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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Getriebevorrichtung
mit wellenartiger Bewegung bzw. Wellengetriebevorrichtung mit einem
Dehungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus und betrifft im Spezielleren
eine Wellengetriebevorrichtung mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus,
bei der die Lebensdauer von an dem flexiblen außenverzahnten Zahnrad bzw.
Außenzahnrad
der Vorrichtung angebrachten Dehnungsmessern verbessert ist.
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Ein
bekanntes Beispiel für
eine Wellengetriebevorrichtung ist eine Vorrichtung vom Zylinderhut-Typ,
und dieser Typ einer Wellengetriebevorrichtung weist ein kreisförmiges,
starres innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad und ein flexibles
außenverzahntes
Zahnrad bzw. Außenzahnrad
mit Zylinderhutform auf, das (teilweise) im Inneren des starren Innenzahnrads
angeordnet ist. Das flexible Außenzahnrad
wird durch einen elliptischen Wellengenerator in eine elliptische
Form gebogen und befindet sich an den beiden Endbereichen entlang
der Hauptachsenrichtung der Ellipsenform in Eingriff mit dem starren
Innenzahnrad. Wenn der Wellengenerator durch einen Motor oder dergleichen
gedreht wird, bewegen sich die in Eingriff stehenden Bereiche der
beiden Zahnräder
in Umfangsrichtung. Da die Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen
den beiden Zahnrädern
2n beträgt
(wobei n eine positive ganze Zahl ist), wobei diese Anzahl normalerweise
2 beträgt, wird
eine relative Rotationsbewegung zwischen den beiden Zahnrädern nach
Maßgabe
der Differenz in der Anzahl von Zähnen erzeugt. Durch Festlegen
von einem der Zahnräder
in seiner Position lässt
sich ein Ausgangsdrehmoment abnehmen, das gegenüber dem anderen Zahnrad stark
reduziert ist.
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Ein
bekanntes Beispiel eines Mechanismus zum Messen des von der Wellengetriebevorrichtung mit
dieser Konstruktion übertragenen
Drehmoments ist ein Drehmomentdetektionsmechanismus, bei dem Dehnungsmesser
an der Oberfläche
des flexiblen Außenzahnrads
angebracht sind und das übertragene
Drehmoment auf der Basis des Ausgangswerts der Dehnungsmesser gemessen
wird. Das flexible Außenzahnrad
wird durch den elliptischen Wellengenerator wiederholt radial gebogen.
Dadurch werden Verbindungsanschlüsse,
mit denen Leitungsdrähte an
den an der Oberfläche
des Außenzahnrads
angebrachten Dehnungsmessern verbunden sind, in daraus resultierender
Weise wiederholt gebogen. Wenn der mit den Leitungsdrähten verbundene
Bereich wiederholt gebogen wird, besteht die Wahrscheinlichkeit
eines Drahtbruches in diesem Bereich. Dies führt zu dem Problem einer schlechten
Lebensdauer des an der Wellengetriebevorrichtung angebrachten Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus.
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Zum
Lösen dieses
Problems wird in der JP-A-2000-320622 vorgeschlagen, die Verbindungsanschlüsse der
Dehnungsmesser an einer Verdickung des flexiblen Außenzahnrads
anzubringen. Bei der Verdickung handelt es sich um einen Bereich zum
Verbinden des flexiblen Außenzahnrads
mit anderen Elementen, und somit ist diese dick ausgebildet sowie
frei von einer großen
elastischen Verformung, wie diese bei der Membran des flexiblen
Außenzahnrads
wiederholt auftritt. Somit können
die nachteiligen Effekte eines Bruches der Leitungsdrähte vermieden
werden.
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Wie
in 3 gezeigt ist, weist
ein typisches, nicht erfindungsgemäßes zylinderhutförmiges,
flexibles Außenzahnrad 100 einen
ringförmigen
bzw. zylindrischen Körper 101,
eine ringförmige
Membran 102, die sich von einem Ende des Körpers 101 nach
außen
erstreckt, sowie eine ringförmige
Verdickung 103 auf. Die Verdickung 103 ist an
einem äußeren Ende der
Membran 102 in integraler Weise ausgebildet, so dass ihre
Endfläche 103a in
eine Endfläche 102a der Membran 102 übergeht,
die ihrerseits in die Außenumfangsfläche des
Körpers 101 übergeht.
Oder mit anderen Worten: Die Endflächen 103a und 102a weisen
zur derjenigen Axialseite von der Membran 102, wo sich
die Außenverzahnung
des Außenzahnrads 100 befindet.
Ein Dehnungsmesser 105 ist an den Oberflächen 102a und 103a des
Außenzahnrads 100 derart
angebracht, dass sein Widerstandsdrahtbereich 105a sich
auf der Membranseite befindet und sein Verbindungsanschluss 105b sich
auf der Verdickungsseite befindet.
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Obwohl
die Stirnfläche 103a der
Verdickung eine ebene Oberfläche
ist, die zu der zentralen Achslinie 100a des flexiblen
Außenzahnrads 100 senkrecht
ist, ist die Stirnfläche 102a der
Membran 102 in Bezug auf die Stirnfläche 103a leicht geneigt.
Aus diesem Grund muss der Dehnungsmesser 105 an den Oberflächen 102a und 103a über den
gekrümmten
Grenzbereich zwischen ihnen hinweg angebracht werden. Das Anbringen
des Dehnungsmessers 105 an einer gekrümmten Oberflächen ist
nicht einfach. Ferner ist die Anbringung nicht sehr zuverlässig, wobei
dies dazu führen
kann, dass der Drehmomentdetektionsmechanismus eine geringere Lebensdauer hat.
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Zum
Lösen der
vorstehenden sowie weiterer Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung in der Schaffung einer Wellengetriebevorrichtung, die
einen Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus mit hoher Lebensdauer
hat.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Wellengetriebevorrichtung, wie sie im Anspruch
1 angegeben ist.
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Eine
Wellengetriebevorrichtung mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist Folgendes auf:
Ein starres Innenzahnrad;
ein
flexibles Außenzahnrad;
einen
Wellengenerator zum radialen Biegen des flexiblen Außenzahnrads,
um dieses in partiellen Eingriff mit dem starren Innenzahnrad zu
bringen und um die in Eingriff befindlichen Stellen der Zahnräder in Umfangsrichtung
zu bewegen, um eine relative Rotationsbewegung der beiden Zahnräder zu erzeugen;
und
einen Drehmomentdetektor, der an dem flexiblen Außenzahnrad
angebrachte Dehnungsmesser und mit den Dehnungsmessern verbundene
Leitungsdrähte aufweist,
um über
das flexible Außenzahnrad übertragenes
Drehmoment zu detektieren;
wobei das flexible Außenzahnrad
einen zylindrischen Körper,
eine ringförmige
Membran, die sich von einem Ende des Körpers radial nach außen erstreckt, eine
an einem äußeren Umfangsrand
der Membran ausgebildete ringförmige
Verdickung sowie eine Außenverzahnung
aufweist, die auf einem äußeren Umfangsflächenbereich
an dem anderen Ende des Körpers
ausgebildet ist;
wobei die Membran und die Verdickung ineinander übergehende
Endflächen
aufweisen, wobei Randbereiche von diesen ebene Oberflächen sind,
die in einer gemeinsamenen Ebene liegen;
wobei jeder der Dehnungsmesser
einen Widerstandsdrahtbereich für
die Drehmomentdetektion sowie einen Verbindungsanschluss zum Verbinden
des Widerstandsdrahtbereichs mit Leitungsdrähten aufweist;
wobei der
Verbindungsanschluss an der Endfläche, die den Randbereich einschließt, auf
der Verdeckungsseite angebracht ist; und
wobei der Widerstandsdrahtbereich
zumindest an dem Randbereich auf der Membranseite angebracht ist.
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Die
genannte Endfläche
der Membran, an der der Dehnungsmesser angebracht ist, ist vorzugsweise
eine Endfläche,
die zu der der Außenverzahnung
entgegengesetzten Axialseite weist bzw. die abbiegend in die Innenumfangsfläche des
zylindrischen Körpers übergeht.
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Bei
der Wellengetriebevorrichtung mit einem zylinderhutförmigen flexiblen
Außenzahnrad
gemäß der vorliegenden
Erfindung handelt es sich bei den Randbereichen der Verdickung und
der Membran des flexiblen Außenzahnrads
um ebene Oberflächenbereiche
in der gleichen Ebene, wobei die Verbindungsanschlüsse der
Dehnungsmesser für
die Drehmomentdetektion an dem ebenen Oberflächenbereich auf der Verdickungsseite
angebracht sind und die Widerstandsdrahtbereiche an dem ebenen Oberflächenbereich
auf der Membranseite angebracht sind. Somit sind die mit den Leitungsdrähten verbundenen
Verbindungsanschlüsse
auf der starren Verdickungsseite angebracht, so dass Situationen verhindert
werden, in denen diese Bereiche wiederholt elastischer Verformung
ausgesetzt werden und die Drähte
zum Brechen gebracht werden. Da ferner die Randbereiche der Verdickung
und der Membran, an denen die Dehnungsmesser angebracht sind, eine
ebene Oberfläche
bilden, die in der gleichen Ebene liegt, lassen sich die Dehnungsmesser
einfach und zuverlässig
anbringen, was die Zuverlässigkeit
der Anbringung verbessert. Auf diese Weise lässt sich eine eine äußerst hohe
Lebensdauer aufweisende Wellengetriebevorrichtung mit einem Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus
schaffen.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht unter Darstellung
einer Wellengetriebevorrichtung mit einem Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2(a) eine Längsschnittansicht
unter Darstellung eines zylinderhutförmigen, flexiblen Außenzahnrads
der 1;
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2(b) eine vergrößerte partielle
Schnittdarstellung eines Bereichs, an dem die Dehnungsmesser angebracht
werden;
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3(a) eine Längsschnittansicht
unter Darstellung eines typischen, nicht erfindungsgemäßen zylinderhutförmigen,
flexiblen Außenzahnrads;
und
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3(b) eine vergrößerte, partielle
Schnittdarstellung eines Bereichs, an dem die Dehnungsmesser der
Vorrichtung der 3(a) angebracht sind.
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Eine
Wellengetriebevorrichtung mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert.
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1 zeigt eine schematische
Längsschnittansicht
unter Darstellung eines Beispiels einer Wellengetriebevorrichtung
vom Zylinderhut-Typ gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Wellengetriebevorrichtung 1 des vorliegenden
Beispiels besitzt eine hohle Eingangswelle 2, eine ringförmige Endplatte 4 mit
großem
Durchmesser zum drehbaren Abstützen eines
linken Bereichs der hohlen Eingangswelle 2 am inneren Umfangsrandbereich
der Endplatte 4 über ein
Lager 3, sowie eine ringförmige Endplatte 6 mit kleinem
Durchmesser zum drehbaren Abstützen
eines rechten Bereichs der hohlen Eingangswelle 2 im inneren
Umfangsrandbereich der Endplatte 6 über ein Lager 5. Zwischen
der Endplatte 4 mit großem Durchmesser und der Endplatte 6 mit
kleinem Durchmesser befindet sich – in einer Richtung einer Vorrichtungsachslinie 1a – koaxial
ein Kreuzrollenlager 7 zum Abstützen der Endplatte 4 mit
großem
Durchmesser und der Endplatte 6 mit kleinem Durchmesser
in einer derartigen Weise, dass sie relativ zueinander drehbar sind.
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Ein
ringförmiges,
starres innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad 10 ist
koaxial zwischen einer rechten kreisförmigen Endfläche eines
inneren Rings 71 des Kreuzrollenlagers 7 und einem
linken ringförmigen
Endflächenbereich 6a der
Endplatte 6 mit kleinem Durchmesser gehalten, wobei diese
drei Elemente in diesem Zustand durch Befestigungsschrauben 8 aneinander
befestigt und festgelegt sind. Ein zylinderhutförmiges flexibles, außenverzahntes
Zahnrad bzw. Außenzahnrad 20 ist
koaxial und teilweise im Inneren des starren Innenzahnrads 10 angeordnet.
Das flexible Außenzahnrad 20 besitzt einen
zylindrischen Körper 21,
eine ringförmige Membran 22,
die sich von einem Ende (dem linken Ende bei dem vorliegenden Beispiel)
des Körpers 21 radial
nach außen
erstreckt, eine ringförmige
Verdickung 23, die in sich anschließender Weise in integraler
Weise an einem äußeren Umfangsende
der Membran 22 ausgebildet ist, sowie eine Außenverzahnung 24,
die auf einem Außenumfangsflächenbereich
an dem anderen Ende (dem rechten Ende) des Körpers 21 ausgebildet
ist. Die Außenverzahnung 24 ist
der Innenverzahnung 11 des starren Innenzahnrads 10 gegenüberliegend
angeordnet. Die Verdickung 23 ist eine Verdickung in axialer
Richtung.
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Alternative
könnte
man die Begriffsbildung auch so vornehmen, dass der zylindrische
Körper 21, ausgenommen
den Bereich mit der Außenverzahnung,
zu der Membran 22 zugerechnet wird, weil er ja wie die
Membran 22 dünnwandig
ausgebildet ist.
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Die
Verdickung 23 des flexiblen Außenzahnrads 20 ist
zwischen einem rechten ringförmigen Endflächenbereich 4a der
Endplatte 4 mit großem Durchmesser
und einer linken ringförmigen
Endfläche
eines äußeren Rings 72 des
Kreuzrollenlagers 7 gehalten, wobei diese drei Elemente
in diesem Zustand durch Befestigungsschrauben 9 aneinander befestigt
und festgelegt sind. Somit sind das an dem inneren Ring 71 des
Kreuzrollenlagers 7 angebrachte starre Innenzahnrad 10 und
das an dem äußeren Ring 72 angebrachte
flexible Außenzahnrad 20 durch
das Kreuzrollenlager 7 in einer derartigen Weise abgestützt, dass
sie relativ zueinander drehbar sind.
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Die
hohle Eingangswelle 2 ist auf ihrem Außenumfangsflächenbereich
an der Stelle, an der die Außenverzahnung 24 gegenüberliegt,
mit einem elliptisch konturierten Exzenterbereich 31 in
integraler Weise ausgebildet. Ein Wellenbewegungslager bzw. Wellenlager 32,
das flexible Ringe aufweist, ist an einer Außenumfangsfläche des
Exzenterbereichs 31 angebracht. Der Exzenterbereich 31 und
das Wellenlager 32 bilden zusammen einen Wellenbewegungsgenerator
bzw. Wellengenerator 30. Das flexible Außenzahnrad 20 wird
durch den Wellengenerator 30 in dem Bereich, in dem die
Außenverzahnung 24 ausgebildet
ist, elliptisch gebogen sowie mit der Innenverzahnung 10 an
beiden Enden in einer Richtung der Hauptachse der Ellipsenform des
Außenzahnrads
in Eingriff gebracht.
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Beispielsweise
ist der linke Endbereich der hohlen Eingangswelle 2 mit
einem Motor oder einer anderen derartigen Rotationsquelle verbunden,
die an der Endplatte 4 mit großem Durchmesser fixierte Seite
des Außenzahnrads 20 ist
an einem Element auf der feststehenden Seite (nicht gezeigt) fixiert,
und die an der Endplatte 6 mit kleinem Durchmesser festgelegte
Seite des starren Innenzahnrads 10 ist mit einer Lastseite
(nicht gezeigt) verbunden. Wenn sich die hohle Eingangswelle 2 dreht,
dreht sich auch der darauf ausgebildete Wellengenerator 30 in
integraler Weise, und die miteinander in Eingriff stehenden Bereiche
der Zahnräder 10 und 20 bewegen
sich in Umfangsrichtung. Als Ergebnis hiervon wird eine im Vergleich
zu der Eingangsrotationsbewegung stark reduzierte relative Rotationsbewegung
zwischen den Zahnrädern 10 und 20 in
Abhängigkeit
von der Differenz bei der Anzahl von Zähnen der beiden Zahn räder erzeugt,
so dass das starre Innenzahnrad 10, das mit der Lastseite
verbunden ist, mit einer reduzierten Drehzahl rotationsmäßig bewegt
wird.
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Die
Wellengetriebevorrichtung 1 mit der vorstehend beschriebenen
Konstruktion besitzt einen Dehnungsmesser-Drehmomentdetektor 40 mit
einer Mehrzahl von Dehnungsmessern 41, die an dem flexiblen
Außenzahnrad 20 angebracht
sind, eine gedruckte Schaltungsplatte 42 mit einem gedruckten Verbindungsmuster
von Leitungsdrähten,
die aus den Dehnungsmessern 41 heraus geführt sind,
sowie einen äußeren Ausgangsdraht 43,
der mit der gedruckten Schaltungsplatte 42 verbunden ist.
Der äußere Ausgangsdraht 43 ist
durch die Endplatte 4 mit großem Durchmesser von deren Außenumfangsfläche nach
außen
geführt.
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2(a) zeigt eine Längsschnittansicht
zur Erläuterung
des flexiblen Außenzahnrads 20,
und 2(b) zeigt eine
vergrößerte partielle
Schnittdarstellung eines Bereichs desselben, an dem die Dehnungsmesser
angebracht sind. Die Verdickung 23 ist in integraler Weise
an dem Außenumfangsrand
der Membran 22 ausgebildet, so dass eine linke Endfläche 23a der
Verdickung 23 in eine linke Endfläche 22a der Membran 22 übergeht,
wobei die Endfläche 22a abbiegend
in eine innere Umfangsfläche 21a des Körpers 21 des
flexiblen Außenzahnrads 20 übergeht.
Ferner weisen die linke Endfläche 22a der Membran 22 und
die linke Endfläche 23a der
Verdickung 23 Randflächenbereiche
auf, die einen ebenen Oberflächenbereich
bilden. Genauer gesagt sind diese Grenzflächenbereiche in der gleichen
Ebene angeordnet, die zu der Vorrichtungsaxiallinie 1a rechtwinklig
ist. Die Randflächenbereiche
gehen unmittelbar ineinander über
bzw. sind fluchtend mit einander verbunden. Die Dehnungsmesser 41 sind
derart angebracht, dass sie sich über die Grenze A zwischen den
linken Endflächen 22a und 23a hinweg
erstrecken. Genauer gesagt sind die Verbindungsanschlüsse 41a zum
Bilden einer Verbindung mit den Leitungsdrähten der Dehnungsmesser 41 an
der Endfläche 23a auf
der Verdickungsseite angebracht, die frei von elastischer Verformung
ist, und die damit verbundenen Widerstandsdrahtbereiche 41b erstrecken
sich von der Endfläche 23a auf
der Verdickungsseite über
die Grenze A hinweg zu der Endfläche 22a auf
der Membranseite und sind auf deren Oberfläche angebracht.
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Bei
der Wellengetriebevorrichtung 1 mit dieser Konfiguration
weisen die Endfläche 23a der
Verdickung 23 des zylinderhutförmigen flexiblen Außenzahnrads 20 und
die Endfläche 22a der
Membran 22 Rand-lächenbereiche
auf, die eine ebene Oberfläche bilden.
Die Dehnungsmesser 41 für
die Drehmomentdetektion sind an diesen ebenen Oberflächenbereichen
angebracht. Auch die Verbindungsanschlüsse 41a für die Zuleitungen
in den Dehnungsmessern 41 sind an dem ebenen Oberflächenbereich auf
der Verdickungsseite angebracht, und die Widerstandsdrahtbereiche 41b sind
derart angebracht, dass sie sich über die ebenen Oberflächenbereiche auf
der Verdickungsseite sowie auf der Membranseite erstrecken. Im Gegensatz
zu einem Fall, in dem die Dehnungsmesser an einem gekrümmten oder gebogenen
Oberflächenbereich
angebracht sind, können
die Dehnungsmesser somit in einfacher und zuverlässiger Weise angebracht werden,
so dass eine Verringerung der Zuverlässigkeit aufgrund eines Abschälens oder
dergleichen vermieden werden kann. Ferner sind die mit den Zuleitungen
verbundenen Verbindungsanschlüsse
an der Verdickungsseite angebracht, wodurch Situationen verhindert
werden, in denen diese Bereiche wiederholt elastischer Verformung
ausgesetzt werden und es zu einem Bruch der Drähte kommt. Auf diese Weise
lässt sich
eine eine äußerst hohe
Lebensdauer aufweisende Wellengetriebevorrichtung mit einem Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus
erzielen.