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DE102024111183A1 - Gear arrangement and method for operating a gear arrangement - Google Patents

Gear arrangement and method for operating a gear arrangement

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Publication number
DE102024111183A1
DE102024111183A1 DE102024111183.6A DE102024111183A DE102024111183A1 DE 102024111183 A1 DE102024111183 A1 DE 102024111183A1 DE 102024111183 A DE102024111183 A DE 102024111183A DE 102024111183 A1 DE102024111183 A1 DE 102024111183A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
output shaft
clutch
gear
input
gear arrangement
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.)
Pending
Application number
DE102024111183.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Hasan Atil
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 DE102024111183.6A priority Critical patent/DE102024111183A1/en
Priority to PCT/DE2025/100361 priority patent/WO2025223611A1/en
Publication of DE102024111183A1 publication Critical patent/DE102024111183A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

Eine insbesondere in einem Stellantrieb verwendbare Getriebeanordnung umfasst ein Wellgetriebe (2), eine auf der Ausgangsseite des Wellgetriebes (2) befindliche Kupplung (3) einschließlich eines Kupplungsbetätigungsmechanismus (5), sowie eine Ausgangswelle (7), wobei eine eingangsseitige Welle (6) eines Wellgenerators (18) des Wellgetriebes (2) über den geschlossenen Kupplungsbetätigungsmechanismus (5) bei zugleich geöffneter Kupplung (3) drehfest mit der Ausgangswelle (7) gekoppelt ist, solange ein bremsendes, auf die Ausgangswelle (7) wirkendes Moment einen Drehmomentgrenzwert nicht überschreitet, wogegen bei überschrittenem Drehmomentgrenzwert die Kupplung (3) mittels des Kupplungsbetätigungsmechanismus (5), der hierbei zugleich die drehfeste Kopplung zwischen der eingangsseitigen Welle (6) und der Ausgangswelle (7) aufhebt, geschlossen gehalten wird, womit ein Leistungsfluss zwischen der eingangsseitigen Welle (6) und der Ausgangswelle (7) über das Wellgetriebe (2) hergestellt ist. A gear arrangement which can be used in particular in an actuator comprises a harmonic drive (2), a clutch (3) located on the output side of the harmonic drive (2), including a clutch actuation mechanism (5), and an output shaft (7), wherein an input-side shaft (6) of a wave generator (18) of the harmonic drive (2) is coupled in a rotationally fixed manner to the output shaft (7) via the closed clutch actuation mechanism (5) when the clutch (3) is simultaneously open, as long as a braking torque acting on the output shaft (7) does not exceed a torque limit value. However, when the torque limit value is exceeded, the clutch (3) is kept closed by means of the clutch actuation mechanism (5), which at the same time cancels the rotationally fixed coupling between the input-side shaft (6) and the output shaft (7), thus establishing a power flow between the input-side shaft (6) and the output shaft (7) via the harmonic drive (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, welche ein Wellgetriebe umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Getriebeanordnung.The invention relates to a gear assembly comprising a harmonic drive. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a gear assembly.

Wellgetriebe sind in verschiedenen Anwendungsfällen als Untersetzungsgetriebe ausgelegt und weisen allgemein ein elastisches verzahntes Getriebeelement auf, welches mit mindestens einem Getriebeelement zusammenwirkt. Die Verzahnung eines Wellgetriebes kann spielfrei sein. Dank einer hohen Drehmomentdichte eignen sich Wellgetriebe für kompakte Antriebslösungen mit hohen Lasten. Eine ausgangsseitige Welle eines Wellgetriebes kann je nach Bauart entweder gleichsinnig oder gegensinnig zu einer eingangsseitigen Welle rotieren.Wave gears are designed as reduction gears in various applications and generally feature an elastic, toothed gear element that interacts with at least one other gear element. The gearing of a wave gear can be backlash-free. Thanks to their high torque density, wave gears are suitable for compact drive solutions with high loads. Depending on the design, an output shaft of a wave gear can rotate either in the same direction or in the opposite direction to an input shaft.

Aus der DE 10 2017 110 678 B3 ist ein Wellgetriebe bekannt, welches ein als Kragenhülse ausgebildetes elastisches Getriebeelement umfasst. Das bekannte Wellgetriebe umfasst einen Wellgenerator mit einem Kugellager als Wälzlager, wobei ein Käfig des Wälzlagers zugleich als in Axialrichtung wirksames Sicherungselement gestaltet ist.From the DE 10 2017 110 678 B3 A wave gear is known which comprises an elastic gear element designed as a collar sleeve. The known wave gear comprises a wave generator with a ball bearing as the rolling bearing, with a cage of the rolling bearing also being designed as a locking element acting in the axial direction.

Ein in der DE 10 2019 102 264 A1 beschriebenes Wellgetriebe weist ein als Flexring ausgebildetes elastisches, mit einer Außenverzahnung versehenes Getriebeelement auf. Ferner umfasst die Vorrichtung nach der DE 10 2019 102 264 A1 eine nicht schaltbare Bremse in Form einer Reibungsbremse.One in the DE 10 2019 102 264 A1 The wave gear described has an elastic gear element designed as a flex ring and provided with external teeth. Furthermore, the device according to the DE 10 2019 102 264 A1 a non-switchable brake in the form of a friction brake.

Ein in der DE 10 2016 222 897 A1 beschriebenes Wellgetriebe sieht eine Übertragung eines Drehmoments über eine Oldham-Kupplung vor. Bei einer Oldham-Kupplung handelt es sich um eine Ausgleichskupplung, nicht um eine schaltbare Kupplung.One in the DE 10 2016 222 897 A1 The described strain wave gear provides for torque transmission via an Oldham coupling. An Oldham coupling is a compensating coupling, not a switchable coupling.

Ein in der DE 10 2015 224 897 A1 offenbartes Wellgetriebe weist ein topfförmiges elastisches Getriebeelement auf. In diesem Fall ist zusätzlich ein in sich starres innenverzahntes Hohlrad, mit welchem eine Außenverzahnung des elastischen Getriebeelementes kämmt, elastisch aufgehängt.One in the DE 10 2015 224 897 A1 The disclosed strain wave gear comprises a cup-shaped elastic gear element. In this case, a rigid internally toothed ring gear, with which an external toothing of the elastic gear element meshes, is also elastically suspended.

Verschiedene Wellgetriebe, die zum Einsatz in Robotern vorgesehen sind, gehen zum Beispiel aus den Dokumenten EP 0 514 829 B1 und EP 0 741 256 B1 hervor.Various wave gears intended for use in robots are described, for example, in the documents EP 0 514 829 B1 and EP 0 741 256 B1 out.

Die DE 10 2021 119 597 A1 hat einen Linearantrieb mit zwei Untersetzungsstufen zum Gegenstand. Der Linearantrieb ist zur Anwendung in der Robotik vorgesehen und umfasst einen Überlastschutz, welcher als aktiv schaltbare Kupplung gestaltet sein kann.The DE 10 2021 119 597 A1 The subject is a linear drive with two reduction stages. The linear drive is intended for use in robotics and includes overload protection, which can be designed as an actively switchable clutch.

Weitere Informationen zu Wellgetrieben sind folgender Publikation zu entnehmen:

  • Präzisionswellgetriebe Baureihe RT“, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Schweinfurt, TPI 275 / de-DE / DE / 2022-10
Further information on shaft gears can be found in the following publication:
  • " Precision strain wave gears, RT series“, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Schweinfurt, TPI 275 / de-DE / DE / 2022-10

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Getriebetechnik, welche auf Wellgetrieben basiert und insbesondere für den Einsatz in Robotern geeignet ist, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei insbesondere eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen möglich sein soll.The invention is based on the object of further developing transmission technology which is based on wave gears and is particularly suitable for use in robots, compared to the aforementioned prior art, whereby in particular an adaptation to different operating conditions should be possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein nach Anspruch 8 gestaltetes Verfahren zum Betrieb einer Getriebeanordnung. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt die Getriebeanordnung, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a gear arrangement having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for operating a gear arrangement designed according to claim 8. The embodiments and advantages of the invention explained below in connection with the operating method also apply mutatis mutandis to the device, i.e., the gear arrangement, and vice versa.

Die anmeldungsgemäße Getriebeanordnung umfasst ein Wellgetriebe, eine auf der Ausgangsseite des Wellgetriebes befindliche Kupplung einschließlich eines Kupplungsbetätigungsmechanismus, sowie eine Ausgangswelle, wobei eine eingangsseitige Welle eines Wellgenerators des Wellgetriebes über den geschlossenen Kupplungsbetätigungsmechanismus bei zugleich geöffneter Kupplung drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt ist, solange ein bremsendes, auf die Ausgangswelle wirkendes Moment einen Drehmomentgrenzwert nicht überschreitet. Dagegen wird bei überschrittenem Drehmomentgrenzwert die Kupplung mittels des Kupplungsbetätigungsmechanismus, der hierbei zugleich die drehfeste Kopplung zwischen der eingangsseitigen Welle und der Ausgangswelle aufhebt, geschlossen gehalten, womit ein Leistungsfluss zwischen der eingangsseitigen Welle und der Ausgangswelle über das Wellgetriebe hergestellt ist. In untergeordnetem Maße kann zugleich, bei bestehender Drehzahldifferenz, noch Leistung direkt von der eingangsseitigen Welle in die Ausgangswelle eingespeist werden.The gear arrangement according to the application comprises a strain wave gear, a clutch located on the output side of the strain wave gear, including a clutch actuation mechanism, and an output shaft. An input shaft of a strain wave generator of the strain wave gear is non-rotatably coupled to the output shaft via the closed clutch actuation mechanism while the clutch is simultaneously open, as long as a braking torque acting on the output shaft does not exceed a torque limit. However, if the torque limit is exceeded, the clutch is held closed by the clutch actuation mechanism, which simultaneously releases the non-rotatable coupling between the input shaft and the output shaft, thus establishing a power flow between the input shaft and the output shaft via the strain wave gear. At the same time, if a speed difference exists, power can still be fed directly from the input shaft to the output shaft to a lesser extent.

Der Kupplungsbetätigungsmechanismus hat somit eine Mehrfachfunktion: Zum einen kann er eine drehfeste Verbindung zwischen der eingangsseitigen Welle und der Ausgangswelle herstellen und aufheben. Zum anderen wird mittels des Kupplungsbetätigungsmechanismus die auf der Ausgangsseite des Wellgetriebes befindliche Kupplung betätigt, womit das Wellgetriebe wahlweise aktiviert oder deaktiviert wird.The clutch actuation mechanism thus has multiple functions: Firstly, it can establish and release a rotationally fixed connection between the input and output shafts. Secondly, the clutch actuation mechanism actuates the clutch on the output side of the strain wave gear, which selectively activates or deactivates the strain wave gear.

Das Wellgetriebe der anmeldungsgemäßen Getriebeanordnung umfasst ein elastisches, verzahntes Getriebeelement, welches beispielsweise als Kragenhülse ausgebildet ist. Hierbei kann ein verzahnter Abschnitt des elastischen Getriebeelementes mit einem in sich starren Verzahnungsbauteil kämmen, welches fest mit einem Element der Kupplung der Getriebeanordnung verbunden ist. Bei der Kupplung handelt es sich hierbei um diejenige Vorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine drehstarre Verbindung zwischen dem ausgangsseitigen Element des Wellgetriebes und der Ausgangswelle der gesamten Getriebeanordnung herzustellen.The strain wave gear of the gear assembly according to the application comprises an elastic, toothed gear element, which is designed, for example, as a collar sleeve. A toothed section of the elastic gear element can mesh with an inherently rigid toothed component, which is firmly connected to an element of the coupling of the gear assembly. The coupling is the device designed to establish a torsionally rigid connection between the output-side element of the strain wave gear and the output shaft of the entire gear assembly.

Das genannte Verzahnungsbauteil kann dem ausgangsseitigen Element des Wellgetriebes zuzurechnen sein. Dieses Element ist im Gehäuse der Getriebeanordnung zum Beispiel wälzgelagert, wobei als Wälzlager insbesondere ein zweireihiges Nadel-, Rollen-, oder Kugellager geeignet ist, welches zur Aufnahme von radialen Lasten, axialen Lasten sowie Kippbelastungen ausgelegt ist.The aforementioned gearing component can be assigned to the output-side element of the strain wave gear. This element is mounted in the housing of the gear assembly, for example, on a roller bearing. A double-row needle, roller, or ball bearing is particularly suitable as a roller bearing, which is designed to absorb radial loads, axial loads, and tilting loads.

Der Wellgenerator kann grundsätzlich ein Gleitlager oder ein Wälzlager umfassen. Im Fall eines Wälzlagers kann dieses insbesondere als einreihiges Lager, beispielsweise als Kugellager, ausgebildet sein. In jedem Fall ist ein Innenring des Lagers in sich starr, wogegen ein Außenring des Wälzlagers flexibel ist. Möglich sind auch Ausführungsformen, in welchen ein Lagerring direkt durch einen Abschnitt des flexiblen Getriebeelementes gebildet ist.The wave generator can generally comprise a plain bearing or a rolling bearing. In the case of a rolling bearing, this can be designed, in particular, as a single-row bearing, for example, a ball bearing. In either case, an inner ring of the bearing is inherently rigid, whereas an outer ring of the rolling bearing is flexible. Embodiments in which a bearing ring is formed directly by a section of the flexible transmission element are also possible.

Grundsätzlich kann die Getriebeanordnung verschiedenste Arten von Lagerungen umfassen. Neben Wälz- und Gleitlagern, zum Beispiel in Form hydrodynamischer Lager, sind unter anderem Magnetlager denkbar.In principle, the gear arrangement can include a wide variety of bearing types. In addition to rolling and plain bearings, for example, in the form of hydrodynamic bearings, magnetic bearings are also conceivable.

Was den Kupplungsbetätigungsmechanismus betrifft, kann auf prinzipiell bekannte Konstruktionen von rastenden Überlastkupplungen zurückgegriffen werden. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die DE 10 2019 120 320 A1 hingewiesen, die eine Sicherheitskupplung für ein Robotergelenk betrifft. Charakteristisch für derartige Kupplungen ist, dass ein Öffnen der Kupplung bei Überlast mit einer Radialverschiebung zwischen zwei der Kupplung zuzurechnenden Elementen einhergeht.As far as the clutch actuation mechanism is concerned, the designs of latching overload clutches can be used in principle. In this context, the DE 10 2019 120 320 A1 This concerns a safety coupling for a robot joint. A characteristic of such couplings is that opening the coupling in the event of an overload is accompanied by a radial displacement between two elements belonging to the coupling.

Das Verfahren zum Betrieb der anmeldungsgemäßen Getriebeanordnung zeichnet sich allgemein dadurch aus, dass in einer ersten Betriebsphase eine Rotation einer eingangsseitigen Welle direkt auf eine Ausgangswelle übertragen wird und in einer zweiten Betriebsphase, in welcher im Vergleich zur ersten Betriebsphase ein höheres bremsendes Moment auf die Ausgangswelle wirkt, die Rotation der eingangsseitigen Welle über ein als Untersetzungsgetriebe vorgesehenes Wellgetriebe in eine Rotation der Ausgangswelle umgesetzt wird.The method for operating the gear arrangement according to the application is generally characterized in that, in a first operating phase, a rotation of an input-side shaft is transmitted directly to an output shaft and, in a second operating phase, in which a higher braking torque acts on the output shaft compared to the first operating phase, the rotation of the input-side shaft is converted into a rotation of the output shaft via a wave gear provided as a reduction gear.

Hierbei kann die Umschaltung zwischen den verschiedenen Betriebsphasen automatisch in Abhängigkeit von dem die Ausgangswelle bremsenden Moment erfolgen. Insbesondere kann die Umschaltung durch einen Kupplungsbetätigungsmechanismus erzwungen werden, welcher in der ersten Betriebsphase die eingangsseitige Welle mit der Ausgangswelle drehfest koppelt.Switching between the different operating phases can occur automatically depending on the torque braking the output shaft. In particular, switching can be enforced by a clutch actuation mechanism that, during the first operating phase, torque-locks the input shaft to the output shaft.

Bei der eingangsseitigen Welle der Getriebeanordnung kann es sich, ebenso wie bei der Ausgangswelle, um eine massive Welle oder um eine Hohlwelle handeln. Optional ist die Getriebeanordnung mit einer Drehmomentsensorik ausgestattet.The input shaft of the gear assembly, like the output shaft, can be a solid or hollow shaft. Optionally, the gear assembly is equipped with a torque sensor.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise schematisiert:

  • 1 eine Getriebeanordnung einschließlich eines automatisch als Untersetzungsgetriebe zuschaltbaren Wellgetriebes in einer Schnittdarstellung,
  • 2 ein Diagramm zur Erläuterung verschiedener Betriebszustände der Getriebeanordnung nach 1.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The drawings show, partially schematically:
  • 1 a gear arrangement including a wave gear that can be automatically switched on as a reduction gear in a sectional view,
  • 2 a diagram to explain different operating states of the gear arrangement according to 1 .

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Getriebeanordnung ist beispielsweise als Stellgetriebe in der Robotik verwendbar und umfasst ein Wellgetriebe 2, welches je nach Betriebszustand entweder als Untersetzungsgetriebe fungiert oder leer mitläuft. Je nach Betriebsmodus ist eine schaltbare Kupplung 3 der Getriebeanordnung 1 offen oder geschlossen. Bei geöffneter Kupplung 3 ist eine eingangsseitige Welle 6 der Getriebeanordnung 1 drehfest mit einer Ausgangswelle 7 verbunden. Hierbei ist ein Kupplungsbetätigungsmechanismus 5, der zum einen zur Betätigung der Kupplung 3 vorgesehen ist und zum anderen selbst eine Kupplung, nämlich eine Überlastkupplung, darstellt, geschlossen.A gear assembly, designated overall by reference numeral 1, can be used, for example, as a servo gear in robotics and comprises a harmonic drive 2, which, depending on the operating state, either functions as a reduction gear or runs idle. Depending on the operating mode, a switchable clutch 3 of the gear assembly 1 is open or closed. When the clutch 3 is open, an input-side shaft 6 of the gear assembly 1 is connected in a rotationally fixed manner to an output shaft 7. A clutch actuation mechanism 5, which is provided for actuating the clutch 3 and also constitutes a clutch itself, namely an overload clutch, is closed.

Der rastend arbeitende Kupplungsbetätigungsmechanismus 5 umfasst eine eingangsseitige Drehmomentübertragungsstruktur 16, welche sich auf einer Abschlussplatte 4 befindet, die fest mit der eingangsseitigen Welle 6 verbunden ist. Eine zugehörige ausgangsseitige Drehmomentübertragungsstruktur 17 befindet sich auf einer Kupplungsscheibe 15, die im Ausführungsbeispiel zur Zusammenwirkung mit einem Kupplungsbelag 14 vorgesehen ist, welcher der Kupplung 3 zuzurechnen ist. Beim Öffnen oder Schließen des Kupplungsbetätigungsmechanismus 5 wird die Ausgangswelle 7 samt Kupplungsscheibe 15 in axialer Richtung der Ausgangswelle 7 und damit der gesamten Getriebeanordnung 1 verschoben. Ein Verschieben der eingangsseitigen Welle 6 ist nicht vorgesehen.The detent-operating clutch actuation mechanism 5 comprises an input-side torque transmission structure 16, which is located on a cover plate 4, which is firmly connected to the input-side shaft 6. An associated output-side torque transmission structure 17 is located on a clutch disc 15, which in the exemplary embodiment is provided for interaction with a clutch lining 14, which is assigned to the clutch 3. When opening or closing the clutch actuation mechanism 5, the output shaft 7 together with the clutch disc 15 is moved in the axial direction of the output shaft 7 and thus of the entire transmission arrangement 1. A shift of the input-side shaft 6 is not intended.

Wird auf der Eingangsseite der Getriebeanordnung 1 ein Drehmoment in die Welle 6 eingeleitet, so wird dieses Drehmoment an die Ausgangswelle 7 weitergegeben, solange auf die Ausgangswelle 7 kein zu großes bremsendes Moment wirkt. Wird der entsprechende Drehmomentgrenzwert überschritten, so öffnen die durch die Drehmomentübertragungsstrukturen 16, 17 gegebenen Rampenkonturen den Kupplungsbetätigungsmechanismus 5 unter gleichzeitigem Schließen der als Reibungskupplung ausgebildeten Kupplung 3. In diesem Moment tritt das Wellgetriebe 2 in Funktion.If a torque is introduced into shaft 6 on the input side of the gear assembly 1, this torque is transmitted to the output shaft 7, as long as the output shaft 7 is not subjected to excessive braking torque. If the corresponding torque limit is exceeded, the ramp contours defined by the torque transmission structures 16, 17 open the clutch actuation mechanism 5 while simultaneously closing the clutch 3, which is designed as a friction clutch. At this moment, the strain wave gear 2 comes into operation.

Ein mit 8 bezeichnetes Gehäuse des Wellgetriebes 2 kann zugleich als Gehäuse der gesamten Getriebeanordnung 1 ausgebildet sein. Das Wellgetriebe 2 umfasst ein Wälzlager 19, welches einem insgesamt mit 18 bezeichneten Wellgenerator zuzurechnen ist. Ein auf der Welle 6 befindlicher Innenring 20 des Wälzlagers 19 weist eine elliptische, von einer Kreisform abweichende Form auf. Auf dem Innenring 20 rollen Kugeln als Wälzkörper 21 ab, die in einem Käfig 22 geführt sind. Ein Außenring 23 des Wälzlagers 19 des Wellgenerators 18 passt sich bei der Rotation der Welle 6 permanent der unrunden Form des Innenrings 20 an. Der Außenring 23 ist ohne feste Verbindung umgeben von einem elastischen außenverzahnten Getriebeelement 24. Das Getriebeelement 24 weist einen verzahnten Abschnitt 25 und einen Kragen 26 auf, welcher am Gehäuse 8 befestigt ist. Insgesamt stellt das elastische Getriebeelement 24 damit eine Kragenhülse dar.A housing, designated 8, of the wave gear 2 can also be designed as the housing of the entire gear assembly 1. The wave gear 2 comprises a rolling bearing 19, which is assigned to a wave generator, designated 18 overall. An inner ring 20 of the rolling bearing 19, located on the shaft 6, has an elliptical shape that deviates from a circular shape. Balls roll on the inner ring 20 as rolling elements 21, which are guided in a cage 22. An outer ring 23 of the rolling bearing 19 of the wave generator 18 permanently adapts to the non-circular shape of the inner ring 20 as the shaft 6 rotates. The outer ring 23 is surrounded, without any fixed connection, by an elastic externally toothed gear element 24. The gear element 24 has a toothed section 25 and a collar 26, which is fastened to the housing 8. Overall, the elastic gear element 24 thus represents a collar sleeve.

Die am Abschnitt 25 befindliche Verzahnung des elastischen Getriebeelementes 24 greift partiell, nämlich ausschließlich an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen, in eine Innenverzahnung eines Verzahnungsbauteils 28 ein. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des elastischen Getriebeelementes 24 weicht geringfügig, nämlich um zwei, von der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Verzahnungsbauteils 28 ab, wobei das Getriebeelement 24 zwei Zähne weniger als das Verzahnungsbauteil 28 hat. Dies führt dazu, dass eine volle Umdrehung der Welle 6, das heißt eine Rotation um 360 Grad, in eine lediglich geringfügige Verschwenkung des Verzahnungsbauteils 28 umgesetzt wird.The toothing of the elastic gear element 24 located on section 25 engages partially, namely exclusively at two diametrically opposite points, with the internal toothing of a toothed component 28. The number of teeth of the external toothing of the elastic gear element 24 differs slightly, namely by two, from the number of teeth of the internal toothing of the toothed component 28, with the gear element 24 having two fewer teeth than the toothed component 28. This results in a full revolution of the shaft 6, i.e., a rotation of 360 degrees, being converted into only a slight pivoting of the toothed component 28.

Das Verzahnungsbauteil 28 ist einem insgesamt mit 10 bezeichneten Abtriebselement des Wellgetriebes 2 zuzurechnen. Hierbei schließt an das Verzahnungsbauteil 28 ein zylindrischer Abschnitt 12 des in sich starren Abtriebselementes 10 an. Zur Lagerung des Abtriebselementes 10 im Gehäuse 8 ist im Ausführungsbeispiel ein Wälzlager 9 vorgesehen, welches als zweireihiges Schrägnadellager ausgebildet ist. Eine Dichtung 11, welche als berührende Dichtung ausgebildet ist, dichtet das Wälzlager 9 ab. Mit 27 sind statische Dichtungen innerhalb des Gehäuses 8 bezeichnet.The toothed component 28 is assigned to an output element of the strain wave gear 2, designated overall by 10. A cylindrical section 12 of the inherently rigid output element 10 adjoins the toothed component 28. To support the output element 10 in the housing 8, a rolling bearing 9 is provided in the exemplary embodiment. This bearing is designed as a double-row angular contact needle bearing. A seal 11, designed as a contact seal, seals the rolling bearing 9. Static seals within the housing 8 are designated by 27.

Mit dem zylindrischen Abschnitt 12 ist auf dessen dem Verzahnungsbauteil 28 abgewandter Seite ein ringscheibenförmiger Abschnitt 13 verbunden, welcher ebenfalls dem Abtriebselement 10 zuzurechnen ist. Der Kupplungsbelag 14 befindet sich im vorliegenden Fall auf dem ringscheibenförmigen Abschnitt 13.Connected to the cylindrical portion 12 on the side facing away from the toothed component 28 is an annular disc-shaped portion 13, which is also assigned to the output element 10. In this case, the clutch lining 14 is located on the annular disc-shaped portion 13.

Was die automatische Umschaltfunktion der Getriebeanordnung 1 zwischen zwei verschiedenen Betriebsmodi betrifft, wird auf das idealisierte Diagramm nach 2 hingewiesen. Hierin sind Verläufe verschiedener Drehmomente M und Drehzahlen n in Abhängigkeit von der Zeit t veranschaulicht. Es wird davon ausgegangen, dass die Getriebeanordnung 1 zunächst im Direktantriebsmodus, das heißt mit deaktiviertem Wellgetriebe 2, betrieben wird. Hierbei steige das Drehmoment M bis zu einem Umschaltmoment Mu an, was zu einem Umschaltzeitpunkt tu geschehe.Regarding the automatic switching function of the gear arrangement 1 between two different operating modes, reference is made to the idealized diagram according to 2 This diagram illustrates the curves of various torques M and speeds n as a function of time t. It is assumed that the gear assembly 1 is initially operated in direct drive mode, i.e., with the strain wave gear 2 deactivated. In this case, the torque M increases up to a switching torque Mu, which occurs at a switching time tu.

Am Umschaltzeitpunkt tu, das heißt mit Überschreitung des einen Drehmomentgrenzwert darstellenden Umschaltmoments Mu, wird durch den Kupplungsbetätigungsmechanismus 5 die Kupplung 3 geschlossen, was mit einer Aufhebung der drehstarren Kopplung zwischen der eingangsseitigen Welle 6 und der Ausgangswelle 7 einhergeht. Damit wird, wie bereits anhand 1 erläutert, das Wellgetriebe 2 aktiviert, womit das ausgangsseitige Moment der Getriebeanordnung 1 auf den Wert Ma ansteigt. Dies geschieht, während eine eingangsseitige Drehzahl ne der Welle 6 zumindest näherungsweise konstant bleibt. Die mit nA bezeichnete Drehzahl der Ausgangswelle 7 fällt gleichzeitig ab. Das eingangsseitige, mit Me bezeichnete Drehmoment kann entweder, wie in 2 skizziert, etwa auf dem Niveau des Umschaltmoments Mu verbleiben oder auf ein niedrigeres Niveau abfallen. Da der Kupplungsbetätigungsmechanismus 5 nicht vollständig öffnet, können die eingangs- und ausgangsseitigen Niveaus der Drehmomente Me, MA, wie in 2 eingezeichnet, Schwankungen aufweisen, von der Gestalt der Drehmomentübertragungsstrukturen 16, 17 herrühren. Die Höhe der verschiedenen Drehzahl- und Drehmomentniveaus ne, nA, Me, MA ist in 2 nicht maßstäblich dargestellt.At the switching point tu, i.e. when the switching torque Mu representing a torque limit is exceeded, the clutch 3 is closed by the clutch actuation mechanism 5, which is accompanied by a removal of the torsionally rigid coupling between the input-side shaft 6 and the output shaft 7. As already shown in 1 explained, the wave gear 2 is activated, whereby the output torque of the gear arrangement 1 increases to the value M a . This occurs while the input speed n e of the shaft 6 remains at least approximately constant. The speed of the output shaft 7, designated n A, decreases simultaneously. The input torque, designated M e, can either, as in 2 outlined, remain approximately at the level of the switching torque Mu or drop to a lower level. Since the clutch actuation mechanism 5 does not open completely, the input and output side levels of the torques M e , M A , as in 2 shown, fluctuations, resulting from the shape of the torque transmission structures 16, 17. The height of the different speed and torque levels n e , n A , M e , M A is in 2 not shown to scale.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
GetriebeanordnungGear arrangement
22
WellgetriebeWave gear
33
Kupplungcoupling
44
AbschlussplatteEnd plate
55
KupplungsbetätigungsmechanismusClutch actuation mechanism
66
WelleWave
77
AusgangswelleOutput shaft
88
GehäuseHousing
99
WälzlagerRolling bearings
1010
Abtriebselement des WellgetriebesOutput element of the strain wave gear
1111
Dichtungseal
1212
zylindrischer Abschnittcylindrical section
1313
ringscheibenförmiger Abschnittannular disc-shaped section
1414
Kupplungsbelagclutch lining
1515
Kupplungsscheibeclutch disc
1616
Drehmomentübertragungsstruktur, eingangsseitigTorque transmission structure, input side
1717
Drehmomentübertragungsstruktur, ausgangsseitigTorque transmission structure, output side
1818
WellgeneratorWave generator
1919
Wälzlager des WellgeneratorsRolling bearings of the wave generator
2020
Innenringinner ring
2121
Wälzkörper, KugelRolling element, ball
2222
Käfigcage
2323
AußenringOuter ring
2424
elastisches Getriebeelementelastic gear element
2525
verzahnter Abschnitttoothed section
2626
Kragencollar
2727
statische Dichtungstatic seal
2828
VerzahnungsbauteilGearing component
MM
Drehmomenttorque
MAMA
Drehmoment, AusgangswelleTorque, output shaft
MeMe
Drehmoment, eingangsseitigTorque, input side
MuMu
Umschaltmoment, DrehmomentgrenzwertSwitching torque, torque limit
nn
Drehzahlspeed
nAn/a
Drehzahl, AusgangswelleSpeed, output shaft
neno
Drehzahl, eingangsseitigSpeed, input side
tt
ZeitTime
tuyou
UmschaltzeitpunktSwitchover time

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2017 110 678 B3 [0003]DE 10 2017 110 678 B3 [0003]
  • DE 10 2019 102 264 A1 [0004]DE 10 2019 102 264 A1 [0004]
  • DE 10 2016 222 897 A1 [0005]DE 10 2016 222 897 A1 [0005]
  • DE 10 2015 224 897 A1 [0006]DE 10 2015 224 897 A1 [0006]
  • EP 0 514 829 B1 [0007]EP 0 514 829 B1 [0007]
  • EP 0 741 256 B1 [0007]EP 0 741 256 B1 [0007]
  • DE 10 2021 119 597 A1 [0008]DE 10 2021 119 597 A1 [0008]
  • DE 10 2019 120 320 A1 [0018]DE 10 2019 120 320 A1 [0018]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Präzisionswellgetriebe Baureihe RT“, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Schweinfurt, TPI 275 / de-DE / DE / 2022-10 [0009]Precision wave gear units, RT series“, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Schweinfurt, TPI 275 / de-DE / DE / 2022-10 [0009]

Claims (10)

Getriebeanordnung (1), umfassend ein Wellgetriebe (2), eine auf der Ausgangsseite des Wellgetriebes (2) befindliche Kupplung (3) einschließlich eines Kupplungsbetätigungsmechanismus (5), sowie eine Ausgangswelle (7), wobei eine eingangsseitige Welle (6) eines Wellgenerators (18) des Wellgetriebes (2) über den geschlossenen Kupplungsbetätigungsmechanismus (5) bei zugleich geöffneter Kupplung (3) drehfest mit der Ausgangswelle (7) gekoppelt ist, solange ein bremsendes, auf die Ausgangswelle (7) wirkendes Moment einen Drehmomentgrenzwert nicht überschreitet, wogegen bei überschrittenem Drehmomentgrenzwert die Kupplung (3) mittels des Kupplungsbetätigungsmechanismus (5), der hierbei zugleich die drehfeste Kopplung zwischen der eingangsseitigen Welle (6) und der Ausgangswelle (7) aufhebt, geschlossen gehalten wird, womit ein Leistungsfluss zwischen der eingangsseitigen Welle (6) und der Ausgangswelle (7) über das Wellgetriebe (2) hergestellt ist.Gear arrangement (1) comprising a harmonic drive (2), a clutch (3) located on the output side of the harmonic drive (2), including a clutch actuation mechanism (5), and an output shaft (7), wherein an input-side shaft (6) of a wave generator (18) of the harmonic drive (2) is coupled in a rotationally fixed manner to the output shaft (7) via the closed clutch actuation mechanism (5) when the clutch (3) is simultaneously open, as long as a braking torque acting on the output shaft (7) does not exceed a torque limit value, whereas when the torque limit value is exceeded, the clutch (3) is kept closed by means of the clutch actuation mechanism (5), which at the same time cancels the rotationally fixed coupling between the input-side shaft (6) and the output shaft (7), whereby a power flow is established between the input-side shaft (6) and the output shaft (7) via the harmonic drive (2). Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellgetriebe (2) ein elastisches kragenförmiges, außenverzahntes Getriebeelement (24) aufweist, welches an einem Gehäuse (8) gehalten ist.Gear arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the wave gear (2) has an elastic collar-shaped, externally toothed gear element (24) which is held on a housing (8). Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein verzahnter Abschnitt (25) des elastischen Getriebeelementes (24) mit einem Verzahnungsbauteil (28) kämmt, welches fest mit einem Element (15) der Kupplung (3) verbunden ist.Gear arrangement (1) according to Claim 2 , characterized in that a toothed portion (25) of the elastic transmission element (24) meshes with a toothed component (28) which is fixedly connected to an element (15) of the coupling (3). Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungsbauteil (28) im Gehäuse (8) wälzgelagert ist.Gear arrangement (1) according to Claim 3 , characterized in that the toothed component (28) is mounted on roller bearings in the housing (8). Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Verzahnungsbauteils (28) ein mehrreihiges Schrägnadellager (9) vorgesehen ist.Gear arrangement (1) according to Claim 4 , characterized in that a multi-row angular contact needle bearing (9) is provided for supporting the toothed component (28). Getriebeanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellgenerator (18) ein Wälzlager (19), insbesondere Kugellager, umfasst.Gear arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the wave generator (18) comprises a rolling bearing (19), in particular a ball bearing. Getriebeanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbetätigungsmechanismus (5) als rastende Überlastkupplung ausgebildet ist.Gear arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the clutch actuating mechanism (5) is designed as a locking overload clutch. Verfahren zum Betrieb einer nach Anspruch 1 ausgebildeten Getriebeanordnung (1), wobei in einer ersten Betriebsphase eine Rotation einer eingangsseitigen Welle (6) direkt auf eine Ausgangswelle (7) übertragen wird und in einer zweiten Betriebsphase, in welcher im Vergleich zur ersten Betriebsphase ein höheres bremsendes Moment auf die Ausgangswelle (7) wirkt, die Rotation der eingangsseitigen Welle über ein als Untersetzungsgetriebe vorgesehenes Wellgetriebe (2) in eine Rotation der Ausgangswelle (7) umgesetzt wird.Procedure for operating a Claim 1 formed gear arrangement (1), wherein in a first operating phase a rotation of an input-side shaft (6) is transmitted directly to an output shaft (7) and in a second operating phase, in which a higher braking torque acts on the output shaft (7) compared to the first operating phase, the rotation of the input-side shaft is converted into a rotation of the output shaft (7) via a wave gear (2) provided as a reduction gear. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen den verschiedenen Betriebsphasen automatisch in Abhängigkeit von dem die Ausgangswelle (7) bremsenden Moment erfolgt.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the switching between the different operating phases takes place automatically as a function of the torque braking the output shaft (7). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung durch einen Kupplungsbetätigungsmechanismus (5) erzwungen wird, welcher in der ersten Betriebsphase die eingangsseitige Welle (6) mit der Ausgangswelle (7) drehfest koppelt.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the switching is enforced by a clutch actuating mechanism (5) which, in the first operating phase, couples the input-side shaft (6) to the output shaft (7) in a rotationally fixed manner.
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