Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgangslageranordnung für einen Gelenkantrieb, insbesondere einen Robotergelenkantrieb, umfassend eine Ausgangswelle, ein auf der Ausgangswelle angeordnetes Ausgangslager mit einem Innenring zur Lagerung der Ausgangswelle, eine Dichtung zur Abdichtung des Gelenkantriebs und ein abtriebsseitiges Gelenkelement.

In Gelenkantrieben von Robotergelenken, also beispielsweise eines Roboterarmes oder Roboterbeines, müssen Axialkräfte, Radialkräfte und Kippmomente durch eine Lagerung von einem Gelenkelement zum Nächsten übertragen werden. Gleichzeitig muss die Lagerung das freie Drehen sowie die Übertragung eines Torsionsmomentes zwischen den Gelenkelementen ermöglichen. Zudem muss zusätzlich das Eindringen von Staub und Wasser in das Gelenk zumindest bis zu einem gewissen Grad verhindert werden.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Gelenke, insbesondere Robotergelenke und Lageranordnungen für die Gelenke bzw. Robotergelenke bekannt. So zeigt die KR 20170143396 A in Figur 1 ein Robotergelenk mit einem Lager und einer Dichtung, wobei die Dichtung auf einer Hülse angeordnet ist, welche den Lagerinnenring axial positioniert.

DE 102005035182 A1 zeigt in Figur 1 ein Planetengetriebe für ein Gelenk mit einem Lager 120B und eine Dichtung 170, wobei die Dichtung auf einem Kragen 168 angeordnet ist. Der Kragen positioniert den Lagerinnenring axial.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgangslageranordnung für einen Gelenkantrieb, insbesondere einen Robotergelenkantrieb, bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen verbessert und insbesondere einen kompakten Aufbau ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.

Demnach ist bei einer erfindungsgemäßen Ausgangslageranordnung vorgesehen, dass das Gelenkelement mittels einer Verklemmvorrichtung axial mit der Ausgangswelle verklemmt ist und die Verklemmvorrichtung des Gelenkelements auch den Innenring des Ausgangslagers axial verklemmt. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau der Ausgangslageranordnung ermöglicht. Durch die Wirkungen der Ausgangslager-Fixierung können im Gelenk zudem Radiallasten, Axiallasten, Kippmomente und Torsionsmomente mit einem einzelnen Lager zuverlässig übertragen werden. Bei dem Gelenkelement kann es sich insbesondere um ein Roboterarm, ein Roboterbein oder ein Glied eines Exoskelettes handeln. In einer besonders kompakten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nur ein einzelnes Ausgangslager zur Lagerung der Ausgangswelle vorgesehen ist. In diesem Fall werden sowohl der Innenring als auch der Außenring des Ausgangslagers radial und axial geführt. Vorzugsweise wird ein Kreuzrollenlager, ein Vierpunktlager oder ein doppelreihiges Schrägkugellager als Ausgangslager eingesetzt. Der Innenring des Ausgangslagers ist bevorzugt in axialer Richtung zwischen dem Gelenkelement und der Ausgangswelle angeordnet. Dadurch wird die gewünschte axiale Fixierung des Innenrings erreicht.

Eine einfache Ausgestaltung kann dadurch erreicht werden, dass als Verklemmvorrichtung mindestens eine Schraube vorgesehen ist. Der Innenring des Ausgangslagers des Robotergelenks wird dann durch dieselbe(n) Schraube(n) axial geklemmt, die auch das Gelenkelement axial an die Ausgangswelle klemmen. Vorzugsweise erstrecken sich die Schrauben durch das Gelenkelement und sind mit der Ausgangswelle verschraubt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in axialer Richtung zwischen dem Innenring des Ausgangslagers und dem Gelenkelement eine Distanzhülse angeordnet ist. Eine axiale Kraft wird somit von dem abtriebsseitigen Gelenkelement über die Distanzhülse und den Lagerinnenring auf die Ausgangswelle übertragen. Es wäre auch vorstellbar, dass die Distanzhülse Bestandteil des Gelenkelements ist.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein auftretendes Drehmoment vollständig mittels eines Reibschlusses über die Distanzhülse und den Innenring des Ausganglagers auf die Ausgangswelle übertragen wird.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Dichtung ein auf der Distanzhülse angeordnetes, die Distanzhülse radial umschließendes Dichtungselement umfasst. Die Außenfläche der Distanzhülse kann dann als Lauffläche für das Dichtungselement ausgebildet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Dichtungselement um eine dynamische Dichtung. Durch diese Ausgestaltung kann die axiale Klemmung des Innenrings des Ausgangslagers mit der Abdichtung des Gelenks und der Torsionsübertragung zwischen den Gelenkelementen kompakt kombiniert werden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass zwischen der Distanzhülse und der Ausgangswelle eine weiteres Dichtungsbauteil angeordnet ist. Hier kann eine statisches Dichtungsbauteil, beispielsweise ein O-Ring eingesetzt werden. Es wird eine einfache und sichere Ausgestaltung erreicht. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Gelenkelement an der Ausgangswelle stirnseitig ausschließlich indirekt oder nur teilweise direkt anliegt.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ausgangswelle an ihrer Stirnseite eine mittige Erhöhung aufweist, das Gelenkelement an der mittigen Erhöhung der Ausgangswelle und an der Distanzhülse anliegt und mindestens zwei Schrauben entlang des Umfangs der Ausgangswelle angeordnet sind. Die mittige Erhöhung ist vorzugsweise zylinderförmig und kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die Stirnseite der Ausgangswelle an ihren Rändern, also kreisringförmig, leicht zurückversetzt ist, beispielsweise um 0,2 mm. Durch die Verschraubung des Gelenkelements mit der Ausgangswelle wird die Distanzhülse gegen das Ausgangslager gepresst und das Ausgangslager fixiert.

Eine gute Drehmomentübertragung und gleichmäßige Lastverteilung kann dadurch erreicht werden, dass ein auftretendes Drehmoment sowohl über die Distanzhülse als auch über die mittige Erhöhung der Ausgangswelle übertragen wird, wobei bevorzugterweise etwa 40-60% des auftretenden Drehmoments über die Distanzhülse und etwa 40-60% des auftretenden Drehmoments über die mittige Erhöhung der Ausgangswelle übertragen werden und besonders bevorzugterweise etwa 50% des auftretenden Drehmoments über die Distanzhülse und etwa 50% des auftretenden Drehmoments über die mittige Erhöhung der Ausgangswelle übertragen werden.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Distanzhülse in axialer Richtung über eine Stirnseite der Ausgangswelle vorsteht, das Gelenkelement an der Distanzhülse anliegt und mindestens zwei Schrauben entlang des Umfangs der Ausgangswelle angeordnet sind. Das Gelenkelement liegt somit nur an der Distanzhülse an, eine Mittelabstützung im Zentrum des Gelenkelements fehlt. Somit kann sich das Gelenkelement wie ein Biegebalken zum Zentrum bzw. zur Längsachse der Ausgangswelle hindurchbiegen. Dadurch wird die Verbindung vorgespannt und die Gefahr eines Lösens der Verschraubung während des Betriebs des Gelenks verringert.

Die Gefahr eines Lösens der Verschraubung während des Betriebs des Gelenks kann dann noch weiter verringert werden, wenn die Distanzhülse in axialer Richtung über eine Stirnseite der Ausgangswelle vorsteht, das Gelenkelement an der Distanzhülse anliegt und mindestens eine Schraube im Zentrum des Gelenkelements angeordnet ist. Auch hier liegt das Gelenkelement nur an der Distanzhülse an. Dadurch wird das Gelenkelement zum Zentrum der Aus- gangswelle. d.h. in Richtung zur Längsachse der Ausgangswelle hin, durchgebogen. Es entsteht ein noch längerer Biegebalken, welcher die Verbindung stärker vorspannt, wodurch die Gefahr eines Lösens der Verschraubung während des Betriebs weiter verringert wird.

Um eine sichere Befestigung der Distanzhülse auf der Ausgangswelle zu ermöglichen, kann ferner vorgesehen sein, dass die Distanzhülse zusätzlich auf die Ausgangswelle aufgepresst oder geklebt oder aufgeschraubt ist.

Eine stabile Ausgestaltung kann dadurch erreicht werden, dass die Distanzhülse aus Stahl ist.

Vorzugsweise ist das Dichtungselement aus Gummi ausgebildet. Da die Distanzhülse aus Stahl ist entsteht wenig Abrieb durch die Reibung an der Gummidichtung.

Eine sichere Abdichtung kann dadurch ermöglicht werden, das Dichtungselement mit zwei in axialer Richtung zueinander beabstandeten Auflagebereichen auf der Distanzhülse aufliegt. Vorzugsweise sind die Auflagebereiche als kreisringförmige Bereiche rund um den Umfang der Distanzhülse ausgebildet.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ausgangswelle aus Stahl ist. Auch hierdurch wird eine stabile Ausgestaltung ermöglicht.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 : Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgangslageranordnung;

Figur 2: Ausgangslageranordnung aus Figur 1 ohne Gelenkelement;

Figur 3: weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgangslageranordnung;

Figur 4: weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgangslageranordnung; und

Figur 5: weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausgangslageranordnung.

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgangslageranordnung 10. Die Ausgangslageranordnung 10 umfasst eine Ausgangswelle 1 und ein mit der Ausgangswelle 1 mittels einer Verklemmvorrichtung verklemmtes Gelenkelement 2. Die Verklemmvorrichtung ist vorzugsweise in Form von mindestens einer Schraube 3 ausgebildet. Das Gelenkelement 2 ist also mittels der mindestens einen Schraube 3 mit der Ausgangswelle 1 verschraubt. Die Ausgangswelle 1 ist mittels eines Ausgangslagers 7 drehbar gelagert. Vorzugsweise erfolgt die Lagerung der Ausgangswelle 1 mittels eines einzelnen Wälzlagers, beispielsweise eines Kreuzrollenlagers, eines Vierpunktlagers oder eines doppelreihigen Schrägkugellagers. Es müssen dann sowohl der Innenring 7.1 als auch der Außenring 7.2 des Ausgangslagers 7 radial und axial geführt werden. Dazu ist vorgesehen, dass axial zwischen dem Innenring 7.1 des Ausgangslagers 7 und dem Gelenkelement 2 eine Distanzhülse 5 angeordnet ist. Über die Distanzhülse 5 wird der Innenring 7.1 des Ausgangslagers 7 mittels des Gelenkelements 2 und der Schraube bzw. Schrauben 3 mit der Ausgangswelle 1 verspannt bzw. verklemmt. Somit ist eine axiale Kraft von dem abtriebsseitigen Gelenkelement 2 über die Distanzhülse 5 und den Lagerinnenring 7 auf die Ausgangswelle 1 übertragbar. Alternativ wäre es auch möglich, den Lagerinnenring direkt über das Gelenkelement mit der Ausgangswelle zu verspannen. Es wäre auch denkbar, dass die Distanzhülse integral mit dem Gelenkelement ausgebildet ist. Auf der Distanzhülse 5 ist ein Dichtungselement 6 angeordnet, dass die Distanzhülse 5 radial umschließt und die Lagerschnittstelle abdichtet. Das Dichtungselement 6 weist vorzugsweise 2 Auflagebereiche 18 aus, mit denen es auf der Distanzhülse 5 aufliegt. Die Auflagebereiche 18 sind vorzugsweise als kreisringförmige Bereiche ausgebildet. Die Außenfläche der Distanzhülse 5 ist somit als Lauffläche für das dynamische Dichtungselement 6 ausgebildet. Die Distanzhülse 5 steht axial in Richtung des Gelenkelement 2 über die Stirnseite 11 der Ausgangswelle 1 hinaus. Dadurch liegt das Gelenkelement 2 sowohl an der Distanzhülse 5 als auch an zumindest einem Teilbereich der Ausgangswelle 1 an. Zwischen der Distanzhülse 5 und der Ausgangswelle 1 ist ein weiteres Dichtungsbauteil 4 angeordnet. Dazu ist in der Distanzhülse 5 eine Nut 12 vorgesehen, in der das weitere Dichtungsbauteil 4 angeordnet ist. Das weitere Dichtungsbauteil 4 ist vorzugsweise als O-Ring ausgebildet. Eine Torsion zwischen der Ausgangswelle 1 und dem Gelenkelement 2 wird zum einen über einen Reibschluss zwischen dem Gelenkelement 2 und der Ausgangswelle 1 sowie zum anderen über einen Reibschluss zwischen Gelenkelement 2 und Distanzhülse 5, Distanzhülse 5 und Innenring 7.1 des Ausgangslagers 7 und Innenring 7.1 des Ausgangslagers 7 und der Ausgangswelle 1 übertragen. Es können somit in vorteilhafter und kompakter Weise folgende Funktionen mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen ausgeführt werden: Fixierung des Ausgangslagers 7, Abdichten des Gelenks bzw. der Ausgangslageranordnung 10 mittels einem dynamischen Dichtungselements 6 und Übertragung des Torsi- onsmoments. Durch die Wirkungen der Fixierung des Ausgangslagers 7 können im Gelenk Radiallasten, Axiallasten, Kippmomente und Torsionsmomente mit einem einzelnen Lager zuverlässig übertragen werden.

Figur 2 zeigt die Ausgangslageranordnung 10 aus Fig. 1 ohne das Gelenkelement. Die Ausgangswelle 1 weist an ihrer Stirnseite 11 eine mittige Erhöhung 13 auf. Vorzugsweise ist die mittige Erhöhung 13 zylindrisch und dadurch ausgebildet, dass die Ausgangswelle 1 entlang ihres Umfangs leicht zurückversetzt ausgebildet ist, beispielsweise um 0,2 mm. In diesem zurückversetzten Bereich sind in der Ausgangswelle 1 Bohrungen 14 ausgebildet. In diesen Bohrungen 14 werden die Schrauben aufgenommen, mit denen das Gelenkelement mit der Ausgangswelle 1 verschraubt ist. Zudem kann mindestens ein Loch 15 ausgehend von der Stirnseite 11 in der Ausgangswelle 1 ausgebildet sein. In diesem Loch 15 ist ein Stift 16 aufgenommen, der zur Fixierung des Gelenkelements an der Ausgangswelle 1 dient. Die Distanzhülse 5 ist vorzugsweise aus Stahl ausgebildet, die Ausgangswelle 1 vorzugsweise aus Aluminium. Die Distanzhülse 5 kann zusätzlich auf die Ausgangswelle 1 aufgepresst oder geklebt oder aufgeschraubt sein. Es wäre auch denkbar, dass die Distanzhülse und die Ausgangswelle aus dem gleichen Material, insbesondere aus Stahl bestehen. Das Dichtungselement 6 ist vorzugsweise aus Gummi und läuft auf der Distanzhülse 5. Wenn die Distanzhülse 5 aus Stahl ausgebildet ist entsteht durch die Reibung an der Gummidichtung weniger Abrieb als beispielsweise auf einem Aluminiumbauteil. Die Distanzhülse 5 steht in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse L Ausgangswelle 1 , leicht über die Stirnseite 11 der Ausgangswelle 1 vor.

Das Ringelement 8 wird vorzugsweise über ein Feingewinde in den Lagerdeckel 9 eingedreht und fixiert den oberen Teil, also den Außenring 7.2 des Ausgangslagers 7.

In den Figuren 3, 4 und 5 werden nun verschiedene Ausführungsformen zur Befestigung des Gelenkelements 2 an der Ausgangswelle 1 beschrieben.

In Figur 3 ist eine erste Ausführungsform zur Befestigung des Gelenkelements 2 an der Ausgangswelle 1 gezeigt. Die Ausgangswelle 1 weist die oben beschriebene mittige Erhöhung 13 auf, an der das Gelenkelement 2 mit einem mittigen Bereich anliegt. Zudem ragt die Distanzhülse 5 axial in Richtung der Längsachse L der Ausgangswelle 1 über die Stirnseite 11 der Ausgangswelle 1 hinaus. Das Gelenkelement 2 liegt daher auch an der Distanzhülse 5 an, beispielsweise mit einem äußeren Bereich. Hierzu kann in dem Distanzelement 2 eine Schulter 17 ausgebildet sein. Die Schrauben 3, welche das Gelenkelement 2 axial an die Ausgangswelle 1 klemmen sind entlang des Umfangs an der Ausgangswelle 1 angeordnet. In dieser Ausfüh- rungsform wird ein Teil eines auftretenden Drehmoments von dem Gelenkelement 2 auf die Distanzhülse 5 und ein anderer Teil des auftretenden Drehmoments von dem Gelenkelement 2 auf die mittige Erhöhung 13 der Ausgangswelle 1 übertragen. Bevorzugterweise kann vorgesehen sein, dass etwa 40-60% des auftretenden Drehmoments über die Distanzhülse 5 und etwa 40- 60% des auftretenden Drehmoments über die mittige Erhöhung 13 der Ausgangswelle 1 übertragen werden und besonders bevorzugterweise etwa 50% des auftretenden Drehmoments über die Distanzhülse 5 und etwa 50% des auftretenden Drehmoments über die mittige Erhöhung 13 der Ausgangswelle 1 übertragen werden.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform zur Befestigung des Gelenkelements 2 an der Ausgangswelle 1. In diesem Fall ist an der Stirnseite der Ausgangswelle 1 keine Erhöhung ausgebildet. Das Gelenkelement 2 liegt somit nur an der Distanzhülse 5 an. Eine Mittelabstützung im Zentrum des Gelenkelements 2 fehlt. Auch hier kann in dem Gelenkelement 2 eine Schulter 17 ausgebildet sein, mit dem das Gelenkelement 2 an der Distanzhülse 5 angelegt. Die Bohrungen 14 sind entlang des Umfangs in der Ausgangswelle 1 ausgebildet, sodass die Schrauben 3 ebenfalls entlang des Umfangs der Ausgangswelle 1 angeordnet sind. Somit kann sich das Gelenkelement 2 wie ein Biegebalken zum Zentrum der Ausgangswelle 1 hindurchbiegen. Durch diese Ausgestaltung des Gelenkelements 2 als Biegebalken wird die Schraubverbindung vorgespannt und die Gefahr, dass sich die Schraubverbindung während des Betriebs des Gelenks löst, wird verringert.

Figur 5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform zur Befestigung des Gelenkelements 2 an der Ausgangswelle 1. Auch in dieser Ausführungsform weist die Ausgangswelle 1 keine mittige Erhöhung an der Stirnseite auf. Das Gelenkelement 2 liegt wiederum nur an der Distanzhülse 5 an. Dazu weist das Gelenkelement 2 eine Schulter 17 auf, mit der es an der Distanzhülse 5 anliegt. Mindestens eine Bohrung 14 ist mittig, beispielsweise auf der Längsachse L der Ausgangswelle 1 liegend in der Ausgangswelle 1 ausgebildet. Somit ist die Schraube 3 im Zentrum des Gelenkelement 2 angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Schrauben im Zentrum des Gelenkelements angeordnet sind und somit auch mehrere Bohrungen im Zentrum der Ausgangswelle ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform wird durch das Gelenkelement 2 ein gegenüber der Ausführungsform aus Fig. 4 längerer Biegebalken ausgebildet, welche die Schraubverbindung zwischen dem Gelenkelement 2 und der Ausgangswelle 1 stärker vorspannt, wodurch die Gefahr, dass sich die Schraubverbindung zwischen dem Gelenkelement 2 und der Ausgangswelle 1 während des Betriebs des Gelenkes löst, noch weiter verringert wird. Bezugszeichenliste

1 Ausgangswelle

2 Gelenkelement

3 Schraube

4 Dichtungsbauteil

5 Distanzhülse

6 Dichtungselement

7 Ausgangslager

7.1 Innenring Ausgangslager

7.2 Außenring Ausgangslager

8 Ringelement

9 Lagerdeckel

10 Ausgangslageranordnung

11 Stirnseite Ausgangswelle

12 Nut

13 mittige Erhöhung

14 Bohrung

15 Loch

16 Stift

17 Schulter

18 Auflagebereich

L Längsachse Ausgangswelle