Titel: Getriebe, insbesondere Gelenkgetriebe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Gelenkgetriebe für eine Handhabungseinrichtung, mit einer Basiseinheit und mit einer gegenüber der Basiseinheit um eine Gelenkachse drehbar gelagerten Dreheinheit. Derartige Gelenkantriebe kommen beispielsweise in der Automatisierungsoder Robotertechnik zum Einsatz, beispielsweise um Positionier- oder Greifbewegungen von Handhabungseinrichtungen funktionssicher zu realisieren.

Aus der DE 32 30 648 C2 ist ein Winkelwendegetriebe mit zwei nachgeschalteten Planetensätzen bekannt geworden, bei dem über eine Antriebswelle zwei entlang einer Achse angeordnete Tellerräder in entegegengesetzte Richtungen angetrieben werden.

Aus der GB 442 462 ist ein Umlaufgetriebe, bei dem über eine Antriebswelle zwei entlang einer Achse angeordnete Kegelräder in entegegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Die Kegelräder weisen dabei Ritzel auf, die Stirnräder kämmen. Die Stirnräder selbst sind über Kegelritzel miteinander bewegungsgekoppelt .

Aus der GB 922 005 ist ein Untersetzungsgetriebe bekannt geworden, bei dem über eine Eingangswelle zwei entlang einer Achse angeordnete Kronenräder in entegegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Die beiden Kronenräder sind dabei über einander gegenüberliegende Sonnenräder miteinander indirekt bewegungsgekoppelt .

Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, Getriebe bereitzustellen, die kompakt bauen, hohe übersetzungen realisieren und eine hohe Leistungsdichte aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch eine derartige Anordnung kann eine sehr kompakt bauende Getriebeeinheit realisiert werden, die eine hohe Untersetzung aufweist und große Kräfte übertragen kann. Durch die Aufteilung der Drehbewegung des Antriebskörpers auf die beiden Drehglieder und durch die gegenseitige Wirkverbindung der beiden Kopplungselemente miteinander können auf wenig Bauraum erfindungsgemäß die genannten Vorteile erzielt werden.

Vorteilhaft ist, wenn der Antriebskörper dabei senkrecht zur Gelenkachse angeordnet ist, so dass eine mit dem Antriebskörper koppelbare Antriebswelle eines Motors ebenfalls senkrecht zur Gelenkachse und koaxial oder achsparallel zur Drehachse des Antriebskörpers anordenbar ist.

Zur Erzielung einer hohen Untersetzung des Getriebes können die Wirkverbindungen der einzelnen Getriebekomponenten gemäß den drei voneinander unabhängigen und frei miteinander kombinierbaren Ansätze realisiert werden:

a) Vorsehen von unterschiedlichen Unter- bzw. übersetzungen zwischen dem Antriebskörper und den beiden Drehgliedern, b) Vorsehen von unterschiedlichen Unter- bzw. übersetzungen den Drehgliedern und dem jeweiligen zugehörigen Kopplungselement, und c) Vorsehen einer von 1 verschiedenen Unter- bzw. übersetzung der beiden Kopplungselemente miteinander.

Je nach gestelltem Anforderungsprofil an das Getriebe können die unter a) , b) und c) genannten Ansätze zur Erzielung der

Drehbewegung des Drehgliedes um die Drehachse einzeln oder in Kombination miteinander realisiert werden.

Es kann eine insbesondere lediglich eine geringfügig unterschiedliche über- bzw. Untersetzung der Drehbewegungen der Kopplungselemente vorgesehen sein, was dann letztlich zur Verdrehung der Dreheinheit gegenüber der Basiseinheit führt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Drehglieder als Hohlräder ausgebildet sind, wobei die Kopplungselemente jeweils am Innenumfang eines Hohlrades mit dem jeweiligen Hohlrad drehgekoppelt angeordnet sind. Die Kopplungselemente sind dabei so angeordnet, dass sie sich zum einen um ihre eigene, zur Gelenkachse achsparallel verlaufenden Längsachse und zum anderen um die Gelenkachse drehen können. Bei sich drehendem Antriebskörper laufen die Kopplungselemente in Art von Planeten sich um ihre eigene Längsachse drehend an den Innenumfängen der Hohlräder ab. Durch diese Ausbildung kann ein sehr kompakt bauendes Getriebe realisiert werden, da durch die in den Hohlrädern laufenden Kopplungselemente der radial innen liegende Bauraum der Hohlräder ausgenutzt wird.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Innendurchmesser der beiden Hohlräder wenigstens geringfügig unterschiedlich sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass es zu einem Verdrehen der Dreheinheit gegenüber der Basiseinheit kommt .

Eine weitere, vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Kopplungselemente als Wellenabschnitte ausgebildet sind, die sich jeweils wenigstens abschnittsweise durch die beiden Hohlräder erstrecken und die an ihren freien Enden jeweils am Käfig drehbar gelagert angeordnet sind. Hierdurch wird eine günstige und Bauraum sparende Lagerung der Kopplungselemente erreicht.

Die Kopplungselemente können dabei jeweils einen mit dem ihm zugeordneten Hohlrad in Wirkverbindung stehenden ersten Kopplungsbereich und einen mit dem jeweils anderen Kopplungselement in Wirkverbindung stehenden zweiten Kopplungsbereich aufweisen. Die beiden Kopplungsbereiche der Kopplungselemente können dabei identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Bei identisch ausgebildeten Kopplungsbereichen ist es denkbar, dass die beiden Kopplungsbereiche ineinander übergehen, was zu einer vereinfachten und damit kostengünstigeren Fertigung der Kopp1ungse1emente führt .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die beiden Drehglieder Außenradabschnitte aufweisen, deren Außenumfänge mit den Kopp1ungselementen zusammenwirken. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform mit den Hohlrädern den Vorteil, dass die Drehglieder im Bereich ihrer Drehachse lagerbar sind. An den Außenumfängen laufen die entsprechenden Kopplungselemente ab. Die Außendurchmesser der beiden Außenradabschnitte können dabei unterschiedlich sein.

Erfindungsgemäß kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Käfig zur Verdrehung der Dreheinheit an der Basiseinheit drehbar gelagert ist. Da der Käfig verdreht wird, kann durch eine entsprechende Lagerung des Käfigs an der Basiseinheit über den Käfig die gesamte Dreheinheit verdreht werden.

Für den Fall, dass vergleichsweise hohe Kräfte über das Getriebe übertragen werden sollen, kann der Antriebskörper als Kegelritzel zwischen den beiden Drehgliedern, die dann als das Kegelritzel kämmende KegelZahnräder ausgebildet sind, angeordnet sein. Erfindungsgemäß können auch andere Drehkopplungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Antriebskörper als Reibrad zwischen den beiden Drehgliedern, die dann als vom Reibrad angetriebene Reibscheiben ausgebildet sind, ausgebildet sein. Das Reibrad kann dabei beispielsweise

in einer senkrecht oder schräg zur Drehachse der Drehscheiben liegenden Ebene angeordnet sein.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Drehglieder mit den Kopplungselementen und/oder die beiden Kopplungselemente miteinander über Verzahnungen oder Reibflächen drehgekoppelt sind. Das Vorsehen einer Verzahnung bietet sich insbesondere dann an, wenn vergleichsweise hohe Kräfte zu übertragen sind.

Für den Fall, dass die einzelnen, sich drehenden Bauteile über Verzahnungen miteinander bewegungsgekoppelt sind, können Verzahnungen mit unterschiedlich vielen Zähne Verwendung finden. Beispielsweise ist denkbar, dass bei der Ausführungsform, bei der die Drehglieder als Hohlräder ausgebildet sind, der Innenumfang des einen Hohlrads einen Zahn mehr beziehungsweise weniger aufweist als der Innenumfang des anderen Hohlrades .

Zur Stützung der vom Antriebskörper angetriebenen Drehglieder ist erfindungsgemäß denkbar, dass an der Basiseinheit wenigstens ein mit den Drehgliedern bewegungsgekoppelter Stützkörper vorgesehen ist. Der Stützkörper ist dabei insbesondere drehbar gelagert und folgt den Drehbewegungen der Drehglieder. Der Stützkörper kann insbesondere identisch zum Antriebskörper aufgebaut sein, wobei der Stützkörper nicht durch ein weiteres Bauteil angetrieben werden muss, sondern ausschließlich der Drehbewegung der Drehglieder folgt. Vorteilhafterweise sind über den Umfang der Drehglieder mehrere Stützkörper, insbesondere äquidistant zueinander vorgesehen. Dadurch können insbesondere hohe Kräfte zwischen der Basiseinheit und der Dreheinheit übertragen werden.

Eine vorteilhafte und kompakte Bauweise des Getriebes ergibt sich dann, wenn die Kopplungselernente zueinander achsparallel und/oder achsparallel zur Gelenkachse angeordnet sind.

Ferner ist vorteilhaft, wenn die Dreheinheit und/oder der Käfig einen radial und/oder axial zur Gelenkachse angeordneten Kopplungsabschnitt zur Anordnung weiterer Baugruppen aufweist. Weitere Baugruppen können dabei beispielsweise Distanzelemente und/oder Greifelemente und/oder weitere Getriebe und/oder Antriebseinheiten sein.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines

Antriebskörpers mit zwei mit dem Antriebkörper drehgekoppelten Drehgliedern als Teile eines erfindungsgemäßen Gelenkgetriebes ;

Figur 2 zwei Drehglieder, welche jeweils mit einem

Kopplungselement als Teile eines erfindungsgemäßen Gelenkgetriebes drehgekoppelt sind;

Figur 3 eine schematische Darstellung gemäß Figur 1 mit Drehgliedern unterschiedlichen Durchmessers ;

Figur 4 eine der Figur 2 entsprechende schematische

Darstellung, mit Drehgliedern mit unterschiedlichem Innendurchmesser;

Figur 5 eine weitere Ausführungsform von Drehgliedern mit unterschiedlichen Kopplungselementen gemäß einem erfindungsgemäßen Gelenkgetriebe;

Figur 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gelenkgetriebes in perspektivischer Außenansicht;

Figur 7 einen Längsschnitt durch das Gelenkgetriebe gemäß Figur 6 ; und

Figur 8 einen Querschnitt durch den Längsschnitt gemäß

Figur 7.

In den Figuren 1 bis 5 sind verschiedene Baugruppen erfindungsgemäßer Gelenkgetriebe schematisch dargestellt.

In der Figur 1 ist ein über einen Motor antreibbarer Antriebskörper 10 dargestellt, dessen Wellenfortsatz 12 mit einer von einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, antreibbaren Welle drehkoppelbar ist. Der Antriebskörper 10 ist dabei als Kegelrad ausgebildet, das eine schräg verlaufende Verzahnung oder eine Reibfläche zur Drehkopplung mit zwei zueinander koaxial angeordneten Drehgliedern 14, 16 aufweist. Die Drehachse 18 der beiden Drehglieder 14, 16 ist dabei orthogonal zur Drehachse 11 des Antriebskörpers 10 angeordnet. Die Drehglieder 14, 16 sind ebenfalls kegelradförmig ausgebildet, mit einer zur Drehachse 18 schräg verlaufenden Verzahnung beziehungsweise Reibfläche.

Beim Drehen des Antriebskörpers 10 in der mit dem Pfeil 20 angedeuteten Drehrichtung verdrehen sich die beiden Drehglieder 14, 16 in unterschiedliche Richtungen, die mit den Pfeilen 22, 24 angedeutet sind.

In der Figur 2, in der der Antriebskörper 10 nicht dargestellt ist, sind die beiden Drehglieder 14, 16 als Hohlräder ausgebildet. Am Innenumfang 26 des einen Hohlrads 14 und am Innenumfang 28 des anderen Hohlrads 16 ist jeweils ein um seine jeweilige Längsachse 13, 15 drehbar gelagertes Kopplungselement 30, 32 drehgekoppelt angeordnet. Die beiden

Kopplungselemente 30, 32 können dabei beispielsweise über eine Verzahnung oder eine Reibfläche mit dem jeweiligen Innenumfang in Wirkverbindung stehen.

Eine Drehbewegung des Drehglieds 14 bzw. 16 um die Drehachse 18 bewirkt eine Drehbewegung des Koppelelements 30 bzw. 32 um seine jeweilige Längsachse 13 bzw. 15.

Wie aus der Figur 2 ferner deutlich wird, stehen auch die beiden Kopplungselemente 30, 32 miteinander in Wirkverbindung. Sie können dabei über Reibflächen oder Verzahnungen miteinander drehgekoppelt sein.

Beim Verdrehen des Drehglieds 14 in die Drehrichtung 22 wird über die Drehkopplung des Kopplungselements 30 mit dem Drehglied 14 das Kopplungselement 30 um seine Längsachse 13 in die mit dem Pfeil 34 angedeutete Drehrichtung verdreht. Entsprechend wird beim Verdrehen des Drehglieds 16 das Kopplungselement 32 um seine Längsachse 15 in die Drehrichtung 36 verdreht. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aufbau derart ist, dass die Längsachsen 13, 15 der beiden Kopplungselemente 30, 32, die beide an einem in den Figuren 1 bis 5 nicht dargestellten Käfig drehbar angeordnet sind, beim Verdrehen der Drehglieder 14, 16 ihre relative Lage bezüglich der Drehachse 18 verändern.

In der Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das übersetzungsverhältnis vom Antriebskörper 10 zu den beiden Drehgliedern 14, 16 unterschiedlich ist. Hierdurch wird eine unterschiedliche Drehzahl der gegenläufigen Drehglieder 14, 16 beim Verdrehen des Antriebskörpers 10 erreicht. Bei einem sonst der Figur 2 entsprechenden Aufbau bewegen sich die Kopplungselemente 30, 32 entsprechend Planeten, die sich jeweils um ihre eigene Längsachse 13, 15 drehen, zusätzlich um die Achse 18. Der bereits erwähnte, in den Figuren 1 bis 5 nicht dargestellte Käfig, der die Koppelungselemente 30, 32 aufnimmt, erfährt dann ebenfalls eine Drehung um die Drehachse

18. Die Drehachse 18 stellt dann die Gelenkachse dar, wobei der Käfig Teil einer Dreheinheit ist, die dann um die Gelenkachse 18 verdreht wird.

Zur Erreichung unterschiedlicher Drehzahlen der Drehglieder 14 und 16 ist es nicht zwangsweise erforderlich, dass, wie in der Figur 3 dargestellt, die Drehachse des Antriebskörpers 10 mit einem von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse 18 verlaufen muss. Erfindungsgemäß können unterschiedliche Drehzahlen auch bei orthogonaler Anordnung erzielt werden, beispielsweise durch Vorsehen von Verzahnungen am Antriebskörper 10 und den Drehgliedern 14, 16, wobei die Verzahnung des Drehgliedes 14 dann unterschiedlich zur Verzahnung des Drehgliedes 16 ausgebildet ist.

In der Figur 4 wird eine Relativbewegung der Längsachsen 13, 15 der beiden Kopplungselemente 30, 32 um die Drehachse 18 durch eine unterschiedliche übersetzung der Kopplungselemente 30, 32 gegenüber den ihnen jeweils zugeordneten Drehgliedern 14, 16 erreicht. Beim Vorsehen von Hohlrädern, wie in der Figur 2 und Figur 4 gezeigt, kann dies durch unterschiedliche Innendurchmesser 26, 28 der beiden Hohlräder 14, 16 erreicht werden. In der Figur 4 ist der Innendurchmesser 26 des Hohlrads 14 größer als der Innendurchmesser 28 des Hohlrads 16. Werden zur Drehkopplung an den Innenumfängen 26, 28 Verzahnungen und entsprechend an den Kopplungselementen die Verzahnungen der Drehglieder 14, 16 kämmende Gegenverzahnungen vorgesehen, so kann eine Relativbewegung der beiden Kopplungselernente 30, 32 um die Drehachse 18 durch wenigstens geringfügig unterschiedliche Verzahnungen realisiert sein. Dabei ist denkbar, dass die kopplungselementseitigen Verzahnungen identisch sind und dass an den Innenumfängen 26, 28 jeweils Verzahnungen mit unterschiedlich vielen Zähnen vorgesehen sind.

Figur 5 zeigt eine weitere denkbare erfindungsgemäße Anordnung. Zum einen sehen die beiden Drehglieder 14, 16 in

der Figur 5 jeweils Außenradabschnitte 37, 38 vor, die mit den Kopplungselementen 30, 32 drehgekoppelt sind. Zum anderen ist die Wirkverbindung der beiden Kopplungselemente 30, 32 miteinander derart ausgebildet, dass das zugehörige übersetzungsverhältnis ungleich eins ist. Bei sich drehenden Drehgliedern 14, 16 ergibt sich eine Relativbewegung der Drehachsen 13, 15 der Kopplungselemente 30, 32 um die Achse 18.

Zur vereinfachten Darstellung ist in den Figuren 4 und 5 der Antriebskörper 10 nicht dargestellt.

Das in den Figuren 6 bis 8 dargestellte erfindungsgemäße Gelenkgetriebe umfasst eine Basiseinheit 42 und eine um eine Gelenkachse 46 drehbar gelagerte Dreheinheit 44. Die Basiseinheit 42 umfasst einen senkrecht zur Gelenkachse 46 drehbar gelagerten und von einer Motorwelle antreibbaren Antriebskörper 48, dessen Drehachse mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet ist. Zum Antrieb des Antriebskörpers 48 kann beispielsweise an der Basiseinheit eine Antriebseinheit befestigt sein.

Wie insbesondere in den Schnitten gemäß Figur 7 und 8 deutlich wird, weist der Antriebskörper 48 ein Kegelradritzel 52 auf, das zwei drehbar gelagerte, koaxial entlang der Gelenkachse 46 angeordnete Drehglieder 54, 56 in entgegengesetzter Drehrichtung antreibt. Die beiden Drehglieder 54, 56 sind dabei als KegelZahnräder mit einander zugewandten Verzahnungen ausgebildet, die die Verzahnung des Antriebskörpers 48 kämmen. Die Drehglieder 54, 56 sind zudem als Hohlräder ausgeführt, die an ihrem axialen Außenumfang über entsprechende Lagerelemente 58 drehbar gelagert sind.

Der Gelenkantrieb 40 sieht ferner zwei Kopplungselemente 60, 62 vor, wobei das Kopplungselement 60 derart mit dem Innenumfang des Drehglieds 54 in Wirkverbindung steht, dass das Kopplungselement 60 bei sich drehendem Drehglied 54 um die

eigene Achse drehend angetrieben wird. Entsprechend ist das Kopplungselement 62 mit dem Innenumfang des Drehglieds 56 drehgekoppelt. Zur Drehkopplung zwischen den Drehgliedern 54, 56 und den Kopplungselementen 60, 62 weisen die Drehglieder 54, 56 an ihren Innenumfängen Verzahnungen auf, die an den Außenumfängen der Kopplungselemente 60, 62 vorhandenen Verzahnungen 64, 66 kämmen. Die wellenartig ausgebildeten Kopplungselemente 60, 62 sind an ihren jeweils freien Enden an einem Käfig 68 um ihre eigenen Längsachsen drehbar gelagert angeordnet. Im mittleren Bereich der Kopplungselemente 60, 62 sind die beiden Kopplungselemente 60, 62 über einen gemeinsamen Verzahnungsbereich 70 miteinander drehgekoppelt. Wie aus insbesondere Figur 7 deutlich wird, geht der Verzahnungsbereich der Verzahnung 64 des Kopplungselements 60, der mit dem Innenumfang des Drehglieds 54 in Wirkverbindung steht, über in den Bereich 70 der Verzahnung 64, der mit dem anderen Kopplungselement 62 in Wirkverbindung steht. Entsprechend geht der Verzahnungsbereich der Verzahnung 66 des Kopplungselements 62, der mit dem Drehglied 56 in Wirkverbindung steht, in den Verzahnungsbereich 70 über, der die Verzahnung 64 des anderen Kopplungselements 60 kämmt.

Der Käfig 68, der insgesamt U-artig ausgebildet ist, weist an seinen parallel verlaufenden Schenkeln 74 und 76 Lagerelemente 72 zur drehbaren Lagerung der freien Enden der

Kopplungselemente 60 und 62 auf. An seinem die beiden Schenkel 74 und 76 verbindenden Bereich weist der Käfig 68 einen Kopplungsabschnitt 78 zur Anordnung weiterer Baugruppen auf. An seinen in Richtung der Gelenkachse 46 axial außen liegenden Bereichen ist der Käfig 68 mit zwei Gehäuseelementen 80 abgedeckt. Erfindungsgemäß wäre es denkbar, dass an den Gehäuseelementen 80 ebenfalls Kopplungsabschnitte zur Anordnung weiterer Baugruppen vorgesehen sind.

Wird der Antriebskörper 48 von einem Motor angetrieben, so drehen sich die beiden Drehglieder 54, 56 in entgegengesetzte Drehrichtungen mit gleicher Drehzahl. Dabei weisen beide

Drehglieder einander zugewandte, identische

Außenkegelverzahnungen auf. Die Innenverzahnungen der beiden Drehglieder 54 und 56 unterscheiden sich vorteilhafterweise um lediglich einen Zahn. Hierdurch und aufgrund der gemeinsamen Drehkopplung der Kopplungselernente 60, 62 wird eine Relativbewegung der Längsachsen der Kopplungselemente 60, 62 um die Gelenkachse 46 bewirkt. Aufgrund der Lagerung der Kopplungselemente 60, 62 am Käfig bewegt sich dann bei Drehung des Antriebskörpers 48 der Käfig um die Gelenkachse 46. Die Dreheinheit 44, die insbesondere vom Käfig 68, den Schenkeln 74, 76 sowie den beiden Gehäuseelementen 80 gebildet wird, führt letzten Endes gegenüber dem Basisteil 42 eine Drehbewegung um die Achse 46 durch.

Zur besseren Abstützung der beiden Drehglieder 54, 56 ist vorgesehen, dass an der Basiseinheit 42 insgesamt vier Stützkörper 82 vorgesehen sind. Die Stützkörper 82 umfassen dabei dem Kegelradritzel 52 entsprechende, drehbar gelagerte Kegelzahnräder 84, an denen die Verzahnungen der Drehglieder 54, 56 ablaufen.

Anstelle des Vorsehens von Verzahnungen, wie zu den Figuren 6 bis 8 erläutert, können auch entsprechende Reibkörper beziehungsweise Reibflächen vorgesehen sein.

Aufgrund des erläuterten Aufbaus des Gelenkgetriebes 40 kann ein Gelenkgetriebe bereitgestellt werden, das über einen senkrecht zur Gelenkachse 46 antreibbaren Antriebskörper 48 angetrieben werden kann, das sehr kompakt baut, das eine sehr hohe Untersetzung aufweist und mit welchem zudem sehr hohe Kräfte übertragen werden können.