DE102019212221A1

DE102019212221A1 - Strain wave gear

Info

Publication number: DE102019212221A1
Application number: DE102019212221.3A
Authority: DE
Inventors: Karl Benkler; Oliver Loechte; Klemens Humm
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe (1), umfassend einen Wellengenerator (3), einen elastisch verformbaren Flexspline (4) mit einer Außenverzahnung (5) und ein Getriebebauteil (6) mit einer Innenverzahnung (7). Die Außenverzahnung (5) ist an einem offenen Ende des Flexsplines (4) angeordnet. Der Flexspline ist durch den Wellengenerator (3) so elastisch verformbar, dass die Außenverzahnung (5) partiell mit der Innenverzahnung (7) in Eingriff bringbar ist. Der Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) sind relativ zueinander verdrehbar, wobei die Innenverzahnung (7) und die Außenverzahnung (5) eine ungleiche Anzahl an Zähnen aufweisen, sodass der Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) durch eine Rotationsbewegung des Wellengenerators (3) relativ zueinander verdrehbar sind. Die Innenverzahnung (7) weist eine Zahnformkorrektur auf, die als Breitenballigkeit oder als Endrücknahme ausgeführt ist.The invention relates to a harmonic drive (1) comprising a wave generator (3), an elastically deformable flexspline (4) with external teeth (5) and a gear component (6) with internal teeth (7). The external toothing (5) is arranged at an open end of the flexspline (4). The flexspline can be elastically deformed by the wave generator (3) so that the external toothing (5) can be partially brought into engagement with the internal toothing (7). The Flexspline (4) and the gear component (6) can be rotated relative to one another, the internal toothing (7) and the external toothing (5) having an unequal number of teeth, so that the Flexspline (4) and the gear component (6) rotate through a rotational movement of the shaft generator (3) are rotatable relative to each other. The internal toothing (7) has a tooth shape correction that is designed as a crowning or end recess.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a harmonic drive according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2010 024 565 A1 ist ein Wellgetriebe bekannt, das im Wesentlichen aus drei Bauteilen besteht. Das erste Bauteil ist ein elliptisches Antriebsbauteil, das als Wellengenerator bezeichnet wird. Das zweite Bauteil ist ein elastisch verformbares, außenverzahntes Übertragungsbauteil, auch Flexspline genannt. Das dritte Bauteil ist ein steifes Getriebebauteil, das auch Circularspline genannt wird und eine kreisringförmige Innenverzahnung aufweist. Der Wellengenerator verformt den Flexspline so in eine elliptische Form, dass sich dessen Außenverzahnung in gegenüberliegenden Bereichen mit der Innenverzahnung des Getriebebauteils im Eingriff befindet. Der Flexspline und das Getriebebauteil sind zueinander verdrehbar. Durch das Drehen des Wellengenerators verlagern sich die große Ellipsenachse und der Eingriffsbereich zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung. Die Innenverzahnung des Getriebebauteils weist weniger Zähne auf als die Außenverzahnung des Flexsplines. Dadurch ergibt sich beim Antrieb des Wellengenerators eine Relativbewegung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Wellengenerator und dem Flexspline. Der Flexspline kann beispielsweise als Abtrieb dienen und mit einer Abtriebswelle verdrehfest verbunden sein.From the DE 10 2010 024 565 A1 a harmonic drive is known which essentially consists of three components. The first component is an elliptical drive component called a wave generator. The second component is an elastically deformable, externally toothed transmission component, also called a flexspline. The third component is a rigid gear component, which is also called a circular spline and has a circular internal toothing. The wave generator deforms the Flexspline into an elliptical shape in such a way that its external teeth are in engagement with the internal teeth of the transmission component in opposite areas. The Flexspline and the transmission component can be rotated relative to one another. By turning the shaft generator, the large axis of the ellipse and the area of engagement between the external and internal teeth are shifted. The internal toothing of the transmission component has fewer teeth than the external toothing of the Flexspline. This results in a relative movement with a high transmission ratio between the shaft generator and the Flexspline when driving the shaft generator. The Flexspline can, for example, serve as an output and be connected to an output shaft in a rotationally fixed manner.

Solche Wellgetriebe werden auch Spannungswellengetriebe genannt. Ein Vorteil derartiger Wellgetriebe ist, dass bei verhältnismäßig kompakten Abmessungen sehr hohe Übersetzungen realisiert werden können. Darüber hinaus ist eine hohe Positioniergenauigkeit zwischen Antrieb und Abtrieb erreichbar. Derartige Wellgetriebe werden beispielsweise in Industrierobotern verwendet. Dabei werden sie jeweils von einem Elektromotor angetrieben und zur Bewegung von einzelnen Gliedern der Industrieroboter verwendet.Such wave gears are also called stress wave gears. One advantage of such a harmonic drive is that very high gear ratios can be achieved with relatively compact dimensions. In addition, a high level of positioning accuracy between drive and output can be achieved. Such wave gears are used, for example, in industrial robots. They are each driven by an electric motor and used to move individual links of the industrial robot.

Der Flexspline wird in der Regel entweder in einer zylinderhutförmigen oder in einer becher- bzw. topfförmigen Bauform ausgeführt. Beide Bauformen weisen einen im wesentlichen zylinderförmigen Zylinderabschnitt auf, der an einem hinteren Ende übergeht in einen Befestigungsabschnitt, welcher sich in radialer Richtung erstreckt. Bei der zylinderhutförmigen Bauform erstreckt sich der Befestigungsabschnitt radial nach außen. Bei der topfförmigen Bauform erstreckt sich der Befestigungsabschnitt radial nach innen. Das Ende des Flexsplines, das in axialer Richtung dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegt, wird auch offenes Ende genannt. An dem offenen Ende des Flexsplines ist die Außenverzahnung angeordnet.The Flexspline is usually designed either in the shape of a cylinder hat or in a cup or pot-shaped design. Both designs have an essentially cylindrical cylinder section which merges at a rear end into a fastening section which extends in the radial direction. In the case of the top hat-shaped design, the fastening section extends radially outward. In the case of the cup-shaped design, the fastening section extends radially inward. The end of the flexspline that is opposite the fastening section in the axial direction is also called the open end. The external toothing is arranged at the open end of the flexspline.

Die elliptische Verformung des Flexsplines wirkt sich im Bereich des offenen Endes und somit an der Außenverzahnung in Form einer Verbiegung bzw. Verkippung aus. In der eingangs genannten DE 10 2010 024 565 A1 ist dies unter der Bezeichnung „Konen“ beschrieben. Es besteht dadurch die Gefahr, dass die Zähne der Außenverzahnung mit den Zähnen der Innenverzahnung kollidieren und ein zufriedenstellendes Ineinandergreifen der beiden Verzahnungen nicht mehr gewährleistet ist. Es sind also Eingriffsstörungen beispielsweise durch Berührung der Zahnköpfe in den Fußkurven der Gegenverzahnung, so genannte Interferenzen zu befürchten. In der DE 10 2010 024 565 A1 wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen an der Außenverzahnung und an der Innenverzahnung jeweils in einem Kopfflächenbereich eine abgeschrägte Fläche vorzusehen.The elliptical deformation of the Flexspline has an effect in the area of the open end and thus on the external toothing in the form of bending or tilting. In the aforementioned DE 10 2010 024 565 A1 this is described under the designation "cones". As a result, there is the risk that the teeth of the external toothing collide with the teeth of the internal toothing and a satisfactory meshing of the two toothings is no longer guaranteed. There are therefore interference problems to be feared, for example due to contact with the tooth tips in the base curves of the counter-toothing, so-called interference. In the DE 10 2010 024 565 A1 it is proposed to solve this problem to provide a beveled surface on the external toothing and on the internal toothing in a respective head surface area.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wellgetriebe zu schaffen, das insbesondere im Hinblick auf ein maximal übertragbares Drehmoment über eine lange Lebensdauer und eine einfache Herstellbarkeit verbessert ist.The object of the present invention is to create a harmonic drive which is improved in particular with regard to a maximum transmittable torque over a long service life and easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a harmonic drive with the features of claim 1. Advantageous designs are given in the dependent claims.

Es wird ein Wellgetriebe vorgeschlagen, das einen Wellengenerator, einen elastisch verformbaren Flexspline mit einer Außenverzahnung und ein Getriebebauteil mit einer Innenverzahnung aufweist. Die Außenverzahnung ist an einem offenen Ende eines Zylinderabschnitts an dem Flexspline angeordnet. An dem anderen Ende des Zylinderabschnitts kann insbesondere ein sich in radialer Richtung erstreckender Befestigungsabschnitt angeordnet sein. Die Erfindung lässt sich bei unterschiedlichen Bauformen von Wellgetrieben anwenden, z.B. bei zylinderhutförmigen und bei der becher- bzw. topfförmigen Bauform des Flexsplines. Bei der zylinderhutförmigen Bauform erstreckt sich der Befestigungsabschnitt von dem einen Ende des Zylinderabschnitts radial nach außen, wogegen er sich bei der topfförmigen Bauform radial nach innen erstreckt.A harmonic drive is proposed which has a wave generator, an elastically deformable Flexspline with external teeth, and a transmission component with internal teeth. The external toothing is arranged at an open end of a cylinder section on the Flexspline. At the other end of the cylinder section, in particular a fastening section extending in the radial direction can be arranged. The invention can be used with different designs of wave gears, e.g. with the cylinder hat-shaped and the cup-shaped or pot-shaped design of the Flexspline. In the case of the top hat-shaped design, the fastening section extends radially outward from one end of the cylinder section, whereas in the case of the cup-shaped design it extends radially inward.

Die genannte Außenverzahnung ist an dem offenen Ende des Zylinderabschnitts des Flexsplines angeordnet. Die Außenverzahnung ist durch den Wellengenerator so elastisch verformbar, dass sie partiell mit der Innenverzahnung in Eingriff bringbar ist. Durch das Einfügen des Wellengenerators wird also der Flexspline an seinem offenen Ende, welches die Außenverzahnung aufweist, in eine elliptische Form gedrückt. Dadurch wird die Außenverzahnung im Bereich der beiden auf der Hauptachse der Ellipse liegenden Hauptscheitel in Eingriff mit der Innenverzahnung gebracht. Das Getriebebauteil mit der Innenverzahnung ist ein steifes Bauteil, sodass auch die in dem Getriebebauteil angeordnete Innenverzahnung in ihrer kreisrunden Grundform steif bzw. starr ist.The named external toothing is arranged at the open end of the cylinder section of the Flexspline. The external toothing is so elastically deformable by the wave generator that it can be partially brought into engagement with the internal toothing. By inserting the wave generator, the Flexspline is pressed into an elliptical shape at its open end, which has the external toothing. As a result, the external toothing is brought into engagement with the internal toothing in the area of the two main vertices lying on the main axis of the ellipse. The gear component with the internal toothing is a rigid component, so that the internal toothing arranged in the transmission component is also rigid or rigid in its circular basic shape.

Der Flexspline und das Getriebebauteil sind relativ zueinander verdrehbar. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung weisen eine ungleiche Anzahl an Zähnen auf, wodurch der Flexspline und das Getriebebauteil durch eine Rotationsbewegung des Wellengenerators relativ zueinander verdreht werden. Typischerweise unterscheiden sich die Zähnezahlen der Außen- und der Innenverzahnung um zwei Zähne.The Flexspline and the transmission component can be rotated relative to one another. The internal toothing and the external toothing have an unequal number of teeth, as a result of which the Flexspline and the gear component are rotated relative to one another by a rotational movement of the shaft generator. Typically, the number of teeth of the external and internal teeth differ by two teeth.

Ferner ist vorgesehen, dass die Innenverzahnung zumindest an einem Ende eine Zahnformkorrektur aufweist, um dadurch eine Kollision der Außenverzahnung mit der Innenverzahnung zu vermeiden, welche ansonsten durch das eingangs beschriebene Konen verursacht würde. Die Zahnformkorrektur der Innenverzahnung ist als Breitenballigkeit oder als Endrücknahme ausgeführt.Furthermore, it is provided that the internal toothing has a tooth shape correction at least at one end in order to thereby avoid a collision of the external toothing with the internal toothing, which would otherwise be caused by the cone described above. The tooth form correction of the internal gearing is designed as crowning or end relief.

Gemäß einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Zahnformkorrektur als eine konische Endrücknahme an zumindest einem Ende der Innenverzahnung ausgeführt ist.According to one embodiment, it can be provided that the tooth shape correction is designed as a conical end recess at at least one end of the internal toothing.

Eine Endrücknahme ist eine Korrektur der Zahndicke über einen Teil der Zahnbreite an zumindest einem Ende der Verzahnung. Bei der Endrücknahme wird also die Zahndicke an einem Zahnende gemindert. Dabei wird die zugehörige Verzahnung auch im Bereich ihrer Zahnflanken korrigiert. Es handelt sich dabei also um eine Zahnflankenkorrektur. Die Endrücknahme kann linear oder bogenförmig ausgestaltet sein. Diese Art der Flankenkorrektur wird prinzipiell dazu genutzt, um die Zahnenden vor Überlastungen zu schützen. Es kann auch von einer Flankenlinien-Endrücknahme gesprochen werden. Endrücknahmen sind einfacher zu fertigen als die im Folgenden noch beschriebene Breitenballigkeit. Neben möglichen Interferenzen an den Zahnköpfen werden so auch die Zahnflanken berücksichtigt, da Kollisionen zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung eines Wellgetriebes auch an den Zahnflanken auftreten können, wenn diese nicht entsprechend angepasst sind.End relief is a correction of the tooth thickness over part of the tooth width at at least one end of the toothing. With the end withdrawal, the tooth thickness is reduced at one tooth end. The associated toothing is also corrected in the area of its tooth flanks. So it is a tooth flank correction. The end recess can be linear or curved. This type of flank correction is principally used to protect the tooth ends from overload. It can also be referred to as a tooth trace end relief. End reliefs are easier to manufacture than the crowning shape described below. In addition to possible interferences on the tooth tips, the tooth flanks are also taken into account, since collisions between the internal toothing and the external toothing of a harmonic drive can also occur on the tooth flanks if these are not appropriately adapted.

Anstatt einer Endrücknahme an einem oder beiden Enden der Innenverzahnung kann die Zahnformkorrektur in Form einer Breitenballigkeit der Innenverzahnung ausgeführt sein. Die Breitenballigkeit ist eine Zahnformkorrektur in Zahnbreitenrichtung. Bei der Breitenballigkeit reduziert die Zahndicke insbesondere von der Mitte des Zahnes zu beiden Enden hin nach einem konvexen Profil. Durch die Breitenballigkeit können seitliche Überbelastungen vermieden werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient die Breitenballigkeit insbesondere der Vermeidung von Eingriffsstörungen bzw. Interferenzen zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung.Instead of an end recess at one or both ends of the internal toothing, the tooth shape correction can be implemented in the form of a crowning of the internal toothing. The crowning is a tooth shape correction in the direction of the tooth width. In the case of crowning, the tooth thickness is reduced, in particular from the center of the tooth to both ends, according to a convex profile. Due to the crowning, lateral overloads can be avoided. Within the scope of the present invention, the crowning serves in particular to avoid interference between the external toothing and the internal toothing.

Die erwähnte Zahnformkorrektur an der Innenverzahnung kann zusätzlich eine Zahnkopfkorrektur umfassen. Dadurch werden Interferenzen insbesondere an dem Ende vermieden, welches dem offenen Ende der Außenverzahnung zugeordnet ist. Die Zahnköpfe der Innenverzahnung kollidieren dadurch nicht mit den Zahnfußbereichen der Außenverzahnung, trotz der beschriebenen Verformung, der die Außenverzahnung mit dem Flexspline in dem Wellgetriebe ausgesetzt ist.The mentioned tooth shape correction on the internal toothing can additionally include a tooth tip correction. This prevents interference, in particular at the end that is assigned to the open end of the external toothing. As a result, the tooth tips of the internal toothing do not collide with the tooth root areas of the external toothing, despite the deformation described to which the external toothing with the flexspline in the harmonic drive is exposed.

Im Gegensatz zu bekannten Wellgetrieben mit Zahnformkorrekturen kann nun vorgesehen werden, dass die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist. Dies hat zur Folge, dass der Flexspline insbesondere an seinem offenen Ende keine Schwächung durch eine Zahnformkorrektur an der Außenverzahnung erfährt. Die Kranzdicke bzw. Fußranddicke an dem ohnehin dünnen offene Ende des Zylinderabschnitts des Flexsplines muss damit nicht verringert werden. Es kann ein Zahngrund bzw. eine Zahnkranzdicke erreicht werden, die über die gesamte Zahnbreite keine Schwächung aufweisen. Es kann also eine hohe Festigkeit im Bereich des Zahngrundes und eine hohe Zahnkranzfestigkeit erhalten werden. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit und die Lebensdauer können so erhöht werden. Beispielsweise würde eine Endrücknahme an der Außenverzahnung den Flexspline in diesem Bereich erheblich schwächen, weil Endrücknahmen üblicherweise hergestellt werden, indem das Werkzeug auf der Bahn längs der Zahnachse an den Zahnenden radial zugestellt wird, demzufolge auch der Fußkreisdurchmesser kleiner wird. Dies bedeutet bei dem dünnen Zylinderabschnitt des Flexsplines eine empfindliche Schwächung.In contrast to known wave gears with tooth shape corrections, it can now be provided that the external toothing has a constant root diameter over the entire tooth width. The consequence of this is that the Flexspline, in particular at its open end, does not experience any weakening due to a tooth shape correction on the external toothing. The rim thickness or base edge thickness at the already thin open end of the cylinder section of the flexspline does not have to be reduced. A tooth base or a tooth rim thickness can be achieved which has no weakening over the entire tooth width. A high strength in the area of the tooth base and a high gear rim strength can therefore be obtained. The torque transmission capacity and the service life can thus be increased. For example, an end recess on the external toothing would considerably weaken the Flexspline in this area, because end recesses are usually produced by moving the tool radially on the path along the tooth axis at the tooth ends, as a result of which the root diameter is also smaller. This means a sensitive weakening of the thin cylinder section of the Flexspline.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite eine gleichbleibende Zahnhöhe aufweist, was die Herstellung vereinfacht. Vorzugsweise weist die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite auch eine zylindrische Außenkontur auf. Die exakt zylindrische Außenkontur ist nur im unverspannten Zustand des Flexsplines vorhanden, da der Flexspline nach dem Zusammenbau durch den Wellengenerator im Querschnitt elliptisch verformt ist. Wesentlich ist hier, dass die Außenverzahnung bei der Herstellung des Flexsplines mit einer zylindrischen Kontur gefertigt werden kann. Dies vereinfacht die Herstellung der Außenverzahnung, weil die Außenverzahnung in einem Bearbeitungschritt ohne Veränderung der Bearbeitungstiefe herstellbar ist.In a further embodiment it is provided that the external toothing has a constant tooth height over the entire tooth width, which simplifies manufacture. The external toothing preferably also has a cylindrical external contour over the entire tooth width. The exactly cylindrical outer contour is only present when the flexspline is not tensioned, since the flexspline is elliptically deformed in cross section after assembly by the wave generator. It is essential here that the external toothing can be manufactured with a cylindrical contour when manufacturing the flexspline. This simplifies the production of the external toothing because the external toothing can be produced in one machining step without changing the machining depth.

Vorteilhaft kann die Außenverzahnung und die Innenverzahnung ein Basiszahnprofil in Form eines Evolventenprofils aufweisen. Verzahnungen mit einem Evolventenprofil haben sich in der Praxis bewährt und sind beispielsweise durch Wälzfräsverfahren in einer reproduzierbaren Qualität mit einfachen Werkzeugen wirtschaftlich herstellbar.The external toothing and the internal toothing can advantageously have a basic tooth profile in the form of an involute profile. Toothings with an involute profile have proven themselves in practice and can be produced economically, for example, by hobbing processes in a reproducible quality with simple tools.

Die Grundlage einer Evolventenverzahnung bildet eine auf dem Grundkreis abrollende Gerade, die als Hüllkurve die Zahnflanke bzw. Hüllbahn erzeugt. Insbesondere basiert die Evolventenverzahnung auf einem Bezugsprofil nach der DIN 867. Sowohl die Innenverzahnung als auch die Außenverzahnung weisen dabei ein Modul m auf, welches als Bezugsgröße der beiden Verzahnungen dienen kann.The basis of an involute toothing is a straight line rolling on the base circle, which creates the tooth flank or envelope path as an envelope curve. In particular, the involute toothing is based on a reference profile according to DIN 867. Both the internal toothing and the external toothing have a module m which can serve as a reference variable for the two toothings.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite das unveränderte Basiszahnprofil auf. Zahnformkorrekturen sind in dieser Ausführungsform also ausschließlich an der Innenverzahnung des Getriebebauteils vorgesehen. Das bedeutet, dass die Außenverzahnung keine Zahnformkorrekturen aufweist, wodurch die Herstellung weiter vereinfacht und eine Schwächung des Flexsplines vermieden wird. Beispielsweise kann die Außenverzahnung ohne Zahnformkorrektur an dem Flexspline in nur einem Verfahrensschritt durch Walzfräsverfahren hergestellt werden, wogegen Verzahnungen mit Zahnformkorrekturen häufig nur in mehreren Verfahrensschritten herstellbar sind, wenn bei der sehr dünnen Buchse, d.h. der sehr geringen Wandstärke des Flexspline, der Fußkreis nicht kleiner werden darf. Links- und Rechtsflanken werden dann separat nacheinander bearbeitet. Die Bearbeitungszeit ist deutlich länger, zudem besteht die Gefahr, dass im Zahnfußbereich ein kleiner Absatz entstehen kann. Dabei sind häufig verschiedene Fertigungsverfahren erforderlich, beispielsweise Fräsen und Stoßen.According to a further preferred embodiment, the external toothing has the unchanged basic tooth profile over the entire tooth width. In this embodiment, tooth shape corrections are provided exclusively on the internal toothing of the transmission component. This means that the external toothing does not have any tooth shape corrections, which further simplifies production and avoids a weakening of the flexspline. For example, the external toothing can be produced without tooth shape correction on the Flexspline in just one process step using the hobbing process, whereas toothing with tooth shape corrections can often only be produced in several process steps if the root circle does not become smaller in the very thin socket, i.e. the very small wall thickness of the Flexspline may. Left and right flanks are then processed separately, one after the other. The processing time is significantly longer, and there is also the risk that a small step can occur in the tooth root area. Different manufacturing processes are often required, for example milling and slotting.

Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der Fertigung des Flexspline kann sich durch die Platzverhältnisse an dem Flexspline ergeben. Beispielsweise kann bei einem hutförmigen Flexspline nicht genügend Raum für einen Walzfräser zur Bearbeitung der Außenverzahnung am Flexspline zur Verfügung stehen, sodass die Außenverzahnung mit Zahnformkorrekturen nur mit anderen Fertigungsverfahren wie Stoßen möglich sind, und dass beim Einarbeiten einer Zahnformkorrektur eine Verringerung der Zahnkranzdicke nicht zu vermeiden wäre. Durch den Verzicht auf eine Zahnformkorrektur an der Außenverzahnung kann die Zahnkranzdicke des unveränderten Basiszahnprofils erhalten bleiben und damit auch eine hohe Zahnkranzfestigkeit.Another aspect in connection with the manufacture of the Flexspline can result from the space available on the Flexspline. For example, with a hat-shaped Flexspline, there may not be enough space for a hob cutter to machine the external toothing on the Flexspline, so that external toothing with tooth form corrections can only be made with other manufacturing processes such as shaping, and that when a tooth form correction is incorporated, a reduction in the gear rim thickness cannot be avoided . By dispensing with a tooth shape correction on the external toothing, the gear rim thickness of the unchanged basic tooth profile can be retained and thus a high gear rim strength.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes in einer Schnittdarstellung,
2 ein Getriebebauteil des Wellgetriebes aus 1 in einer Schnittdarstellung und
3 eine schematische Darstellung einer Endrücknahme an der Innenverzahnung des Getriebebauteils aus der 2.

In the following, the invention is explained in more detail using the attached figures. Show it

1 an embodiment of a harmonic drive according to the invention in a sectional view,
2 a gear component of the harmonic drive 1 in a sectional view and
3 a schematic representation of an end recess on the internal toothing of the transmission component from FIG 2 .

Das der 1 dargestellte Wellgetriebe 1 weist eine Rotationsachse 2 auf. Die in diesem Dokument verwendeten Richtungsangaben radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich auf diese Rotationsachse 2, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die wesentlichen Bauteile des Wellgetriebes 1 sind ein Wellengenerator 3, ein elastisch verformbarer Flexspline 4 mit einer Außenverzahnung 5 und ein Getriebebauteil 6 mit einer Innenverzahnung 7. Der Wellengenerator 3 ist als Antriebsbauteil vorgesehen und ist beispielsweise mit einem Elektromotor antriebswirksam verbindbar.That the 1 shown wave gear 1 has an axis of rotation 2 on. The directions used in this document, radial, axial and circumferential, refer to this axis of rotation 2 unless expressly stated otherwise. The essential components of the harmonic drive 1 are a wave generator 3 , an elastically deformable Flexspline 4th with an external toothing 5 and a transmission component 6th with internal teeth 7th . The wave generator 3 is provided as a drive component and can be effectively connected to an electric motor, for example.

Die Außenverzahnung 5 des elastisch verformbaren Flexsplines 4 wird durch den Wellengenerator 3 so zu einer Ellipse verformt, dass die Außenverzahnung 5 an zwei sich gegenüberliegenden Eingriffsbereichen mit der Innenverzahnung 7 des starren Getriebebauteils 6 im Eingriff steht. Bei der Schnittdarstellung in der 1 ist das Wellgetriebe 1 entlang der Hauptachse der genannten Ellipse geschnitten, wodurch die Innenverzahnung 7 und die Außenverzahnung 5 in der Schnittebene miteinander im Eingriff sind. Die Innenverzahnung 7 weist an dem dem offenen Ende der Außenverzahnung 5 zugeordneten Ende und an dem gegenüberliegenden Ende jeweils eine Zahnformkorrektur in Form einer konischen Endrücknahme auf, wogegen die Außenverzahnung 5 über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist. Dies gewährleistet trotz der Verformung des Flexsplines 4 einen zuverlässigen Betrieb, weil Eingriffsstörungen, d.h. Interferenzen, zwischen der Außenverzahnung 4 und der Innenverzahnung 7 durch die Endrücknahme an der Innenverzahnung 7 vermieden werden.The external toothing 5 of the elastically deformable Flexspline 4th is made by the wave generator 3 so deformed into an ellipse that the external teeth 5 on two opposing areas of engagement with the internal teeth 7th the rigid transmission component 6th is engaged. With the sectional view in the 1 is the harmonic drive 1 cut along the main axis of said ellipse, creating the internal gearing 7th and the external gearing 5 are in engagement with one another in the cutting plane. The internal gearing 7th points at the open end of the external toothing 5 associated end and at the opposite end each have a tooth shape correction in the form of a conical end recess, whereas the external toothing 5 has a constant root diameter over the entire tooth width. This is guaranteed despite the deformation of the flexspline 4th reliable operation because of interference, ie interference, between the external teeth 4th and the internal gearing 7th by the end recess on the internal toothing 7th be avoided.

Zu dem Wellengenerator 3 gehört ein Antriebslager 14, welches an dem elliptischen Außenumfang des Wellengenerators 3 angeordnet ist. Das Antriebslager 14 ist als Wälzlager, vorliegend als Kugellager, ausgebildet. Ein elliptisch verformter Antriebslageraußenring des Antriebslagers 14 verlagert bei der Rotation des Wellengenerators 3 die zwei gegenüberliegenden Eingriffsbereiche zwischen der Außenverzahnung 5 und der Innenverzahnung 7 in Rotationsrichtung, wodurch die hoch übersetzte Drehbewegung zwischen dem Wellengenerator 3 und dem Flexspline 4 entsteht. Das Getriebebauteil 6 kann beispielsweise starr mit einem Gehäuseteil verbunden werden.To the wave generator 3 includes a drive bearing 14th , which is on the elliptical outer circumference of the wave generator 3 is arranged. The drive bearing 14th is designed as a roller bearing, in the present case as a ball bearing. An elliptically deformed drive bearing outer ring of the drive bearing 14th displaced as the shaft generator rotates 3 the two opposing areas of engagement between the external teeth 5 and the internal gearing 7th in the direction of rotation, creating the highly geared rotary motion between the shaft generator 3 and the Flexspline 4th arises. The transmission component 6th can for example be rigidly connected to a housing part.

Der Flexspline 4 und das Getriebebauteil 6 sind mittels eines Hauptlagers 8 relativ zueinander verdrehbar gelagert. Das Hauptlager 8 ist als Wälzlager, genauer als ein Kreuzrollenlager mit rollenförmigen Wälzkörpern 9, ausgeführt. Das Hauptlager 8 weist einen Lageraußenring 10 und einen Lagerinnenring 11 auf. Der Lageraußenring 10 ist an dem Flexspline 4 befestigt, sodass die beiden Bauteile verdrehfest zueinander angeordnet sind. Der Lagerinnenring 11 ist an dem Getriebebauteil 6 befestigt, sodass auch diese beiden Bauteile verdrehfest zueinander angeordnet sind. Ein Spalt zwischen dem Lageraußenring 10 und dem Lagerinnenring 11 ist zu einer Antriebsseite hin durch einen Dichtungsring abgedichtet, um zu verhindern, dass Schmiermittel aus dem Hauptlager 8 an dieser Stelle austritt und in die Umgebung gelangt.The Flexspline 4th and the transmission component 6th are by means of a main warehouse 8th mounted rotatably relative to each other. The main camp 8th is as a roller bearing, more precisely than a crossed roller bearing with roller-shaped rolling elements 9 , executed. The main camp 8th has an outer bearing ring 10 and a bearing inner ring 11 on. The bearing outer ring 10 is on the Flexspline 4th attached so that the two components are arranged non-rotatably to each other. The bearing inner ring 11 is on the transmission component 6th attached so that these two components are also arranged non-rotatably to one another. A gap between the bearing outer ring 10 and the bearing inner ring 11 is sealed on one drive side by a sealing ring to prevent lubricant from flowing out of the main bearing 8th escapes at this point and enters the environment.

Der Flexspline 4 weist einen Zylinderabschnitt 12 auf, an dessen einem Ende ein sich in radialer Richtung erstreckender Befestigungsabschnitt 13 angeordnet ist und an dessen anderem Ende ein offenes Ende angeordnet ist. Der Befestigungsabschnitt 13 verläuft von dem einen Ende des Zylinderabschnitts 12 radial nach außen. Der Befestigungsabschnitt 13 ist in seinem radial äußeren Bereich verstärkt ausgeführt, wodurch sich ein Befestigungsflansch zur Befestigung des Flexsplines 4 an dem Lageraußenring 10 ergibt.The Flexspline 4th has a cylinder section 12 on, at one end of which a fastening section extending in the radial direction 13 is arranged and at the other end of which an open end is arranged. The fastening section 13 extends from one end of the cylinder section 12 radially outwards. The fastening section 13 is reinforced in its radially outer area, creating a fastening flange for fastening the Flexsplines 4th on the bearing outer ring 10 results.

Das Getriebebauteil 6 des Wellgetriebes 1 ist in der 2 in einer anderen Schnittebene dargestellt. Dieses Getriebebauteil 6 wird im Zusammenhang mit Wellgetrieben häufig Circularspline genannt. Es ist im Wesentlichen ringförmig gestaltet und weist an seiner Innenumfangsfläche die Innenverzahnung 7 auf. Die Innenverzahnung 7 weist eine Zahnformkorrektur in Form von beidseitigen Endrücknahmen auf. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Seitenfläche des Getriebebauteils 6 bildet eine Flanschfläche zur Befestigung des Getriebebauteils 6 an dem Lagerinnenring 11 des Hauptlagers 8. Zu demselben Zweck weist das Getriebebauteil 6 über den Umfang verteilte Bohrungen 16, 17 auf, durch die nicht gezeigte Befestigungsschrauben hindurchgeführt werden können. Vorliegend sind die Bohrungen 16, 17 jeweils als Stufenbohrungen ausgeführt, sodass auch die Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben vorteilhaft in der jeweiligen Bohrung 16, 17 angeordnet sein können.The transmission component 6th of the harmonic drive 1 is in the 2 shown in a different cutting plane. This gear component 6th is often called circular spline in connection with shaft gears. It is designed essentially ring-shaped and has the internal teeth on its inner circumferential surface 7th on. The internal gearing 7th has a tooth shape correction in the form of end reliefs on both sides. A side surface of the transmission component that extends in the radial direction 6th forms a flange surface for fastening the gear component 6th on the bearing inner ring 11 of the main camp 8th . For the same purpose, the transmission component 6th bores distributed over the circumference 16 , 17th can be passed through the fastening screws, not shown. The holes are here 16 , 17th each designed as stepped bores, so that the screw heads of the fastening screws are also advantageous in the respective bore 16 , 17th can be arranged.

Schließlich zeigt die 3 eine Darstellung zur Fertigung von beidseitigen Endrücknahmen an der Innenverzahnung 7 des Getriebebauteils 6 beispielsweise mittels eines Walzfräsers. Die 3 zeigt eine Schablone 18 des Kurvenverlaufes beim Abfahren eines Zahnes der Innenverzahnung 7 parallel zur Rotationsachse 2 über die Zahnbreite b. Dabei ist in der Mitte der Schablone 18 die Ideallinie, d.h. eine Sollkontur Sk in Form einer Strichpunktlinie eingezeichnet. Die Länge der Endrücknahmen ist auf beiden Seiten jeweils mit L_Ce bezeichnet. Zu Beginn und am Ende des Zahnes ist dann das Material um einige Mikrometer zurückgenommen, um örtliche Überlastungen durch Kantentragen zu vermeiden. Die Höhe der Endrücknahme ist mit C_e bezeichnet.Finally shows the 3 a representation of the production of end reliefs on both sides of the internal toothing 7th of the transmission component 6th for example by means of a hob cutter. The 3 shows a template 18th of the course of the curve when a tooth of the internal toothing is traversed 7th parallel to the axis of rotation 2 across the face width b . This is in the middle of the template 18th the ideal line, ie a target contour Sk drawn in the form of a dotted line. The length of the end relief is on both sides with L _Ce designated. At the beginning and at the end of the tooth, the material is then reduced by a few micrometers in order to avoid local overloads caused by edge wear. The amount of the final return is with C _e designated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: WellgetriebeStrain wave gear
22: RotationsachseAxis of rotation
33: WellengeneratorWave generator
44th: FlexsplineFlexspline
55: AußenverzahnungExternal toothing
66: GetriebebauteilTransmission component
77th: InnenverzahnungInternal gearing
88th: HauptlagerMain camp
99: WälzkörperRolling elements
1010: LageraußenringBearing outer ring
1111: LagerinnenringBearing inner ring
1212th: ZylinderabschnittCylinder section
1313: BefestigungsabschnittFastening section
1414th: AntriebslagerDrive bearing
1515th: DichtungsringSealing ring
1616: Bohrungdrilling
1717th: Bohrungdrilling
1818th: Schablone template
LceLce: Länge der EndrücknahmeLength of the final withdrawal
CeCe: EndrücknahmeFinal return
bb: ZahnbreiteFace width
SkSk: SollkonturTarget contour

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102010024565 A1 [0002, 0005]

Claims

Wave drive (1), comprising a wave generator (3), an elastically deformable Flexspline (4) with an external toothing (5) and a gear component (6) with an internal toothing (7), the external toothing (5) at an open end of the Flexspline (4) is arranged, wherein the flexspline (4) is elastically deformable by the wave generator (3) so that the external toothing (5) can be partially brought into engagement with the internal toothing (7), the flexspline (4) and the gear component (6) are rotatable relative to each other, the internal toothing (7) and the external toothing (5) having an unequal number of teeth so that the flexspline (4) and the gear component (6) can be rotated relative to each other by a rotational movement of the shaft generator (3) are, characterized in that the internal toothing (7) has a tooth shape correction that is designed as a crowning or an end recess.

Harmonic drive (1) Claim 1 , characterized in that the tooth shape correction is designed as a conical end recess at at least one end of the internal toothing (7).

Harmonic drive (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the tooth shape correction comprises a tooth tip correction.

Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) has a constant root diameter over the entire tooth width.

Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) has a constant tooth height over the entire tooth width.

Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) has a cylindrical external contour over the entire tooth width.

Wave drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) and the internal toothing (7) have a basic tooth profile in the form of an involute profile.

Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) has the unchanged basic tooth profile over the entire tooth width.