DE3918348A1

DE3918348A1 - Umlaufgetriebe mit synchronzahnriemen

Info

Publication number: DE3918348A1
Application number: DE19893918348
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FISCHER MICHAEL 3441 BERKATAL DE
Current assignee: FISCHER MICHAEL 3441 BERKATAL DE
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2009-06-07
Also published as: DE3918348C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufgetriebe mit Zahnriemen zum spielarmen Untersetzen der Eingangsdrehzahl auf eine zentrische Abtriebswelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Umlaufgetriebe sind als Planetengetriebe mit Stirnradverzahnungen in vielfältigen Ausführungen bekannt. Planetengetriebe haben gegenüber Stirnradgetrieben den Vorteil kompakt zu bauen und hohe Momente zu übertragen, weil sie so viel Zahnflanken tragen wie Planetenräder im Gegenrad in Eingriff sind. Trotzdem ist eine spielarme Ausführung wegen der notwendig hohen Fertigungsqualität aller Getriebeteile sehr kostenintensiv.

Zahnriemenantriebe sind als Umschlingungsgetriebe hinreichend bekannt, haben sich bewährt und werden zunehmend eingesetzt. Verschleißarmut und Festigkeit der Materialien werden ständig erhöht und eröffnen weitere Anwendungsfälle, zu denen diese Erfindung zählt.

An die Leistungsfähigkeit, Spielarmut, Genauigkeit, Dämpfung und Servicefreundlichkeit von Getrieben bei hochdynamischen Antrieben für Vorschubachsen, Spindelantrieben, Schwenkachsen, Gelenkarmen, Trommelantrieben, Radantrieben, z. B. in Werkzeugmaschinen, Automationen, Verpackungsmaschinen, Robotern, Holzverarbeitungsmaschinen, Förderanlagen, werden höchste Ansprüche gestellt, da bei zunehmend schnelleren Bewegungsabläufen mit CNC-Steuerungen, durch Servomotore angetrieben, die reduzierten Massen idealerweise klein sein müssen, spielarm beschleunigt und abgebremst, sowie dabei in der Bewegungsrichtung ohne Stop umgekehrt werden. Geringe Dämpfung und Spiel in den ab Motor nachgeschalteten Elementen verursachen vorzeitigen Verschleiß der Maschinenteile und beeinflussen extrem ungünstig die Aufgabe der Maschine und deren Leistungsfähigkeit. Insbesondere sei auch auf Mehrachs- Simultanbewegungen beim Interpolieren von bis 5-Achsen hingewiesen, wo das Spiel zu unterdrücken höchsten Aufwand bedeutet. Gelöst werden alle bekannten Anwendungen durch aufwendig mechanisch bearbeitete, warmbehandelte und feinbearbeitete Getriebe-Verzahnungskomponenten. Wenn es darum geht ein Getriebe zu schaffen, bei dem möglichst alle Bedingungen in hohem Maß erfüllt werden, so ist die Erfindung die richtige Lösung, um bei angemessenen Aufwand höchste Leistungsfähigkeit und Präzision zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umlaufgetriebe mit Zahnriemen zum spielarmen Untersetzen einer Antriebsdrehbewegung auf eine Abtriebswelle zu schaffen, mit der Vorschubachsen, Spindeln, Gelenkarme oder andere anzutreibende und zu positionierende Elemente spielarm und schlupffrei bei großer Einstellgenauigkeit angetrieben werden können, wobei das Umlaufgetriebe servicefreundlich ist und ohne Schmieröl betrieben wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Kunststoffzahnriemen werden hinsichtlich Zahnform und Teilung mit großer Genauigkeit hergestellt, sind sehr flexibel, verschleißfest und haben einen hohen Wirkungsgrad. Sie werden für Synchronantriebe endlos, mit hochfesten Zugfasern integriert, hergestellt.

Wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt, ist der Zahnriemen im Bereich A im formschlüssigen Eingriff mit dem Antriebsrad 10 und im Bereich B kraftschlüssig mit seinem Rücken an den Umlenkrollen-Antrieb 7 anliegend. Der Bereich C ist frei und dient vorteilhaft als Dämpfungsstrecke mit der das Getriebe im Rahmen der Riemenelastizität abgedämpft wird.

Im Bereich D ist der Zahnriemen über mehrere Zähne formschlüssig mit Null-Lücke im Eingriff mit dem Innenverzahnung-Einsatz 2 des Getriebegehäuses 1. Jede Stoßbelastung im Rahmen der zulässigen Riemenzugkraft wird nach Abnehmen derselben ausgeglichen und es stellt sich die winkelgenaue Position der Getriebewellen ein.

Das übertragbare Drehmoment errechnet sich aus folgender Formel, wobei die Zeichen bedeuten:

D1
= Durchmesser Antriebsrad 10
Z1	= Zähnezahl Antriebsrad 10
D2	= Durchmesser Innenverzahnung 2
Z2	= Zähnezahl Innenverzahnung 2
i	= Untersetzungsverhältnis Umlaufgetriebe
Fu	= zulässige Zahnriemen-Zugkraft in N
R	= Anzahl der Zahnriemen im Umlaufgetriebe
c	= Belastungsfaktor zur Berücksichtigung der Stoß- und Beschleunigungseinflüsse mit 0,3-1,0
M1	= Antriebs-Nennmoment in Nm
M2	= übertragbares Abtriebsmoment in Nm

Berechnung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1

c gewählt = 0,4
für einen Schlittenantrieb mit AC-Servomotor

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert, es zeigt

Fig. 1 Umlaufgetriebe mit 2 Zahnriemen, Teilung 5 mm, i = 4 in Ansicht antriebsseitig,

Fig. 2 Darstellung von Fig. 1 im Schnitt A-B,

Fig. 3 Umlaufgetriebe mit 2 Umlenkrollen pro Zahnriemen in Ansicht antriebsseitig,

Fig. 4 Umlaufgetriebe mit Wälz-Stützlager und 1 Zahnriemen in Ansicht antriebsseitig,

Fig. 5 zweistufiges Umlaufgetriebe mit Stufe 1 nach Fig. 4 und Stufe 2 nach Fig. 1 im Schnitt als Kombination zweier Umlaufgetriebe mit Zahnriemen.

Das in Fig. 1-2 beispielhaft dargestellte Umlaufgetriebe besteht aus einem Getriebegehäuse 1 aus Al in das eine Innenverzahnung 2 als Einsatz aus Reaktionsharz, der von einem mit seiner Verzahnung außen liegenden Zahnriemen mit Teilung 5 mm und Zähnezahl 80 abgeformt wurde. Ein Umlaufträger 3 mit Abtriebswelle 28×46 aus St - ähnlich einem Planetenträger - ist mit Rillenkugellager 4 (6007.2ZR) außen und Rillenkugellager 5 (61820.2RS) innen gelagert. Zwei Synchronzahnriemen 6.1 und 6.2 aus Kunststoff mit hochfesten Zugsträngen, gleichen Typs der abgeformten Innenverzahnung 2, mit Breite 16 mm umschlingen vier Umlenkrollen-Antrieb 7 aus St und vier Umlenkrollen- Abtrieb 8, ebenfalls aus St und sind mit je zwei Rillenkugellagern 16 (608 ZR) gelagert, mit Scheibe 14 aus St und Zylinderschraube 15 (M8 DIN 912) am Umlaufträger 3 maßhaltig befestigt. Zwischen den Umlenkrollen-Abtrieb 8 ist je ein Form-Stützlager 9.1 und 9.2 aus verschleißfestem Polyethylen mittels Zylinderschrauben 18 (M5 DIN 912) befestigt, über das die Zahnriemen 6.1 und 6.2 mit Null-Lücke im Bereich D laufen und abgestützt werden. Das Antriebsrad 10 aus Al mit Zähnezahl 20 wird von beiden Zahnriemen 6.1 und 6.2 im Bereich A ausreichend umschlungen und treibt gleichmäßig an, somit wird das Drehmoment mit zweifacher Riemenzugkraft Fu übertragen. Auf die Antriebswelle 12 aus St mit 16×36, ist Antriebsrad 10 geklebt. Die Antriebswelle 12 ist einerseits im Umlaufträger 3 mit Nadellager 5 (NA 4901) und andererseits mit einem Rillenkugellager 11 (6003 ZR) im Deckel 13 aus Al gelagert, der mit dem Getriebegehäuse 1 mittels sechs Zylinderschrauben 17 (M6 DIN 912) verschraubt ist. Sicherungsringe 19 sichern die Lager 4 und 5 und damit den Umlaufträger 3. Das in Fig. 3 dargestellte Umlaufgetriebe hat nur zwei Umlenkrollen 7/8 pro Zahnriemen und baut kleiner, weil nicht der Rollradius der Umlenkrollen 7 und 8 die Getriebe-Außenabmessung bestimmt, sondern das gewünschte Untersetzungsverhältnis i mit der kleinsten Zähnezahl Z1.

Das in Fig. 4 dargestellte Umlaufgetriebe hat gleiche Maße wie das von Fig. 1-2, eingebaut ist nur ein Zahnriemen 6 zur Momentenübertragung. Das Getriebe ist besonders geeignet als erste Stufe bei mehrstufigen Getrieben, mit zunächst kleinem Eingangsmoment und großer möglicher Untersetzung.

Durch die gewählte Anordnung der Umlenkrollen-Abtrieb 8 unterhalb der Getriebemitte kann das Antriebsrad 10 mit kleinen Zähnezahlen (min. 10) eingebaut werden, trotzdem ist der Umschlingungsbereich A ausreichend.

Der Zahnriemen 6 wird im Bereich D von einem Wälz-Stützlager 20 umgelenkt und gestützt, wobei der Zahnriemen 6 auf einem Gurt 21 liegt, den er mitnimmt. Der Gurt 21 aus Polyestergewebe wird von Rollkörpern 22 aus Keramik, geschliffen 3×18, wälzgelagert und hat keine Vorspannung, damit die lose aneinanderliegenden Rollkörper 22 frei abrollen können, nach dem bekannten Prinzip der Rollenumlaufschuhe bei Linearführungselementen.

Die Rollkörper 22 rollen auf einem Wälzgrundkörper 23 aus Polyamid, dessen Radius genau nach der Innenverzahnung 2 gefräst ist. Im unteren, gerade verlaufenden Leertrum des Gurts 21 ist eine Gleitleiste 24 aus Polyamid notwendig, damit die Rollkörper 22 im Rücklauf bei hohen Drehzahlen nicht übereinanderschieben.

Das Umlaufgetriebe in vorbeschriebener Ausführung ist als erste Stufe in Fig. 5 dargestellt. Die Dimensionierung der ersten Stufe ist immer ausreichend, weil die zweite Stufe mit ihrem zulässigen Abtriebsmoment das zulässige Antriebsmoment der ersten Stufe bestimmt.

Claims

1. Umlaufgetriebe zum spielarmen Untersetzen einer Antriebsdrehbewegung auf eine Abtriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei endlose synchron verzahnter Übertragungselemente ständig im Eingriff sind mit einem zentrisch angeordneten außenverzahnten Antriebs- und innenverzahnten Abtriebsrad, wobei das endlose Übertragungselement durch Umlenkrollen von der Antriebsseite her rückseitig kraftschlüssig teilumschlungen wird, und zwar von der Antriebsseite zur Abtriebsseite hin und hier mit seiner, der Verzahnung abgewandten Seite des Übertragungselements zwischen den Umlenkmitten, in der Innenverzahnung über mehrere Zähne paßgenau kämmt, indem das Übertragungselement im Radius der Innenverzahnung abgestützt wird.

2. Umlaufgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungselement ein Synchronzahnriemen 6.1 und 6.2 mit kleinem Flankenwinkel in trapez- oder halbkreisförmigem Querschnitt Verwendung findet.

3. Umlaufgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (2) zu ihrer Herstellung von einem Außenzahnriemen mittels Zweikomponenten-Kunststoff mit Null-Lücke abgeformt wird.

4. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (2) als eingesetztes und verdrehsicher fixiertes Zahnrad aus Kunststoff oder Metall eingebaut ist.

5. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemen (6.1 und 6.2) mittels vier Umlenkrollen mit Bordkante 7 und 8 umgelenkt wird und sich im Bereich des Abtriebes zwischen den Umlenkrollen ein Form- Stützlager (9) befindet.

6. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Getrieben zwei im Durchmesser zwischen Innenverzahnung und Antriebsrad angepaßte Umlenkrollen (7/8) genügen.

7. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Getrieben mit nur einem Zahnriemen (6) ein Wälz-Stützlager (20) anstelle abtriebsseitiger Umlenkrollen (8) plus Stützlager (9) eingesetzt wird und diese Getriebe die erste Stufe von mehrstufigen Getrieben sind.

8. Umlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Wälz-Stützlager (20) Keramik- Rollkörper (22) mit Gurt (21) umlaufen und im Leertrum eine Gleitleiste (24) den Rücklauf sichert.