DE10161493C5

DE10161493C5 - Getriebe nach dem Spannungswellen-Prinzip mit Hohlwellen

Info

Publication number: DE10161493C5
Application number: DE10161493A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Degen; Rolf Dr. Slatter
Original assignee: Micromotion GmbH
Current assignee: Micromotion GmbH
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: WO2003052293A1; US20050014594A1; EP1454079B1; DE50204979D1; DE10161493B4; ATE310183T1; DE10161493A1; EP1454079A1; US7297087B2

Abstract

Mikrogetriebe (10) nach dem Prinzip des Spannungswellengetriebes (56) oder Wolfrom-Getriebes (58) in Flachbauweise, welches ein Planetengetriebe aufweist, bestehend aus einem Sonnenrad (14) und wenigstens zwei oder mehreren mit dem Sonnenrad (14) in Eingriff stehenden Planetenrädern (16), wobei das Sonnenrad (14) drehfest auf einer zentrisch bezüglich einer Getriebe-Mittellängsachse (18) angeordneten Antriebswelle (20) sitzt oder Bestandteil dieser Antriebswelle (20) ist, die Planetenräder (16) mittelbar oder unmittelbar mit einer Verzahnung in Eingriff stehen, die drehfest mit einer Abtriebswelle (28) verbunden ist, welche zentrisch bezüglich der Getriebe-Mittellängsachse (18) angeordnet ist, und die Getrieberäder einen Zahnmodul von weniger als 100 μm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) und die Abtriebswelle (28) jeweils als Hohlwelle (30, 32) mit durchgängiger Bohrung (34, 36) oder durchgängigem Kanal ausgebildet sind, dass die Antriebswelle (20) mit einem freien, zur Abtriebswelle (28) weisenden Endabschnitt (38) in die Bohrung (36) der Abtriebswelle (28) eintaucht, und dass zwischen Antriebswelle (20) und Abtriebswelle...

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrogetriebe nach dem Prinzip des Spannungswellen-Getriebes oder Wolfrom-Getriebes in Flachbauweise, wobei das Getriebe ein Planetengetriebe, bestehend aus einem Sonnenrad und wenigstens zwei oder mehreren mit dem Sonnenrad in Eingriff stehenden Planetenrädern, aufweist, wobei das Sonnenrad drehfest auf einer zentrisch bezüglich einer Getriebemittellängsachse angeordneten Antriebswelle sitzt oder Bestandteil dieser Antriebswelle ist, die Planetenräder mittelbar oder unmittelbar mit einer Verzahnung in Eingriff stehen, die drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden ist, welche zentrisch bezüglich der Getriebemittellängsachse angeordnet ist.
Stand der Technik
Derartige Getriebe sind bereits aus dem Stand der Technik, beispielsweise Proceedings of Actuator 2000, 19.–21. Juni, Bremen, Autoren R. Degen, W. Ehrfeld, F. Michel „Pancake shaped micro gear system with high transmission ratio", „Das Micro Harmonic Drive der Micromotion GmbH: Ein Präzisionsmikrogetriebe für Positionieraufgaben, R. Degen, F. Michel, Z. Mechatronik F&M 109 (2001), Nr. 6, 48 bis 50 bzw. Proceedings of innovative Klein- und Mikroantriebe, 15.–16. Mai Mainz, 2001, R. Degen „Micro Harmonic-Drive: innovative Antriebstechnik miniaturisiert mit LIGA" bekannt. Beispiele derartiger bekannte Mikrogetriebe nach dem Spannungswellen-Getriebe, zum Beispiel Harmonic Drive(eingetragene Marke)-Prinzip sind auch in den 2a, 2b sowie 3 dargestellt und werden nachfolgend hinsichtlich der prinzipiellen Funktionsweise kurz erläutert. Es sei auch darauf hingewiesen, daß der vorerwähnte druckschriftliche Stand der Technik durch ausdrücklichen Rückbezug in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung mit aufgenommen wird.
Das Getriebeprinzip eines Spannungswellen-Getriebes 56 hebt sich gegenüber anderen Bauformen, wie zum Beispiel Stirnradstandgetrieben und Planetengetrieben, durch seine präzisen und spielfreien Übertragungseigenschaften ab. Diese besonderen Eigenschaften stellt das Harmonic Drive-Prinzip schon seit längerem in der Robotik, dem Werkzeugmaschinenbau, in Meßgeräten, in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik unter Beweis. Harmonic Drive-Getriebe lassen sich nach ihrer Ausführungsform in Topfgetriebe (2a) und Flachgetriebe (2b) einteilen. Die Flachbauweise dieses Getriebeprinzips bietet besonders im Hinblick auf Mikroantriebssysteme große Vorteile, wie die geringe Anzahl der benötigten Komponenten, eine kompakte Bauform und die für Mikromotoren benötigte Übersetzungshöhe, welche mit einer einzigen Getriebe stufe erzielt werden kann. Die Basiselemente des Harmonic Drive-Getriebes in Flachbauweise setzen sich zusammen aus dem Wavegenerator 12 und den Zahnrädern Flex-Spline 22, Circular-Spline 24 und Dynamic-Spline 26. Wie aus 3 ersichtlich, ist der Wavegenerator 12 bei Harmonic Drive-Getrieben in Flachbauweise bevorzugt durch ein Planetengetriebe bestehend aus einem zentralen Sonnenrad 14 und zwei oder mehreren, mit der Verzahnung des Sonnenrades 14 in Eingriff stehenden Planetenrädern 16 gebildet, die ihrerseits mit der Innenverzahnung des Flex-Spline 22 in Eingriff stehen.
Das Grundprinzip eines Harmonic Drive-Getriebes besteht darin, daß der Wavegenerator 12 den Flex-Spline 22 in mindestens zwei oder mehr Bereichen elliptisch nach außen verformt. Dadurch hat der Flex-Spline 22 des Getriebes in den zwei nach außen verformten Bereichen gleichzeitig Zahneingriff mit den beiden Hohlrädern Circular-Spline 24 und Dynamic-Spline 26. In den Bereichen der kleinen Halbachse des elliptisch verformten Flex-Splines steht dieser nicht in Zahneingriff mit Circular-Spline 24 beziehungsweise Dynamic-Spline 26.
Bei Drehung des Sonnenrades 14 des Wavegenerators 12 wandern gemäß den unterschiedlichen Winkeldarstellungen der 3 die Zahneingriffsbereiche des Flex-Spline 22 mit der Winkelstellung der beiden Planetenräder 16 vom Wavegenerator. Aus dem Zähnezahlunterschied von beispielsweise zwei Zähnen zwischen Flex-Spline 22 und Circular-Spline 24 resultiert die Relativbewegung zwischen diesen Zahnrädern. Bei einem vollen Umlauf der Planetenräder 16 des Wavegenerators verdreht sich der Flex-Spline 22 gegenüber dem Circular-Spline 24 um den Zähnezahlunterschied dieser beiden Zahnräder. Der Dynamic-Spline 26 dient bei der Flachbauweise als Abtriebselement und besitzt dieselbe Zähnezahl wie der Flex-Spline 22 und daher auch dieselbe Drehzahl und Drehrichtung.
Die Verwendung eines Planetengetriebes als Wavegenerator 12 bietet im Hinblick auf den Miniaturisierungsgrad des Mikrogetriebes die Vorteile, daß die Herstellung aller Getriebekomponenten hochpräzise mit dem LIGA-Verfahren erfolgen kann, der Montageaufwand verringert wird, da der Wavegenerator nur aus drei Elementen besteht, die Gesamtübersetzung des Getriebes durch das Planetengetriebe erhöht wird, so daß durch ein derartiges Getriebe in einer einzigen Stufe die sehr hohen Drehzahlen von Mikromotoren flexibel an die individuellen Erfordernisse angepaßt werden können und diese Variante des Wavegenerators 12 eine sehr geringe Massenträgheit besitzt, wodurch hochdynamische Positioniervorgänge ermöglicht werden.
Ausgehend von Mikrogetrieben der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch das Getriebe hindurch Informationen zu leiten beziehungsweise Medien zu fördern.
Diese Aufgabe wird mit einem Mikrogetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle und Abtriebswelle jeweils als Hohlwelle mit durchgängiger Bohrung oder durchgängigem Kanal ausgebildet sind
Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Merkmale besteht die Möglichkeit, Laser, optische Fasern, Wellen, Versorgungsleitungen oder dergleichen auf der zentralen, rotatorischen Achse, der Getriebemittellängsachse, durch das Getriebe hindurchzuführen beziehungsweise Medien zu fördern. So ist es beispielsweise möglich, ein Vakuum für Greifaufgaben oder Handlingmaßnahmen durch das Getriebe zentral hindurch zu leiten. Ebenso besteht die Möglichkeit, daß Sensoren durch das Getriebe hindurchschauen können und Gegenstände auf der gegenüberliegenden Getriebeseite detektieren können. Dies ist bei herkömmlichen, mehrstufigen Getrieben beziehungsweise Mikrogetrieben in der Regel nicht möglich, da die zentrale Bohrung gleichzeitig durch mehrere hintereinander geschaltete Getriebestufen verlaufen müßte, deren Zahnräder beziehungsweise Getriebeteile eine gemeinsame zentrale Drehachse im allgemeinen nicht besitzen. Bei dem erfindungsgemäßen Mikrogetriebe ist trotz der sehr hohen Übersetzung im Bereich von ca. 100 bis 1.500 mit einer einzigen Getriebestufe eine zentrale Drehachse für das Getriebe vorhanden, so daß durch die Bohrung der Antriebswelle beziehungsweise durch eine Bohrung des Sonnenrades sowie die Bohrung der Abtriebswelle Informationen beziehungsweise Medien durch den durch diese Bohrungen gebildeten Kanal durch das Getriebe hindurchgeleitet werden können. In der Regel ist dieser Kanal konzentrisch mit der Drehachse von Antriebs- und Abtriebswelle.
Erfindungsgemäß taucht die Antriebswelle mit einem freien, zur Abtriebswelle weisenden Endabschnitt in die Bohrung der Abtriebswelle ein.
Erfindungsgemäß ist ferner zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Dichtungssystem angeordnet, so daß fluide Medien durch die Hohlwellen gefördert werden können. Insoweit kann aufgrund dieser Maßnahme auf zusätzliche Maßnahmen wie Schläuche oder Rohrleitungen verzichtet werden, da die sich relativ zueinander drehende Abtriebswelle und Antriebswelle bereits gegeneinander abgedichtet sind.
Aufgrund dieser Maßnahme besteht die Möglichkeit, die Antriebswelle in der Abtriebswelle zu führen beziehungsweise zu lagern sowie gegebenenfalls weitere Maßnahmen vorzusehen, um beispielsweise eine Abdichtung im Überlappungsbereich zwischen Antriebs- und Abtriebswelle vorzusehen.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß der freie Endabschnitt der Antriebswelle von einer in der Bohrung der Abtriebswelle sitzenden Buchse aufgenommen ist. Mittels der Buchse kann eine individuelle Anpassung beziehungsweise Abstimmung der Außenabmessungen der Antriebswelle im Bereich des freien Endabschnittes sowie der Innenabmessungen der Abtriebswelle erfolgen.
Um die insbesondere bei Mikrogetrieben äußerst unerwünschten Reibungsmomente weitestgehend zu vermeiden, ist es nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Dichtungssystem als berührungslose Dichtung, bevorzugt als Labyrinthdichtung ausgebildet ist, wobei bevorzugt mehrere bezüglich der Getriebemittellängsachse versetzt angeordnete Ringnuten in der Außenwandung der Antriebswelle oder Innenwandung der Buchse beziehungsweise der Abtriebswelle angeordnet sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß Antriebswelle und/oder Abtriebswelle in einem Gehäuse des Getriebes mittels Drehlagern, insbesondere bevorzugt O-verspannten Radialrillenkugellagern gelagert sind.
Auch durch diese Maßnahme werden die in dem Getriebe auftretenden Reibungsmomente auf ein Minimum reduziert. Auch werden durch diese Maßnahme die Rundlaufgenauigkeit der An- und Abtriebswelle verbessert, so daß das Mikrogetriebe eine hohe Wiederholgenauigkeit, konstante momentane Übertragungseigenschaften und eine hohe Lebenserwartung aufweist.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind die Planetenräder als Ring ausgebildet, die in radialer Richtung Federelastizität besitzen. Aufgrund des Einsatzes elastischer Planetenräder wird das Zahnflankenspiel eliminiert und ein praktisch spielfreies Getriebe geschaffen. Auch können durch diese Maßnahme Fertigungsungenauigkeiten, Verschleiß und Probleme aufgrund von Verschmutzung kompensiert werden.
Ein konstruktiv einfacher Aufbau des Getriebes ergibt sich auch dadurch, daß das Gehäuse des Getriebes aus zwei Gehäuseteilen besteht, die bevorzugt ringförmig ausgebildet sind topfartig ineinandergreifen und zwischen sich den Wavegenerator, Sonnen- und Planetenräder sowie Flex-, Circular- und Dynamic-Spline aufnehmen.
Nach einem anderen Gedanken der Erfindung weist das als Mikrogetriebe ausgebildete Getriebe einen Durchmesser von weniger als 10 mm und/oder eine Höhe von ca. 1 mm und/oder einer Übersetzung von ca. 100 bis ca. 1.500 und/oder einem Zahnmodul von kleiner 100 μm auf.
Auch erweist es sich als vorteilhaft, ein derartiges Mikrogetriebe mittels des LIGA-Verfahrens herzustellen, wie dies beispielsweise in Radiat, Phys. und chemistry 45 (1995), Nr. 3, 349 bis 365, W. Ehrfeld, H. Lehr, „Deep X-ray Lithography for the Production of threedimensional Microstructures from Metals, Polymers and Ceramics, beschrieben ist.
Sofern das Mikrogetriebe als Spannungswellen-Getriebe ausgebildet ist, bietet es sich an, daß die Planetenräder mit einer Innenverzahnung eines ringförmigen Flex-Spline in Eingriff stehen.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß der Flex-Spline eine Außenverzahnung aufweist, die mit der Innenverzahnung eines ringförmigen Circular-Spline sowie der Innenverzahnung eines ringförmigen Dynamic-Spline in Eingriff steht.
Von Vorteil sind Circular-Spline und Dynamic-Spline axial versetzt zur Getriebemittel-Längsachse angeordnet.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen Flex-Spline und Circular-Spline insbesondere geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der ineinandergreifenden Verzahnung auf.
Dabei ist der Dynamic-Spline drehfest mit der Abtriebswelle verbunden.
Sofern das Mikrogetriebe als Umlaufrädergetriebe oder als Planetengetriebe mit schwimmender Lagerung der Planetenräder ohne Steg zur Führung der Planetenräder beziehungsweise für den Drehmomentabgriff ausgebildet ist, also beispielsweise zu der Klasse der Wolfrom-Getriebe zu rechnen ist, stehen die Planetenräder mit einer Innenverzahnung eines geteilten Hohlrades in Eingriff. Obwohl bereits zwei Planetenräder zum Einsatz gelangen können, bietet es sich an, drei Planetenräder zu verwenden, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß das Sonnenrad durch die Planetenräder statisch bestimmt gelagert ist. Auch können die Planetenräder ebenfalls in radialer Richtung federnd ausgebildet sein, um damit Spiel-, Verschleiß- und Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen.
Von Vorteil ist das Hohlrad in ein gehäusefestes Hohlrad sowie ein Abtriebshohlrad aufgeteilt, wobei die beiden Hohlräder axial versetzt zur Getriebemittel-Längsachse angeordnet sind.
Bevorzugt weisen das gehäusefeste Hohlrad und das Abtriebshohlrad eine insbesondere geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der in die Zähne der Planetenräder eingreifenden Verzahnung auf.
Von Vorteil ist das Abtriebshohlrad drehfest mit der Abtriebswelle verbunden beziehungsweise einstückiger Bestandteil dieser Abtriebswelle.
Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, daß die Planetenräder schwimmend gelagert sind.
Ausführungsbeispiel
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrogetriebes in Schnittdarstellung,
2 ein Spannungswellen-Getriebe in Topfbauweise (2a) und in Flachbauweise (2b), jeweils in Schnittdarstellung, nach dem Stand der Technik,
3 eine schematische Darstellung eines Harmonic Drive-Getriebes mit einem Wavegenerator bestehend aus Sonnenrad und zwei Planetenrädern zur Veranschaulichung der Funktionsweise,
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise eines Planetengetriebes mit schwimmender Lagerung der Planetenräder ohne Steg, zum Beispiel eines Wolfrom-Getriebes,
5 das Getriebe der 4 in Schnittdarstellung und
6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wolfrom-Getriebes ebenfalls in Schnittdarstellung.
Die grundsätzliche Funktionsweise von Getrieben 10, insbesondere Mikrogetrieben, nach dem Harmonic Drive eingetragene Marke)-Prinzip in Topfbauweise oder Flachbauweise wurde bereits eingangs näher erläutert, so daß auf die 2 und 3 im weiteren nicht näher einzugehen ist. Im übrigen werden bei den Ausführungsbeispielen nach dem Stand der Technik gemäß 2 und 3 zu dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Er findung gemäß 1 zur Bezeichnung gleicher Bauteile identische Bezugsziffern verwendet, so daß die Getriebe nach den 2 und 3, insbesondere in Verbindung mit dem eingangs genannten Stand der Technik selbsterklärend sind.
Das Getriebe 10 beziehungsweise Mikrogetriebe nach dem Harmonic Drive-Prinzip gemäß 1 ist in Flachbauweise aufgebaut und besitzt einen Wavegenerator 12, der aus einem Planetengetriebe bestehend aus einem Sonnenrad 14 und wenigstens zwei mit dem Sonnenrad 14 in Eingriff stehenden Planetenrädern 16 besteht. Das Sonnenrad 14 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ringförmig ausgebildet und sitzt drehfest auf einer zentrisch bezüglich einer Getriebemittellängsachse 18 angeordneten Antriebswelle 20.
Natürlich besteht auch die Möglichkeit, daß das Sonnenrad 14 insbesondere einstückiger Bestandteil dieser Antriebswelle 20 ist.
Die Planetenräder 16 stehen mit einer Innenverzahnung eines ringförmigen Flex-Spline 22 in Eingriff, der seinerseits eine Außenverzahnung besitzt. Diese Außenverzahnung des Flex-Spline 22 steht mit der Innenverzahnung eines ringförmigen Circular-Spline 24 sowie der Innenverzahnung eines ringförmigen Dynamic-Spline 26 in Eingriff. Circular-Spline 24 und Dynamic-Spline 26 weisen jeweils Ringform auf und sind bezüglich der Getriebemittellängsachse axial versetzt zueinander angeordnet. Flex-Spline 22 und Circular-Spline 24 weisen eine geringfügig unterschiedliche Zahl der ineinander eingreifenden Verzahnung auf, beispielsweise beträgt der Zahnzahlunterschied 2, während der Dynamic-Spline 26 dieselbe Zahnzahl wie der Flex-Spline 22 aufweist und somit als Abtriebselement dient. Der Dynamic-Spline 26 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 28 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie aus 1 ersichtlich, der ringförmige Dynamic-Spline 26 in einer topfartig aufgeweiteten Aufnahme der Abtriebswelle 28 angeordnet, liegt mit seiner Außenwandung der Innenwandung der topfförmigen Aufnahme an und ist mit dieser drehfest beziehungsweise starr verbunden. Es bleibt zu erwähnen, daß nicht nur die Antriebswelle 20, sondern auch die Abtriebswelle 28 im wesentlichen zentrisch bezüglich der Getriebemittellängsachse 18 angeordnet sind.
Um Medien oder Informationen durch dieses Getriebe 10 hindurchleiten zu können, sind Antriebswelle 20 sowie Abtriebswelle 28 jeweils als Hohlwelle 30, 32 mit einer durchgängigen Bohrung 34, 36 oder einem sonstigen Kanal ausgebildet. Somit wird für Mikrogetriebe erstmalig die Möglichkeit bereitgestellt, durch das Drehzentrum des Antriebs Medien, Informationen oder dergleichen zu transportieren, so daß beispielsweise Laserstrahlung, optische Fasern, Wellen, Versorgungsleitungen oder auch Medien direkt auf der zentralen rotatorischen Achse durch das Getriebe geführt werden können. Es ist somit entbehrlich, diese Informationen, Medien oder dergleichen um das Getriebe herumzuführen, was mit erheblich konstruktivem Aufwand und Bauraumbedarf verbunden ist.
Wie aus 1 weiterhin ersichtlich ist, taucht die Antriebswelle 20 mit einem freien, zur Abtriebswelle 28 weisenden Endabschnitt 38 in die Bohrung 36 beziehungsweise den Kanal der Abtriebswelle 28 ein. Weiterhin ist der freie Endabschnitt 38 der Antriebswelle 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 von einer in der Bohrung 36 beziehungsweise dem Kanal der Abtriebswelle 28 sitzenden Buchse 40 aufgenommen. Zwischen Antriebswelle 20 und Abtriebswelle 28 ist ein Dichtungssystem 42 vorgesehen, welches es ermöglicht, daß trotz der Relativbewegung von Antriebswelle 20 und Abtriebswelle 28 ein Medium unmittelbar durch die beiden Hohlwellen 30, 32 geführt werden kann. Obwohl durchaus konventionelle Dichtungssysteme, zum Beispiel Gummidichtungen oder dergleichen, bei denen eine elastische Dichtfläche zur Abdichtung zwischen die gegeneinander beweglichen Komponenten gepreßt wird, zum Einsatz kommen kann, besitzen derartige konventionelle Dichtungen gerade im Hinblick auf Mikrosysteme den Nachteil, daß ein erhebliches zusätzliches Reibungsmoment in der Dichtung erzeugt wird, die Dichtungsflächen verschleißen und damit die Dichtung allmählich undicht wird. Insoweit ist nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 1 das Dichtungssystem 42 als berührungslose Dichtung, bevorzugt als Labyrinthdichtung 44 ausgebildet, wobei bevorzugt mehrere bezüglich der Getriebemittellängsachse versetzt angeordnete Ringnuten in der Außenwandung der Antriebswelle 20 oder der Innenwandung der Buchse 40 beziehungsweise der Abtriebswelle 28 angeordnet sind.
Antriebswelle 20 und/oder Abtriebswelle 28 sind in einem Gehäuse 48 des Getriebes mittels Drehlagern 50, insbesondere bevorzugt O-verspannten Radialrillenkugellagern gelagert. Weiterhin sind die Planetenräder 16 als Ring ausgebildet, die in radialer Richtung Federelastizität besitzen. Das Gehäuse 48 des Getriebes 10 besteht aus zwei Gehäuseteilen 52, 54, die bevorzugt ringförmig ausgebildet sind, topfartig ineinandergreifen und zwischen sich den Wavegenerator 12, Sonnen- und Planetenräder 14, 16 sowie Flex-, Circular- und Dynamic-Spline 22, 24, 26 aufnehmen.
Das als Mikrogetriebe ausgebildete Getriebe 10 zeichnet sich durch einen Durchmesser von weniger als 10 mm (bevorzugt ca. 8 mm) einer Höhe von ca. 1 mm, einer Übersetzung von ca. 100 bis ca. 1.500 (bevorzugt etwa 500 bis 1.000) und einem Zahnmodul von kleiner 100 (30 bis 40) μm, bevorzugt 34 μm aus und wird bevorzugt nach dem LIGA-Verfahren hergestellt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Antriebswelle 20 und Abtriebswelle 28 jeweils als Hohlwelle 30, 32 mit durchgängiger Bohrung 34, 36 oder durchgängigem Kanal läßt sich auch bei anderen Umlauf rädergetrieben beziehungsweise Planetengetrieben mit schwimmender Lagerung der Planetenräder 16 realisieren.
In den 4 und 5 ist in schematischer Darstellung ein sogenanntes Wolfrom-Getriebe 58 dargestellt, welches in einer einfachen Ausführungsform sehr ähnlich zum Aufbau des vorbeschriebenen Spannungswellen-Getriebes 56 ist. Insoweit sind auch gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Nachfolgend wird daher lediglich auf die Unterschiede im Getriebeaufbau eingegangen.
Im wesentlichen entfällt bei dem Wolfrom-Getriebe gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 6 der Flex-Spline 22 des Ausführungsbeispiels der 1. Das Wolfrom-Getriebe 58 weist ein geteiltes Hohlrad 64 auf, welches aus einem gehäusefesten Hohlrad 60 sowie einem Abtriebshohlrad 62 gebildet ist, die axial versetzt zur Getriebe-Mittel-Längsachse 18 angeordnet sind. Das gehäusefeste Hohlrad 60 sowie das Abtriebshohlrad 62 besitzen eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der in die Zähne der Planetenräder 16 eingreifenden Verzahnung. Das Abtriebshohlrad 62 ist drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden, wobei die bevorzugt drei Planetenräder 16 schwimmend gelagert sind.
Wird das Sonnenrad 14 über eine Drehbewegung der Antriebswelle 20 in Drehung versetzt, überträgt sich diese Bewegung auf die bevorzugt drei Planetenräder 16, deren Außenverzahnung mit der Innenverzahnung des Sonnenrades 14 in Eingriff steht.
Gleichfalls stehen die Planetenräder 16 mit ihrer Außenverzahnung mit der Innenverzahnung des Hohlrades 64, das heißt des gehäusefesten Hohlrades 60 sowie des Abtriebshohlrades 62 in Eingriff. Insoweit wird dann das Abtriebshohlrad 62 entsprechend der individuell einzustellenden Übersetzungsverhältnisse in eine Rotation um die Getriebe-Mittel-Längsachse 18 versetzt, die aufgrund der drehfesten Verbindung des Abtriebshohlrades 62 mit der Abtriebswelle 28 entsprechend auf diese übertragen wird.
Auch bei diesem modifizierten Wolfrom-Getriebe 58 besteht ein großer Vorteil darin, daß Antriebswelle 20 sowie Abtriebswelle 28 jeweils als Hohlwellen 30, 32 ausgebildet sind und einen durchgängigen Kanal aufweisen, so daß Informationen oder beispielsweise fluide Medien durch das Getriebe 10 hindurchgeleitet werden können.

10: Getriebe
12: Wavegenerator
14: Sonnenrad
16: Planetenrad
18: Getriebemittellängsachse
20: Antriebswelle
22: Flex-Spline
24: Circular-Spline
26: Dynamic-Spline
28: Abtriebswelle
30: Hohlwelle
32: Hohlwelle
34: Bohrung
36: Bohrung
38: Endabschnitt
40: Buchse
42: Dichtungssystem
44: Labyrinthdichtung
46: Ringnut
48: Gehäuse
50: Drehlager
52: Gehäuseteile
54: Gehäuseteile
56: Spannungswellen-Getriebe
58: Wolfrom-Getriebe
60: gehäusefestes Hohlrad
62: Abtriebshohlrad
64: Hohlrad

Claims

Mikrogetriebe (10) nach dem Prinzip des Spannungswellengetriebes (56) oder Wolfrom-Getriebes (58) in Flachbauweise, welches ein Planetengetriebe aufweist, bestehend aus einem Sonnenrad (14) und wenigstens zwei oder mehreren mit dem Sonnenrad (14) in Eingriff stehenden Planetenrädern (16), wobei das Sonnenrad (14) drehfest auf einer zentrisch bezüglich einer Getriebe-Mittellängsachse (18) angeordneten Antriebswelle (20) sitzt oder Bestandteil dieser Antriebswelle (20) ist, die Planetenräder (16) mittelbar oder unmittelbar mit einer Verzahnung in Eingriff stehen, die drehfest mit einer Abtriebswelle (28) verbunden ist, welche zentrisch bezüglich der Getriebe-Mittellängsachse (18) angeordnet ist, und die Getrieberäder einen Zahnmodul von weniger als 100 μm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) und die Abtriebswelle (28) jeweils als Hohlwelle (30, 32) mit durchgängiger Bohrung (34, 36) oder durchgängigem Kanal ausgebildet sind, dass die Antriebswelle (20) mit einem freien, zur Abtriebswelle (28) weisenden Endabschnitt (38) in die Bohrung (36) der Abtriebswelle (28) eintaucht, und dass zwischen Antriebswelle (20) und Abtriebswelle (28) ein Dichtungssystem (42) angeordnet ist.
Mikrogetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Endabschnitt (38) der Antriebswelle (20) von einer in der Bohrung (36) beziehungsweise dem Kanal der Abtriebswelle (28) sitzenden Buchse (40) aufgenommen ist.
Mikrogetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungssystem (42) als berührungslose Dichtung, bevorzugt als Labyrinthdichtung (44) ausgebildet ist, wobei bevorzugt mehrere bezüglich der Getriebemittellängsachse (18) versetzt angeordnete Ringnuten in der Außenwandung der Antriebswelle (20) oder Innenwandung der Buchse (40) beziehungsweise der Abtriebswelle (28) angeordnet sind.
Mikrogetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebswelle (20) und/oder Abtriebswelle (28) in dem Gehäuse (48) des Getriebes mittels Drehlagern (50), insbesondere bevorzugt O-verspannten Radialrillenkugellagern gelagert sind.
Mikrogetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (16) als Ring ausgebildet sind, die in radialer Richtung Federelastizität besitzen.
Mikrogetriebe nach Anspruch4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (48) des Getriebes (10) aus zwei Gehäuseteilen (52, 54) besteht, die bevorzugt ringförmig ausgebildet sind, topfartig ineinandergreifen und zwischen sich die Getrieberäder aufnehmen.
Mikrogetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Durchmesser von weniger als 10 mm (bevorzugt ca. 8 mm) und/oder einer Höhe von ca. 1 mm und/oder einer Übersetzung von ca. 100 bis ca. 1.500 und/oder einem Zahnmodul von 30 bis 40 μm, bevorzugt ca. 34 μm.
Mikrogetriebe nach Anspruch 7, hergestellt mittels des LIGA-Verfahrens.
Mikrogetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Spannungswellen-Getriebe (56) ausgebildet ist und die Planetenräder (16) mit einer Innenverzahnung eines ringförmigen Flex-Spline (22) in Eingriff stehen.
Mikrogetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flex-Spline (22) eine Außenverzahnung aufweist, die mit der Innenverzahnung eines ringförmigen Circular-Spline (24) sowie der Innenverzahnung eines ringförmigen Dynamic-Spline (26) in Eingriff steht.
Mikrogetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Circular-Spline (24) und Dynamic-Spline (26) axial versetzt zur Getriebe-Mittel-Längsachse (18) angeordnet sind.
Mikrogetriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Flex-Spline (22) und Circular-Spline (24) insbesondere geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der ineinandergreifenden Verzahnung aufweisen.
Mikrogetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dynamic-Spline (26) drehfest mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.
Mikrogetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als Wolfrom-Getriebe (58) ausgebildet ist und die bevorzugt drei Planetenräder (16) mit einer Innenverzahnung eines geteilten Hohlrades (64) in Eingriff stehen.
Mikrogetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (64) ein gehäusefestes Hohlrad (16) sowie ein Abtriebshohlrad (62) aufweist, die axial versetzt zur Getriebe-Mittel-Längsachse (18) angeordnet sind.
Mikrogetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäusefeste Hohlrad (60) und das Abtriebshohlrad (62) eine insbesondere geringfügig unterschiedliche Zähnezahl der in die Zähne der Planetenräder (16) eingreifenden Verzahnung aufweisen.
Mikrogetriebe nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebshohlrad (62) drehfest mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.
Mikrogetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (16) schwimmend gelagert sind.