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WO2024231013A1 - Roller harmonic drive transmission having a flex spline and a circular spline - Google Patents

Roller harmonic drive transmission having a flex spline and a circular spline Download PDF

Info

Publication number
WO2024231013A1
WO2024231013A1 PCT/EP2024/059735 EP2024059735W WO2024231013A1 WO 2024231013 A1 WO2024231013 A1 WO 2024231013A1 EP 2024059735 W EP2024059735 W EP 2024059735W WO 2024231013 A1 WO2024231013 A1 WO 2024231013A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rollers
flexspline
roller shaft
roller
spline
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/059735
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Zens
Original Assignee
Harmonic Drive Se
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 Harmonic Drive Se filed Critical Harmonic Drive Se
Publication of WO2024231013A1 publication Critical patent/WO2024231013A1/en

Links

Definitions

  • the invention relates to a roller shaft drive according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a wave gear for small reduction ratios and with improved performance data compared to wave gears of the prior art.
  • a roller shaft gear comprising a wave generator with a rolling bearing, a flexspline (FS) with external teeth and a circular spline (CS), wherein cylindrical pockets facing the external teeth of the flexspline are formed in the circular spline, in particular at least partially, in which rollers are arranged/guided, and wherein the ratio of the difference between the major axis of the wave generator and the inner diameter of the flexspline and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8.
  • the large axis A of the wave generator is the largest diametrically measured distance on the wave generator on the outer diameter of the outer ring of the wave generator bearing.
  • the inner diameter I is the inner diameter of the tubular area of the flex spline, measured in the area of contact with the outer ring of the wave generator bearing.
  • the pitch circle diameter of the rollers refers to the diameter of the circle on which the centers of the rollers lie, related to the front section.
  • the ratio of the pitch circle diameter of the rollers to the number of rollers is equivalent to the module of a gear.
  • roller shaft gears with low reduction ratios and improved performance data are required in a variety of applications.
  • these requirements can be met by implementing the CS (Circular Spline) gearing using rollers or needles or needle rollers.
  • CS Chemical Spline
  • rollers allows the deformation of the Flexspline necessary for the gear to function to be reduced. This reduces the functional stresses on the Flexspline and allows it to transmit higher external loads. This can be achieved by making the ratio (A - I) / (2 * (T/n)) less than 0.8. This also increases the service life of the roller shaft gear.
  • roller shaft gears designed in this way, smaller reduction ratios (e.g. 25) can be achieved, which are less susceptible to wear and are also suitable for continuous operation.
  • the rollers are also referred to as pins or needles.
  • the radius of the rollers is larger than the ratio of the pitch circle diameter of the rollers to the number of rollers.
  • the height of the teeth of the flexspline is smaller than the radius of the rollers.
  • the wave generator has a rolling bearing which is designed as a thin-ring bearing and/or the wave generator has an elliptical disk.
  • the design of the Circular Spline/CS is essential for the invention.
  • the rollers are guided in a solid part in cylindrical pockets.
  • Each cylindrical pocket extends over more or less or exactly 180° of the circumference of the roller.
  • the toothing of the CS is made up of rollers (pins).
  • the structural design of the roller holder is guided by a carrier wheel over more or less than half the circumference.
  • the roller radius is advantageously larger than the ratio of PCD rollers to number of rollers.
  • the height of the respective FS tooth is advantageously smaller than the radius of the roller.
  • a roller shaft gear comprising a wave generator with a rolling bearing, a flexspline with an internal toothing and a circular spline, wherein cylindrical pockets facing the internal toothing of the flexspline are formed in the circular spline, in particular at least partially, and rollers are arranged in said pockets, wherein the ratio of the difference between the major axis of the wave generator and the inner diameter of the flexspline and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8.
  • the wave generator is arranged inside the flexspline as seen in the radial direction and the circular spline is arranged outside the flexspline.
  • the pockets are preferably at least partially cylindrical. This preferably means that they have a cross-section that essentially corresponds to a circular arc segment and that this cross-section is constant over the axial length of the respective pocket so that it can accommodate a roll.
  • the respective pocket can also be curved, which means in particular that it is seen along the cross section Deviations from a circular arc segment.
  • the local radius of the contour of the cross-section can increase/widen or decrease/narrow in certain areas.
  • the rollers can be cylindrical or pin-shaped in particular.
  • the rollers can also have profiles, as is usual in rolling bearings to avoid edge wear. These can be, for example, crowned or logarithmic profiles.
  • the roller shaft gear is designed in a pot design.
  • the flexspline is pot-shaped with a wall that surrounds a base.
  • the flexspline preferably has a flange on the inside for connection to a connecting element.
  • the flange can be designed for a welded connection to a connecting element.
  • the roller shaft gear is designed in a silk hat design.
  • the flexspline preferably has a flange on the outside for connection to a connecting element.
  • the respective cylindrical pocket extends over an angle between 170° and 190° of the circumference of the respective roll.
  • This angle can in particular also be 180°.
  • the advantages of the invention are in particular that the inventive design of the roller shaft gear makes it possible to provide a gear for high loads and with a long service life.
  • the described shaft gear is particularly applicable in wheel drives for AGVs, in robotics (Delta robots, Scara robots), wheel drives in general, drives for measuring machines as well as packaging machines and systems for the production of food (drive tasks with high dynamics).
  • a more load-bearing surface high hardness and smoother surface
  • They can rotate in the pocket, which reduces the wear energy.
  • This allows a gear with smaller deformations in the flexspline to be realized, which reduces the load on the flexspline due to the gear principle. The effect is particularly true for small reduction ratios.
  • Figure 1 shows a roller shaft gear in a preferred embodiment in a cross section
  • Figure 2 shows a detail from Figure 4;
  • Figure 3 shows a tooth engagement of the wave gear according to Figure 1;
  • Figure 4 shows a partial cross-section of the wave gear according to Figure 1;
  • Figure 5 shows the wave generator of the roller wave gear according to Figure 1 with the major axis marked
  • Figure 6 shows the circular spline of the roller shaft gear according to Figure 1 with the pitch circle diameter marked
  • Figure 7 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in a preferred embodiment
  • Figure 8 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment
  • Figure 9 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment
  • Figure 10 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment
  • Figure 11 shows a cross-section of a flexspline with the inner diameter indicated
  • Figure 12 shows a roller shaft gear in a preferred embodiment
  • Figure 13 shows a roller shaft gear in a further preferred embodiment
  • Figure 14 shows a roller shaft gear in a further preferred embodiment.
  • a roller shaft gear 8 shown in Figures 1 - 4 has a wave generator 6 with a rolling bearing 7 designed as a thin-ring bearing and an elliptical disk on which a flexspline 4 with external teeth 9 is arranged.
  • the roller shaft gear 8 also has a circular Spline 1.
  • Rollers 3 serving as internal gearing are guided in a solid part or circular spline 1 in cylindrical pockets 2.
  • the pockets 2 are in particular at least partially designed as cylinders.
  • the respective cylindrical pocket 2 extends over more or less or exactly 180° of the circumference of the roller 3, preferably between 170° and 190°.
  • the roller wave gear 8 is designed to reduce the functional internal loads of the flexspline 4 and the wear in the tooth contact in order to enable the transmission of higher external loads and a longer service life.
  • the ratio of the difference between the large axis of the wave generator 6 and the inner diameter of the flexspline 4 and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8.
  • the radius R of the rollers 3 is larger than the ratio of the pitch circle diameter T of the rollers 3 and the number of rollers n.
  • the height h of the teeth of the flexspline 4 is to be selected smaller than the radius R of the rollers 3.
  • Figure 5 shows the wave generator 7 of the roller wave gear according to Figure 1 with the major axis A marked.
  • Figure 6 shows the circular spline with the rollers 3 and the pitch circle diameter T.
  • Figure 11 shows the flex spline 4 with the inner diameter I marked.
  • Figure 7 shows a section of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment.
  • the pocket 2 has an indentation 10.
  • the pocket has a spread-out area, the local radius of the pocket cross-section is tangentially enlarged by a straight section.
  • the pocket 2 surrounds the roller 3 at an angle of ⁇ 180°.
  • the recess can also hold lubricant. By avoiding an undercut at the pocket outlet, the pocket is easier to manufacture.
  • Figure 8 shows a detail of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment.
  • the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle that is greater than 180°, in particular 190°.
  • Figure 9 shows a detail of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment.
  • the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle that is smaller than 180°, in particular 170°.
  • Figure 10 shows a section of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment.
  • the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle of approximately 180°.
  • Figure 11 shows a cross-section of a Flexspline 4 with the inner diameter I marked.
  • Figure 12 shows a roller shaft gear 8 in a pot design.
  • the flexspline 4 has an internal flange 12 for connection to a connecting element, such as a bearing ring.
  • Figure 13 shows a roller shaft gear 8 in silk hat design.
  • the Flexspline 4 has an external flange for connection to a connecting element, such as a bearing ring.
  • Figure 14 shows a roller shaft gear 8 in a pot design.
  • the flexspline 4 has an internal flange 12 for connection to a connecting element, such as a bearing ring. The flange is designed in such a way that the connection can be made by welding.

Abstract

The invention relates to a roller harmonic drive transmission (8) comprising: a wave generator (6) having a rolling bearing (7); a flex spline (4) having outer teeth (9); and a circular spline (1); wherein in the circular spline (1), in particular at least in parts, cylindrical pockets (2) are formed which face the outer teeth (9) of the flex spline (4) and in which rollers (3) are disposed, wherein the ratio of the difference between the major axis (A) of the wave generator (6) and the inside diameter (I) of the flex spline (4) to twice the ratio of the pitch circle diameter (T) of the rollers to the number of rollers is less than 0.8.

Description

Bezeichnung: Rollenwellgetriebe mit einem Flexspline und einem Circular Spline Designation: Roller shaft gear with one flexspline and one circular spline
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Rollenwellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . The invention relates to a roller shaft drive according to the preamble of claim 1.
Bei Wellgetrieben ist 30 die zurzeit kleinste kommerziell verfügbare Untersetzung. Wellgetriebe mit kleinen Untersetzungen (<=50) weisen eingeschränkte Leistungsdaten auf und es tritt bei ihnen mehr Verschleiß auf. For wave gears, 30 is currently the smallest commercially available reduction ratio. Wave gears with small reduction ratios (<=50) have limited performance data and are subject to more wear.
Ausgehend von den zuvor beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe für kleine Untersetzungen und mit verbesserten Leistungsdaten gegenüber Wellgetrieben des Standes der Technik bereitzustellen. Based on the disadvantages described above, the object of the invention is to provide a wave gear for small reduction ratios and with improved performance data compared to wave gears of the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst m it einem Rollenwellgetriebe nach Anspruch 1 . This object is achieved according to the invention with a roller shaft gear according to claim 1.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen ein Rollenwellgetriebe umfassend einen Wave Generator mit einem Wälzlager, einen Flexspline (FS) mit einer Außenverzahnung und einen Circular Spline (CS), wobei im Circular Spline, insbesondere zumindest teilweise, zylinderförmige, der Außenverzahnung des Flexsplines zugewandte Taschen ausgebildet sind, in denen Rollen angeordnet/geführt sind, und wobei das Verhältnis der Differenz der großen Achse des Wave Generators mit dem Innendurchmesser des Flexsplines und dem zweifachen Verhältnis des Teilkreisdurchmessers der Rollen und der Anzahl der Rollen kleiner als 0,8 ist. Als Formel ausgedrückt gilt also (A - I) / (2 * (T/n)) < 0,8 wobei A die große Achse des Wave Generators (WG), I den Innendurchmesser des Flexsplines (FS), T den Teilkreisdurchmesser der Rollen, und n die Anzahl der Rollen bezeichnet. Das Symbol bezeichnet eine Multiplikation, das Symbol „/“ eine Division. According to the invention, a roller shaft gear is provided comprising a wave generator with a rolling bearing, a flexspline (FS) with external teeth and a circular spline (CS), wherein cylindrical pockets facing the external teeth of the flexspline are formed in the circular spline, in particular at least partially, in which rollers are arranged/guided, and wherein the ratio of the difference between the major axis of the wave generator and the inner diameter of the flexspline and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8. Expressed as a formula, this means (A - I) / (2 * (T/n)) < 0.8 where A is the major axis of the wave generator (WG), I is the inner diameter of the flexspline (FS), T is the pitch diameter of the rollers, and n is the number of rollers. The symbol denotes multiplication, the symbol "/" denotes division.
Es gilt also als mathematische Formel ausgedrückt
Figure imgf000004_0001
bzw.
Figure imgf000004_0002
It is therefore expressed as a mathematical formula
Figure imgf000004_0001
or
Figure imgf000004_0002
Die große Achse A des Wave Generators ist dabei der größte am Wave Generator diametral gemessene Abstand am Außendurchmesser des Außenringes des Wave Generator-Lagers. Der Innendurchmesser I ist dabei der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches des Flexsplines, gemessen im Bereich des Kontaktes zum Außenring des Wave Generator- Lagers. Der Teilkreisdurchmesser der Rollen bezeichnet den auf den Stirnschnitt bezogenen Durchmesser des Kreises, auf dem die Mittelpunkte der Rollen liegen. Das Verhältnis des Teilkreisdurchmessers der Rollen zu der Anzahl der Rollen ist ein Äquivalent zum Modul eines Zahnrades. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Beschreibung. The large axis A of the wave generator is the largest diametrically measured distance on the wave generator on the outer diameter of the outer ring of the wave generator bearing. The inner diameter I is the inner diameter of the tubular area of the flex spline, measured in the area of contact with the outer ring of the wave generator bearing. The pitch circle diameter of the rollers refers to the diameter of the circle on which the centers of the rollers lie, related to the front section. The ratio of the pitch circle diameter of the rollers to the number of rollers is equivalent to the module of a gear. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims and the description.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in einer Vielzahl von Anwendungen Rollenwellgetriebe mit geringen Untersetzungen und verbesserten Leistungsdaten benötigt werden. Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich diese Anforderungen erfüllen, indem die Verzahnung des CS (Circular Spline) durch Rollen bzw. Nadeln bzw. Nadelrollen realisiert wird. Der Einsatz der Rollen erlaubt es, die für die Funktion des Getriebes notwendige Verformung des Flexspline zu reduzieren. Dadurch sinken die funktionsbedingten Beanspruchungen des Flexspline und er kann höhere äußere Lasten übertragen. Dies kann erzielt werden, indem das Verhältnis (A - I) / (2 * (T/n)) kleiner als 0,8 ist. Auf diese Weise wird auch die Lebensdauer des Rollenwellgetriebes erhöht. The invention is based on the consideration that roller shaft gears with low reduction ratios and improved performance data are required in a variety of applications. As has now been recognized, these requirements can be met by implementing the CS (Circular Spline) gearing using rollers or needles or needle rollers. The use of rollers allows the deformation of the Flexspline necessary for the gear to function to be reduced. This reduces the functional stresses on the Flexspline and allows it to transmit higher external loads. This can be achieved by making the ratio (A - I) / (2 * (T/n)) less than 0.8. This also increases the service life of the roller shaft gear.
Mit derart gestalteten Rollenwellgetrieben können kleinere Untersetzungen (z. B. 25) realisiert werden, die weniger verschleißanfällig und auch für Dauerbetrieb geeignet sind. Die Rollen werden insbesondere auch als Pins bzw. Nadeln bezeichnet. With roller shaft gears designed in this way, smaller reduction ratios (e.g. 25) can be achieved, which are less susceptible to wear and are also suitable for continuous operation. The rollers are also referred to as pins or needles.
Vorteilhafterweise ist der Radius der Rollen größer als das Verhältnis aus dem Teilkreisdurchmesser der Rollen und der Anzahl der Rollen. Advantageously, the radius of the rollers is larger than the ratio of the pitch circle diameter of the rollers to the number of rollers.
Vorteilhafterweise ist die Höhe der Zähne des Flexsplines kleiner als der Radius der Rollen. Advantageously, the height of the teeth of the flexspline is smaller than the radius of the rollers.
Vorteilhafterweise weist der Wave Generator ein Wälzlager auf, welches als Dünnringlager ausgebildet ist und/ oder weist der Wave Generator eine elliptische Scheibe auf. Advantageously, the wave generator has a rolling bearing which is designed as a thin-ring bearing and/or the wave generator has an elliptical disk.
Wesentlich für die Erfindung ist die konstruktive Ausführung des Circular Spline/ CS. Die Rollen werden in einem massiven Teil in zylinderförmigen Taschen geführt. Die jeweilige zylinderförmige Tasche erstreckt sich über mehr oder weniger oder genau 180° des Umfangs der Rolle. Insbesondere ist die Verzahnung des CS aus Rollen (Pins) gebildet. Für die vorliegende Ausführung ist es vorteilhaft, den Radius der Rollen größer als das Verhältnis aus dem Teilkreisdurchmesser der Rollen und der Anzahl der Rollen zu wählen. The design of the Circular Spline/CS is essential for the invention. The rollers are guided in a solid part in cylindrical pockets. Each cylindrical pocket extends over more or less or exactly 180° of the circumference of the roller. In particular, the toothing of the CS is made up of rollers (pins). For the present design, it is advantageous to choose the radius of the rollers larger than the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers.
Die konstruktive Ausführung der Aufnahme der Rollen ist insbesondere über mehr oder weniger als den halben Umfang geführt von einem Trägerrad. Der Rollenradius ist vorteilhafterweise größer als das Verhältnis PCD Rollen zu Anzahl Rollen. Diese Höhe des jeweiligen FS-Zahnes ist vorteilhafterweise kleiner als der Radius der Rolle. Für die vorliegende Ausführung ist es vorteilhaft, die Höhe der Zähne des Flexspline kleiner als den Radius der Rollen zu wählen. The structural design of the roller holder is guided by a carrier wheel over more or less than half the circumference. The roller radius is advantageously larger than the ratio of PCD rollers to number of rollers. The height of the respective FS tooth is advantageously smaller than the radius of the roller. For the present design, it is advantageous to choose the height of the teeth of the Flexspline smaller than the radius of the rollers.
Beschrieben wird auch ein Rollenwellgetriebe, umfassend einen Wave Generator mit einem Wälzlager, einen Flexspline mit einer Innenverzahnung und einen Circular Spline, wobei im Circular Spline, insbesondere zumindest teilweise, zylinderförmige, der Innenverzahnung des Flexsplines zugewandte Taschen ausgebildet sind, in denen Rollen angeordnet sind, wobei das Verhältnis der Differenz der großen Achse des Wave Generators m it dem Innendurchmesser des Flexsplines und dem zweifachen Verhältnis des Teilkreisdurchmessers der Rollen und der Anzahl der Rollen kleiner als 0,8 ist. Bei dieser Variante ist der Wave Generator in radialer Richtung gesehen innerhalb des Flexsplines angeordnet und der Circular Spline ist außerhalb des Flexsplines angeordnet. Also described is a roller shaft gear, comprising a wave generator with a rolling bearing, a flexspline with an internal toothing and a circular spline, wherein cylindrical pockets facing the internal toothing of the flexspline are formed in the circular spline, in particular at least partially, and rollers are arranged in said pockets, wherein the ratio of the difference between the major axis of the wave generator and the inner diameter of the flexspline and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8. In this variant, the wave generator is arranged inside the flexspline as seen in the radial direction and the circular spline is arranged outside the flexspline.
Die Taschen sind bevorzugt zumindest teilweise zylinderförmig ausgebildet. Dies bedeutet bevorzugt, dass sie einen Querschnitt haben, der im Wesentlichen einem Kreisbogensegment entspricht und dieser Querschnitt über die axiale Länge der jeweiligen Tasche konstant ist, sodass die eine Rolle aufnehmen kann. The pockets are preferably at least partially cylindrical. This preferably means that they have a cross-section that essentially corresponds to a circular arc segment and that this cross-section is constant over the axial length of the respective pocket so that it can accommodate a roll.
Die jeweilige Tasche kann auch gekrümmt ausgeführt sein, was insbesondere bedeutet, dass sie entlang des Querschnitts gesehen Abweichungen von einem Kreisbogensegment aufweist. Zum Beispiel kann sich der lokale Radius der Kontur des Querschnitts in bestimmten Bereichen vergrößern/weiten oder verringern/einschnüren. Die Rollen können insbesondere zylinderförmig oder stiftförmig ausgebildet sein. Die Rollen können auch Profilierungen, wie sie, um Kantentragen zu vermeiden, beim Einsatz in Wälzlagern üblich sind, aufweisen. Das können beispielsweise ballige oder logarithmische Profile sein. The respective pocket can also be curved, which means in particular that it is seen along the cross section Deviations from a circular arc segment. For example, the local radius of the contour of the cross-section can increase/widen or decrease/narrow in certain areas. The rollers can be cylindrical or pin-shaped in particular. The rollers can also have profiles, as is usual in rolling bearings to avoid edge wear. These can be, for example, crowned or logarithmic profiles.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rollenwellgetriebe in Topfbauweise ausgebildet. Der Flexspline ist dabei topfförmig ausgebildet mit einer Wandung, welche einen Boden umgibt. Der Flexspline weist dazu bevorzugt innenseitig einen Flansch zur Verbindung mit einem Anschlusselement auf. Der Flansch kann dabei zur Schweißverbindung mit einem Anschlusselement ausgebildet sein. In a preferred embodiment, the roller shaft gear is designed in a pot design. The flexspline is pot-shaped with a wall that surrounds a base. The flexspline preferably has a flange on the inside for connection to a connecting element. The flange can be designed for a welded connection to a connecting element.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Rollenwellgetriebe in Silk-Hat-Bauweise ausgebildet. Der Flexspline weist dazu außenseitig bevorzugt einen Flansch zur Verbindung mit einem Anschlusselement auf. In another preferred embodiment, the roller shaft gear is designed in a silk hat design. For this purpose, the flexspline preferably has a flange on the outside for connection to a connecting element.
Bevorzugt erstreckt sich die jeweilige zylinderförmige Tasche über einen Winkel zwischen 170° und 190° des Umfangs der jeweiligen Rolle. Dieser Winkel kann insbesondere auch 180° betragen. Preferably, the respective cylindrical pocket extends over an angle between 170° and 190° of the circumference of the respective roll. This angle can in particular also be 180°.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rollenwellgetriebes ein Getriebe für hohe Lasten und mit hoher Lebensdauer bereitgestellt werden kann. Das beschriebene Wellgetriebe ist insbesondere anwendbar in Radantrieben für AGVs, in der Robotik (Delta-Roboter, Scara-Roboter), Radantriebe allgemein, Antriebe von Messmaschinen sowie Verpackungsmaschine und Anlagen zur Produktion von Lebensmitteln (Antriebsaufgaben mit hoher Dynam ik). Durch die Verwendung der Rollen kann eine tragfähigere Oberfläche (hohe Härte und glattere Oberfläche) realisiert werden. Sie können sich in der Tasche drehen, wodurch die Verschleißenergie reduziert wird. Dadurch kann ein Getriebe mit kleineren Verformungen im Flexspline realisiert werden, wodurch die Belastung des Flexspline durch das Getriebeprinzip reduziert wird. Der Effekt trifft besonders auf kleine Untersetzungen zu. The advantages of the invention are in particular that the inventive design of the roller shaft gear makes it possible to provide a gear for high loads and with a long service life. The described shaft gear is particularly applicable in wheel drives for AGVs, in robotics (Delta robots, Scara robots), wheel drives in general, drives for measuring machines as well as packaging machines and systems for the production of food (drive tasks with high dynamics). By using the rollers, a more load-bearing surface (high hardness and smoother surface) can be realized. They can rotate in the pocket, which reduces the wear energy. This allows a gear with smaller deformations in the flexspline to be realized, which reduces the load on the flexspline due to the gear principle. The effect is particularly true for small reduction ratios.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Further aims, advantages, features and possible applications of the present invention emerge from the following description of an embodiment with reference to the drawing. All described and/or illustrated features form the subject matter of the present invention on their own or in any meaningful combination, also independently of their summary in the claims or their reference back to them.
Dabei zeigen zum Teil schematisch: The following are shown schematically:
Figur 1 ein Rollenwellgetriebe in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Querschnitt; Figure 1 shows a roller shaft gear in a preferred embodiment in a cross section;
Figur 2 einen Ausschnitt aus Figur 4; Figure 2 shows a detail from Figure 4;
Figur 3 einen Zahneingriff des Wellgetriebes gemäß Figur 1 ; Figure 3 shows a tooth engagement of the wave gear according to Figure 1;
Figur 4 ausschnittsweise einen Querschnitt des Wellgetriebes gemäß Figur 1 ; Figure 4 shows a partial cross-section of the wave gear according to Figure 1;
Figur 5 den Wave Generator des Rollenwellgetriebes gemäß Figur 1 mit eingezeichneter großer Achse; Figure 5 shows the wave generator of the roller wave gear according to Figure 1 with the major axis marked;
Figur 6 den Circular Spline des Rollenwellgetriebes gemäß Figur 1 mit eingezeichnetem Teilkreisdurchmesser; Figur 7 einen Detailausschnitt einer Rolle in einer Tasche des Circular Spline in einer bevorzugten Ausführungsform; Figure 6 shows the circular spline of the roller shaft gear according to Figure 1 with the pitch circle diameter marked; Figure 7 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in a preferred embodiment;
Figur 8 einen Detailausschnitt einer Rolle in einer Tasche des Circular Spline in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; Figure 8 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment;
Figur 9 einen Detailausschnitt einer Rolle in einer Tasche des Circular Spline in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; Figure 9 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment;
Figur 10 einen Detailausschnitt einer Rolle in einer Tasche des Circular Spline in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; Figure 10 shows a detailed section of a roller in a pocket of the circular spline in another preferred embodiment;
Figur 11 einen Querschnitt eines Flexspline mit eingezeichnetem Innendurchmesser; Figure 11 shows a cross-section of a flexspline with the inner diameter indicated;
Figur 12 ein Rollenwellgetriebe in einer bevorzugten Ausführungsform, und Figure 12 shows a roller shaft gear in a preferred embodiment, and
Figur 13 ein Rollenwellgetriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, und Figure 13 shows a roller shaft gear in a further preferred embodiment, and
Figur 14 ein Rollenwellgetriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Figure 14 shows a roller shaft gear in a further preferred embodiment.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden in den nachfolgend dargestellten Figuren der Zeichnung anhand einer Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern In the following figures of the drawing, identical or equivalent components are provided with reference numerals based on an embodiment in order to improve readability.
Ein in den Figuren 1 -4 dargestelltes Rollenwellgetriebe 8 weist einen Wave Generator 6 mit einem als Dünnringlager ausgebildeten Wälzlager 7 und elliptischer Scheibe auf, auf dem ein Flexspline 4 mit Außenverzahnung 9 angeordnet ist. Das Rollenwellgetriebe 8 weist weiterhin einen Circular Spline 1 auf. Als Innenverzahnung dienende Rollen 3 werden in einem massiven Teil bzw. Circular Spline 1 in zylinderförmigen Taschen 2 geführt. Die Taschen 2 sind insbesondere zumindest teilweise als Zylinder ausgebildet. Die jeweilige zylinderförmige Tasche 2 erstreckt sich über mehr oder weniger oder genau 180° des Umfangs der Rolle 3, bevorzugt zwischen 170° und 190°. A roller shaft gear 8 shown in Figures 1 - 4 has a wave generator 6 with a rolling bearing 7 designed as a thin-ring bearing and an elliptical disk on which a flexspline 4 with external teeth 9 is arranged. The roller shaft gear 8 also has a circular Spline 1. Rollers 3 serving as internal gearing are guided in a solid part or circular spline 1 in cylindrical pockets 2. The pockets 2 are in particular at least partially designed as cylinders. The respective cylindrical pocket 2 extends over more or less or exactly 180° of the circumference of the roller 3, preferably between 170° and 190°.
Das Rollenwellgetriebe 8 ist ausgebildet, die funktionsbedingten inneren Belastungen des Flexsplines 4 und den Verschleiß im Zahnkontakt zu verringern, um damit die Übertragung höherer äußerer Lasten und eine längere Gebrauchsdauer zu ermöglichen. Dazu ist das Verhältnis der Differenz der großen Achse des Wave Generators 6 mit dem Innendurchmesser des Flexsplines 4 und dem zweifachen Verhältnis des Teilkreisdurchmessers der Rollen und der Anzahl der Rollen kleiner als 0,8. The roller wave gear 8 is designed to reduce the functional internal loads of the flexspline 4 and the wear in the tooth contact in order to enable the transmission of higher external loads and a longer service life. For this purpose, the ratio of the difference between the large axis of the wave generator 6 and the inner diameter of the flexspline 4 and twice the ratio of the pitch circle diameter of the rollers and the number of rollers is less than 0.8.
In der dargestellten vorteilhaften Ausführung ist der Radius R der Rollen 3 größer als das Verhältnis aus dem Teilkreisdurchmesser T der Rollen 3 und der Anzahl der Rollen n. In the advantageous embodiment shown, the radius R of the rollers 3 is larger than the ratio of the pitch circle diameter T of the rollers 3 and the number of rollers n.
In der dargestellten vorteilhaften Ausführung ist die Höhe h der Zähne des Flexsplines 4 kleiner als der Radius R der Rollen 3 zu wählen. In the advantageous embodiment shown, the height h of the teeth of the flexspline 4 is to be selected smaller than the radius R of the rollers 3.
In Figur 5 ist der Wave Generator 7 des Rollenwellgetriebes gemäß Figur 1 mit bezeichneter großer Achse A dargestellt. In Figur 6 ist der Circular Spline m it den Rollen 3 und dem Teilkreisdurchmesser T dargestellt. In Figur 11 ist der Flexspline 4 mit bezeichnetem Innendurchmesser I dargestellt. Figure 5 shows the wave generator 7 of the roller wave gear according to Figure 1 with the major axis A marked. Figure 6 shows the circular spline with the rollers 3 and the pitch circle diameter T. Figure 11 shows the flex spline 4 with the inner diameter I marked.
In Figur 7 ist ausschnittsweise der Circular Spline 1 m it einer Tasche 2 und einer darin angeordneten Rolle 3 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. In radialer Richtung gesehen weist die Tasche 2 eine Einbuchtung 10 auf. In lateraler Richtung gesehen weist die Tasche einen abgespreizten Bereich auf, der lokale Radius des Taschenquerschnitts wird tangential durch einen geraden Abschnitt vergrößert. Die Tasche 2 umfasst die Rolle 3 mit einem Winkel < 180°. Die Einbuchtung kann zusätzlich Schmierstoff aufnehmen. Durch die Vermeidung eines Hinterschnittes am Taschenauslauf lässt sich die Tasche einfacher fertigen. Figure 7 shows a section of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment. Viewed in the radial direction, the pocket 2 has an indentation 10. Viewed in the lateral direction, the pocket has a spread-out area, the local radius of the pocket cross-section is tangentially enlarged by a straight section. The pocket 2 surrounds the roller 3 at an angle of < 180°. The recess can also hold lubricant. By avoiding an undercut at the pocket outlet, the pocket is easier to manufacture.
In Figur 8 ist ausschnittsweise der Circular Spline 1 m it einer Tasche 2 und einer darin angeordneten Rolle 3 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Tasche 2 die Rolle 3 mit einem Winkel, der größer ist als 180°, insbesondere 190°. Figure 8 shows a detail of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment. In this embodiment, the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle that is greater than 180°, in particular 190°.
In Figur 9 ist ausschnittsweise der Circular Spline 1 m it einer Tasche 2 und einer darin angeordneten Rolle 3 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Tasche 2 die Rolle 3 mit einem Winkel der kleiner ist als 180°, insbesondere 170°. Figure 9 shows a detail of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment. In this embodiment, the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle that is smaller than 180°, in particular 170°.
In Figur 10 ist ausschnittsweise der Circular Spline 1 mit einer Tasche 2 und einer darin angeordneten Rolle 3 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Tasche 2 die Rolle 3 mit einem Winkel der ca. 180°. Figure 10 shows a section of the circular spline 1 with a pocket 2 and a roller 3 arranged therein in a preferred embodiment. In this embodiment, the pocket 2 encloses the roller 3 at an angle of approximately 180°.
In Figur 11 ist ein Querschnitt eines Flexspline 4 mit eingezeichnetem Innendurchmesser I dargestellt. Figure 11 shows a cross-section of a Flexspline 4 with the inner diameter I marked.
In Figur 12 ist ein Rollenwellgetriebe 8 in Topfbauweise dargestellt. Der Flexspline 4 weist bei dieser bevorzugten Variante einen innen liegenden Flansch 12 zur Verbindung mit einem Anschlusselement, wie zum Beispiel einem Lagerring, auf. Figure 12 shows a roller shaft gear 8 in a pot design. In this preferred variant, the flexspline 4 has an internal flange 12 for connection to a connecting element, such as a bearing ring.
In Figur 13 ist ein Rollenwellgetriebe 8 in Silk-Hat-Bauweise dargestellt. Der Flexspline 4 weist bei dieser Variante einen außenliegenden Flansch zur Verbindung mit einem Anschlusselement, wie zum Beispiel einem Lagerring, auf. In Figur 14 ist ein Rollenwellgetriebe 8 in Topfbauweise dargestellt. Der Flexspline 4 weist bei dieser bevorzugten Variante einen innen liegenden Flansch 12 zur Verbindung mit einem Anschlusselement, wie zum Beispiel einem Lagerring, auf. Der Flansch ist so ausgebildet, dass die Verbindung durch Schweißen hergestellt werden kann. Figure 13 shows a roller shaft gear 8 in silk hat design. In this variant, the Flexspline 4 has an external flange for connection to a connecting element, such as a bearing ring. Figure 14 shows a roller shaft gear 8 in a pot design. In this preferred variant, the flexspline 4 has an internal flange 12 for connection to a connecting element, such as a bearing ring. The flange is designed in such a way that the connection can be made by welding.
Bezugszeichenliste list of reference symbols
1 Circular Spline 1 Circular Spline
2 Tasche 2 bags
3 Rolle 3 rolls
4 Flexspline 4 Flexspline
5 Flexsplinezahn 5 Flexspline tooth
6 Wave Generator 6 Wave Generator
7 Wälzlager 7 rolling bearings
8 Rollenwellgetriebe 8 roller shaft gears
9 Außenverzahnung 9 external gearing
10 Einbuchtung 10 indentation
1 1 Bereich 1 1 area
12 Flansch 12 flange
A große Achse des Wave GeneratorsA large axis of the Wave Generator
I Innendurchmesser des FlexsplinesI Inner diameter of the flexspline
T Teilkreisdurchmesser der Rollen T Pitch circle diameter of the rollers

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Rollenwellgetriebe (8), umfassend einen Wave Generator (6) m it einem Wälzlager (7), einen Flexspline (4) mit einer Außenverzahnung (9) und einen Circular Spline (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass im Circular Spline (1 ), insbesondere zumindest teilweise, zylinderförmige, der Außenverzahnung (9) des Flexsplines (4) zugewandte Taschen (2) ausgebildet sind, in denen Rollen (3) angeordnet sind, wobei das Verhältnis der Differenz der großen Achse (A) des Wave Generators (6) mit dem Innendurchmesser (I) des Flexsplines (4) und dem zweifachen Verhältnis des Teilkreisdurchmessers (T) der Rollen und der Anzahl der Rollen kleiner als 0,8 ist. 1. Roller shaft gear (8), comprising a wave generator (6) with a rolling bearing (7), a flexspline (4) with external teeth (9) and a circular spline (1), characterized in that cylindrical pockets (2) facing the external teeth (9) of the flexspline (4) are formed in the circular spline (1), in particular at least partially, and in which rollers (3) are arranged, wherein the ratio of the difference between the major axis (A) of the wave generator (6) and the inner diameter (I) of the flexspline (4) and twice the ratio of the pitch circle diameter (T) of the rollers and the number of rollers is less than 0.8.
2. Rollenwellgetriebe (8) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) der Rollen (3) größer ist als das Verhältnis aus dem Teilkreisdurchmesser (T) der Rollen (3) und der Anzahl der Rollen (3). 2. Roller shaft drive (8) according to claim 1, characterized in that the radius (R) of the rollers (3) is larger than the ratio of the pitch circle diameter (T) of the rollers (3) and the number of rollers (3).
3. Rollenwellgetriebe (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Zähne (5) des Flexspline (4) kleiner ist als der Radius (R) der Rollen (3). 3. Roller shaft drive (8) according to claim 1 or 2, characterized in that the height (h) of the teeth (5) of the flexspline (4) is smaller than the radius (R) of the rollers (3).
4. Rollenwellgetriebe (8) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wave Generator (6) ein Wälzlager (7) aufweist, welches als Dünnringlager ausgebildet ist und/oder eine elliptische Scheibe aufweist. 4. Roller wave transmission (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the wave generator (6) is a rolling bearing (7) which is designed as a thin-ring bearing and/or has an elliptical disk.
5. Rollenwellgetriebe (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches in5. Roller shaft gear (8) according to one of claims 1 to 4, which in
Topfbauweise ausgebildet ist. pot construction.
6. Rollenwellgetriebe (8) nach Anspruch 5, wobei der Flexspline (4) innenseitig einen Flansch (12) zur Verbindung mit einem Anschlusselement aufweist. 6. Roller shaft gear (8) according to claim 5, wherein the flexspline (4) has a flange (12) on the inside for connection to a connecting element.
7. Rollenwellgetriebe (8) nach Anspruch 6, wobei der Flansch (12) zur7. Roller shaft gear (8) according to claim 6, wherein the flange (12) for
Schweißverbindung mit einem Anschlusselement ausgebildet ist. welded connection with a connecting element.
8. Rollenwellgetriebe (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches in Silk-8. Roller shaft gear (8) according to one of claims 1 to 4, which is in silk-
Hat-Bauweise ausgebildet ist. Hat construction.
9. Rollenwellgetriebe (8) nach Anspruch 8, wobei der Flexspline (4) außenseitig einen Flansch (12) zur Verbindung mit einem Anschlusselement aufweist. 9. Roller shaft drive (8) according to claim 8, wherein the flexspline (4) has a flange (12) on the outside for connection to a connecting element.
10. Rollenwellgetriebe (8) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die jeweilige zylinderförmige Tasche (2) über einen Winkel zwischen 170° und 190° des Umfangs der jeweiligen Rolle (3) erstreckt. 10. Roller shaft drive (8) according to one of the preceding claims, wherein the respective cylindrical pocket (2) extends over an angle between 170° and 190° of the circumference of the respective roller (3).
PCT/EP2024/059735 2023-05-11 2024-04-10 Roller harmonic drive transmission having a flex spline and a circular spline WO2024231013A1 (en)

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DE102023112410.2 2023-05-11

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