DE-102019201785-B4 - Gelenkanordnung

Abstract

Gelenkanordnung, mit einem ersten Gelenkkörper (2) und einem bezüglich des ersten Gelenkkörpers (2) unter Ausführung einer Arbeits-Schwenkbewegung (6) um ein Schwenkzentrum (7) verschwenkbaren und in unterschiedlichen Arbeits-Schwenkpositionen positionierbaren zweiten Gelenkkörper (3), wobei der erste Gelenkkörper (2) eine Kugelpfanne (9) aufweist, in der der zweite Gelenkkörper (3) zur Ermöglichung der Arbeits-Schwenkbewegung (6) mit einem Kugelkopf (8) um das Schwenkzentrum (7) drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Gelenkkörper (3) eine imaginäre Hauptachse (12) hat, die das Schwenkzentrum (7) schneidet, - wobei an dem ersten Gelenkkörper (2) zwei drehbare Antriebseinheiten (4, 5) angeordnet sind, wobei eine erste Antriebseinheit (4) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen ersten Betätigungsabschnitt (45) zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung (47) um eine erste Drehachse (42) antreibbar ist und wobei eine zweite Antriebseinheit (5) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen zweiten Betätigungsabschnitt (46) zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung (48) um eine zweite Drehachse (43) antreibbar ist, - wobei die erste Antriebseinheit (4) ein erstes Antriebszahnrad (55) mit einem in einer sich quer zu der ersten Drehachse (42) erstreckenden ersten Zahnkranzebene (55b) liegenden ersten Antriebszahnkranz (55a) aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit (5) ein zweites Antriebszahnrad (56) mit einem in einer sich quer zu der zweiten Drehachse (43) erstreckenden zweiten Zahnkranzebene (56b) liegenden zweiten Antriebszahnkranz (56a) aufweist, - wobei der Kugelkopf (8) des zweiten Gelenkkörpers (3) an seiner Außenumfangsfläche (32) über eine Abtriebsverzahnung (33) verfügt, mit der die Antriebszahnkränze (55a, 56a) der Antriebszahnräder (55, 56) beider Antriebseinheiten (4, 5) in formschlüssigem Verzahnungseingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebseinheiten (4, 5) unabhängig voneinander drehbar sind, wobei die zweite Drehachse (43) zu der ersten Drehachse (42) rechtwinkelig verläuft, sodass der zweite Gelenkkörper (3) durch selektives Verdrehen einer oder beider Antriebseinheiten (4, 5) derart zu der Arbeits-Schwenkbewegung (6) antreibbar ist, dass seine Hauptachse (12) innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches (62) um das Schwenkzentrum (7) verschwenkt wird.

Inventors

• Markus Aegerter

Assignees

• FESTO SE & CO. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190212

Claims (16)

1. Gelenkanordnung, mit einem ersten Gelenkkörper (2) und einem bezüglich des ersten Gelenkkörpers (2) unter Ausführung einer Arbeits-Schwenkbewegung (6) um ein Schwenkzentrum (7) verschwenkbaren und in unterschiedlichen Arbeits-Schwenkpositionen positionierbaren zweiten Gelenkkörper (3), wobei der erste Gelenkkörper (2) eine Kugelpfanne (9) aufweist, in der der zweite Gelenkkörper (3) zur Ermöglichung der Arbeits-Schwenkbewegung (6) mit einem Kugelkopf (8) um das Schwenkzentrum (7) drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Gelenkkörper (3) eine imaginäre Hauptachse (12) hat, die das Schwenkzentrum (7) schneidet, - wobei an dem ersten Gelenkkörper (2) zwei drehbare Antriebseinheiten (4, 5) angeordnet sind, wobei eine erste Antriebseinheit (4) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen ersten Betätigungsabschnitt (45) zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung (47) um eine erste Drehachse (42) antreibbar ist und wobei eine zweite Antriebseinheit (5) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) durch Krafteinleitung in einen zweiten Betätigungsabschnitt (46) zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung (48) um eine zweite Drehachse (43) antreibbar ist, - wobei die erste Antriebseinheit (4) ein erstes Antriebszahnrad (55) mit einem in einer sich quer zu der ersten Drehachse (42) erstreckenden ersten Zahnkranzebene (55b) liegenden ersten Antriebszahnkranz (55a) aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit (5) ein zweites Antriebszahnrad (56) mit einem in einer sich quer zu der zweiten Drehachse (43) erstreckenden zweiten Zahnkranzebene (56b) liegenden zweiten Antriebszahnkranz (56a) aufweist, - wobei der Kugelkopf (8) des zweiten Gelenkkörpers (3) an seiner Außenumfangsfläche (32) über eine Abtriebsverzahnung (33) verfügt, mit der die Antriebszahnkränze (55a, 56a) der Antriebszahnräder (55, 56) beider Antriebseinheiten (4, 5) in formschlüssigem Verzahnungseingriff stehen, dadurch gekennzeichnet , dass die beiden Antriebseinheiten (4, 5) unabhängig voneinander drehbar sind, wobei die zweite Drehachse (43) zu der ersten Drehachse (42) rechtwinkelig verläuft, sodass der zweite Gelenkkörper (3) durch selektives Verdrehen einer oder beider Antriebseinheiten (4, 5) derart zu der Arbeits-Schwenkbewegung (6) antreibbar ist, dass seine Hauptachse (12) innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches (62) um das Schwenkzentrum (7) verschwenkt wird.
2. Gelenkanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Hauptachse (12) des zweiten Gelenkkörpers (3) unabhängig von der jeweils eingenommenen Arbeits-Schwenkposition eine von den zueinander rechtwinkeligen Drehachsen (42, 43) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) aufgespannte Antriebsebene (44) schneidet.
3. Gelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass jede der beiden Antriebseinheiten (4, 5) eine das zugeordnete Antriebszahnrad (55, 56) durchsetzende Antriebswelle (52) aufweist, deren Längsachse (54) mit der zugeordneten Drehachse (42, 43) zusammenfällt und die drehmomentübertragend mit dem Antriebszahnrad (55, 56) gekoppelt ist, wobei das Antriebszahnrad (55, 56) über ein Kugelgelenk (64) derart schwenkbar an der Antriebswelle (52) gelagert ist, dass seine Zahnkranzebene (55b, 56b) unterschiedliche Neigungen bezüglich der Drehachse (42, 43) einnehmen und dadurch der sich bei der Arbeits-Schwenkbewegung (6) in ihrer Neigung verändernden Abtriebsverzahnung (33) folgen kann.
4. Gelenkanordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass jede Antriebswelle (52) einen kugelförmigen Lagerabschnitt (65) mit einer kugelförmigen Außenlagerfläche (61) aufweist, auf dem das Antriebszahnrad (55, 56) mit einer kugelzonenförmigen konkaven Innenlagerfläche (66) verschwenkbar gelagert ist, wobei in der Außenlagerfläche (61) mindestens eine sich in einer mit der Längsachse (54) der Antriebswelle (52) zusammenfallenden Ebene erstreckende gekrümmte Mitnehmernut (72) ausgebildet ist, in die ein über die Innenlagerfläche (66) vorstehender Mitnehmervorsprung (73) des Antriebszahnrades (55, 56) gleitverschieblich und drehbar eingreift, oder umgekehrt.
5. Gelenkanordnung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass jedes Antriebszahnrad (55, 56) aus zwei von axial einander entgegengesetzten Seiten her auf den kugelförmigen Lagerabschnitt (65) aufgesetzten und axial zusammengefügten Zahnradhälften (67a, 67b) besteht, die jeweils einen Teilbereich der konkaven Innenlagerfläche (66) bilden.
6. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Gelenkkörper (3) einen von dem Kugelkopf (8) radial abstehenden, zu der Hauptachse (12) koaxialen Abtriebsstutzen (22) aufweist.
7. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass an dem ersten Gelenkkörper (2) eine zur externen Befestigung des ersten Gelenkkörpers (2) vorgesehene erste Befestigungsschnittstelle (76) ausgebildet ist, wobei an dem zweiten Gelenkkörper (3) eine zur externen Befestigung des zweiten Gelenkkörpers (3) vorgesehene zweite Befestigungsschnittstelle (77) ausgebildet ist.
8. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Außenumfangsfläche (32) des Kugelkopfes (8) eine Hauptumfangsrichtung (37) hat, die der Kreislinie eines mit der Hauptachse (12) zusammenfallenden Großkreises (36) des Kugelkopfes (8) folgt, wobei die Abtriebsverzahnung (33) des Kugelkopfes (8) über eine Vielzahl von Zähnen (34) verfügt, die in der Hauptumfangsrichtung (37) aufeinanderfolgend angeordnet sind und jeweils quer dazu eine gekrümmte Längsgestalt haben.
9. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Abtriebsverzahnung (33) des Kugelkopfes (8) koaxial zu der Hauptachse (12) ausgebildet ist, wobei sie eine Vielzahl von ringförmig ausgebildeten Zähnen (34) hat, die in zu der Hauptachse (12) koaxialer Ausrichtung in der Achsrichtung der Hauptachse (12) aufeinanderfolgend angeordnet sind.
10. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass der erste Gelenkkörper (2) eine imaginäre mittige Längsachse (13) hat und über zwei aneinander befestigte schalenförmige Gehäuseteile (14, 15) verfügt, die in einer zu der mittigen Längsachse (13) rechtwinkeligen Fügeebene (17) aneinandergesetzt sind und jeweils einen Abschnitt der Kugelpfanne (9) bilden.
11. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass die Betätigungsabschnitte (45, 46) der beiden Antriebseinheiten (4, 5) jeweils für eine manuelle rotative Krafteinleitung und/oder für eine rotative Krafteinleitung durch eine elektrisch und/oder durch Fluidkraft betriebene Antriebseinrichtung (57, 58) der Gelenkanordnung (1) ausgebildet sind.
12. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Gelenkkörper (3) unabhängig von der Arbeits-Schwenkbewegung (6) und seiner momentanen Arbeits-Schwenkposition um eine mit der Hauptachse (12) zusammenfallende Arbeits-Drehachse (78) relativ zu dem ersten Gelenkkörper (2) drehbar ist, wobei die Abtriebsverzahnung (33) an den beiden Antriebszahnkränzen (55a, 56a) abgleiten kann.
13. Gelenkanordnung nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet , dass sie eine an dem ersten Gelenkkörper (2) um eine dritte Drehachse (84) drehbar gelagerte dritte Antriebseinheit (83) aufweist, die durch Krafteinleitung in einen dritten Betätigungsabschnitt (85) zu einer dritten Antriebs-Drehbewegung (86) um die dritte Drehachse (84) antreibbar ist und die mit dem zweiten Gelenkkörper (3) über ein Koppelgetriebe (87) derart in Antriebsverbindung steht, dass aus der dritten Antriebs-Drehbewegung (86) der dritten Antriebseinheit (83) eine Arbeits-Drehbewegung (82) des zweiten Gelenkkörpers (3) um die Arbeits-Drehachse (78) resultiert.
14. Gelenkanordnung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass der dritte Betätigungsabschnitt (85) der dritten Antriebseinheit (83) für eine manuelle rotative Krafteinleitung und/oder für eine rotative Krafteinleitung durch eine elektrisch und/oder durch Fluidkraft betriebene Antriebseinrichtung (88) der Gelenkanordnung (1) ausgebildet ist.
15. Gelenkanordnung nach Anspruch 13 oder 14 , dadurch gekennzeichnet , dass die dritte Drehachse (84) der dritten Antriebseinheit (83) rechtwinkelig zu einer von der ersten Drehachse (42) der ersten Antriebseinheit (4) und der zweiten Drehachse (43) der zweiten Antriebseinheit (5) aufgespannten Antriebsebene (44) ausgerichtet ist,
16. Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 , dadurch gekennzeichnet , dass die dritte Antriebseinheit (83) eine den dritten Betätigungsabschnitt (85) aufweisende, an dem ersten Gelenkkörper (2) um die dritte Drehachse (84) drehbar gelagerte Antriebswelle (92) aufweist, die mit einem Antriebsabschnitt (93) in einen Hohlraum (25) des Kugelkopfes (8) eintaucht, wobei an dem Antriebsabschnitt (93) zwei sich bezüglich der dritten Drehachse (84) diametral gegenüberliegende und in einander entgegengesetzte Richtungen radial nach außen ragende Koppelarme (94) des Koppelgetriebes (87) angeordnet sind, die jeweils mit einem Kopplungskopf (95) in einen von zwei sich bezüglich der Hauptachse (12) diametral gegenüberliegenden und in den Hohlraum (25) des Kugelkopfes (8) einmündenden Koppelschlitzen (96) des Koppelgetriebes (87) eintauchen, wobei die Kopplungsköpfe (95) der Koppelarme (94) zur Drehmomentübertragung zwischen der dritten Antriebseinheit (83) und dem zweiten Gelenkkörper (3) mit den Schlitzflanken der Koppelschlitze (96) zusammenwirken und wobei der Kugelkopf (8) des zweiten Gelenkkörpers (3) bei der Arbeits-Schwenkbewegung (6) des zweiten Gelenkkörpers (3) um zwei zueinander rechtwinkelige erste und zweite Kippachsen (99, 100) verkippbar ist, wobei die erste Kippachse (99) von den zueinander koaxialen Längsachsen (94a) der beiden Koppelarme (94) gebildet ist und die zweite Kippachse (100) rechtwinkelig zu einer die beiden Koppelschlitze (96) enthaltenden Schlitzebene (97) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung, mit einem ersten Gelenkkörper und einem bezüglich des ersten Gelenkkörpers unter Ausführung einer Arbeits-Schwenkbewegung um ein Schwenkzentrum verschwenkbaren und in unterschiedlichen Arbeits-Schwenkpositionen positionierbaren zweiten Gelenkkörper, wobei der erste Gelenkkörper eine Kugelpfanne aufweist, in der der zweite Gelenkkörper zur Ermöglichung der Arbeits-Schwenkbewegung mit einem Kugelkopf um das Schwenkzentrum drehbar gelagert ist, und wobei der zweite Gelenkkörper eine imaginäre Hauptachse hat, die das Schwenkzentrum schneidet,- wobei an dem ersten Gelenkkörper zwei drehbare Antriebseinheiten angeordnet sind, wobei eine erste Antriebseinheit der beiden Antriebseinheiten durch Krafteinleitung in einen ersten Betätigungsabschnitt zu einer ersten Antriebs-Drehbewegung um eine erste Drehachse antreibbar ist und wobei eine zweite Antriebseinheit der beiden Antriebseinheiten durch Krafteinleitung in einen zweiten Betätigungsabschnitt zu einer zweiten Antriebs-Drehbewegung um eine zweite Drehachse antreibbar ist,- wobei die erste Antriebseinheit ein erstes Antriebszahnrad mit einem in einer sich quer zu der ersten Drehachse erstreckenden ersten Zahnkranzebene liegenden ersten Antriebszahnkranz aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit ein zweites Antriebszahnrad mit einem in einer sich quer zu der zweiten Drehachseerstreckenden zweiten Zahnkranzebene liegenden zweiten Antriebszahnkranz aufweist,- wobei der Kugelkopf des zweiten Gelenkkörpers an seiner Außenumfangsfläche über eine Abtriebsverzahnung verfügt, mit der die Antriebszahnkränze der Antriebszahnräder beider Antriebseinheiten in formschlüssigem Verzahnungseingriff stehen. Eine aus der DE 10 2009 045 290 A1 bekannte Gelenkanordnung dieser Art ist als Taumelkugelgelenk ausgebildet und verfügt über einen Kugelzapfen, der um die Längsachse eines Gehäuses verdrehbar ist. In dem Gehäuse ist eine Kugelschale ausgebildet, in der der Kugelzapfen mit einer Gelenkkugel gelagert ist. Der Kugelzapfen hat eine bezüglich der Längsachse des Gehäuses schräg ausgebildete Längsachse. An der Gelenkkugel ist ein Zahnradteller ausgebildet, mit dem zwei Kugelzahnräder in Eingriff stehen, mit denen außerdem ein weiterer Zahnradteller kämmt. Der weitere Zahnradteller kann rotativ angetrieben werden, um über die beiden Kugelzahnräder ein Drehmoment in den Kugelzapfen einzuleiten, was dazu führt, dass die Gelenkkugel verdreht wird und der Kugelzapfen eine Taumelbewegung ausführt. Eine aus der WO 2016/023568 A1 bekannte Gelenkanordnung dient zur gelenkigen Verbindung zweier Vorrichtungsteile. Eine Besonderheit dieser bekannten Gelenkanordnung besteht darin, dass der zweite Gelenkkörper mit einem Kugelkopf berührungslos in einer Kugelpfanne des ersten Gelenkkörpers gelagert ist. Zur Erzielung der berührungslosen Lagerung wird ein Supraleiter verwendet. Gelenkanordnungen werden häufig auch in der Robotertechnik eingesetzt. Ein Beispiel hierfür liefert die DE 10 2010 013 617 B4. Dort ist eine Gelenkanordnung beispielsweise in einen Roboterarm integriert, um Vorrichtungsteile in Form zweier Armabschnitte des Roboterarms gelenkig miteinander zu verbinden. Die bekannte Gelenkanordnung enthält auch eine Antriebseinheit, durch die die beiden Gelenkkörper zu einer relativen Drehbewegung antreibbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach und kostengünstig aufgebaute Gelenkanordnung zu schaffen, mit der sich variantenreiche Relativbewegungen zwischen den aneinander angelenkten Gelenkkörpern realisieren lassen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Gelenkanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die beiden Antriebseinheiten unabhängig voneinander drehbar sind, wobei die zweite Drehachse zu der ersten Drehachse rechtwinkelig verläuft, sodass der zweite Gelenkkörper durch selektives Verdrehen einer oder beider Antriebseinheiten derart zu der Arbeits-Schwenkbewegung antreibbar ist, dass seine Hauptachse innerhalb eines kegelförmigen Arbeitsbereiches um das Schwenkzentrum verschwenkt wird. Auf diese Weise liegt eine Gelenkanordnung vor, mit der sich ein an einem ersten Gelenkkörper schwenkbar gelagerter zweiter Gelenkkörper sehr variantenreich aktiv verschwenken und positionieren lässt. In jede der beiden Antriebseinheiten kann eine Betätigungskraft eingeleitet werden, um durch das Zusammenwirken der Antriebszahnräder mit der Abtriebsverzahnung des Kugelkopfes eine Arbeits-Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers hervorzurufen. Jede Antriebseinheit kann durch das Zusammenwirken ihres Antriebszahnrades mit der Abtriebsverzahnung des Kugelkopfes eine Schwenkbewegung des zweiten Gelenkkörpers relativ zum ersten Gelenkkörper hervorrufen. Bei dieser Schwenkbewegung handelt es sich unmittelbar um die Arbeits-Schwenkbewegung, wenn eine Antriebseinheit singulär betätigt wird, ohne gleichzeitig auch die andere Antriebseinheit zu betätigen. Durch gleichzeitige Drehbetätigung der beiden Antriebseinheiten kann eine A