) eingesetzt ist. Wellgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine dritte Dichtung (25), welche den Kragen (9) des flexiblen Getriebeelementes (8) kontaktiert und hierbei derjenigen Dichtung (40) gegenüberliegt, die den Schmiermittelraum begrenzt, welcher sich bis zu den Verzahnungen (11 , 14) des flexiblen Getriebeelementes (8) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) erstreckt. Wellgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Dichtung (25) an der ersten Gehäusebaugruppe (2) gehalten ist. Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Baugruppe (12) eine zylindrische Grundform aufweist, welche sich radial außerhalb der Außenverzahnung (11 ) des flexiblen Getriebeelementes (8) und zugleich radial innerhalb eines Abschnitts der ersten Baugruppe (2) befindet. Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (34), mit welchem die abtriebsseitige Baugruppe (12) in der ersten Baugruppe (2) gelagert ist, als zweireihiges Schrägrollenlager ausgebildet ist. Wellgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Laufbahnen des Wälzlagers (34) durch dieselbe Komponente (15) der abtriebsseitigen Baugruppe (12) gebildet sind, in welche die Dichtung (40) eingesetzt ist, die den sich bis zu den Verzahnungen (11 , 14) des flexiblen Getriebeelementes (8) und der abtriebsseitigen Baugruppe (12) erstreckenden Schmiermittelraum begrenzt. Wellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (34) einerseits und der genannte, vom Wälzlager (34) durch eine der Dichtungen (40) getrennte, sich bis zu den Verzahnungen (11 , 14) erstreckende Schmiermittelraum andererseits mit unterschiedlichen Schmiermitteln befüllt sind.
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