DE102004041394A1 - Wellengetriebevorrichtung mit Drehmomentdetektionsmechanismus - Google Patents

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Abstract

Bei einer Wellengetriebevorrichtung (1) mit einem Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus weist ein zylinderhutförmiges Außenzahnrad (20) eine Endfläche an seinem Verdickungsbereich sowie eine Endfläche an seinem Membranbereich auf, wobei diese Endflächen (22a, 23a) ebene Oberflächen sind, die in der gleichen Ebene angeordnet sind. Dehnungsmesser (41) sind an diesen ebenen Oberflächen derart angebracht, dass Widerstandsdrahtbereiche (41b) von diesen an der Endfläche (22a) auf der Membranseite angebracht sind und Verbindungsanschlüsse von diesen an der Endfläche (23a) auf der Verdickungsseite angebracht sind. Da die Dehnungsmesser (41) an den ebenen Oberflächen angebracht sind, ist die Anbringung in einfacher Weise möglich und zuverlässiger. Drahtbruch sowie andere derartige Nachteile treten nicht auf, da die an der Verdickungsseite angebrachten Verbindungsanschlüsse keiner wiederholten Verformung ausgesetzt wurden. Als Ergebnis hiervon wird die Lebensdauer des Drehmomentdetektionsmechanismus verbessert.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Wellengetriebevorrichtung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Längsschnittansicht unter Darstellung einer Wellengetriebevorrichtung mit einem Dehnungsmesser-Drehmomentdetektionsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2(a) eine Längsschnittansicht unter Darstellung eines zylinderhutförmigen, flexiblen Außenzahnrads der 1;
  • 2(b) eine vergrößerte partielle Schnittdarstellung eines Bereichs, an dem die Dehnungsmesser angebracht werden;
  • 3(a) eine Längsschnittansicht unter Darstellung eines typischen, nicht erfindungsgemäßen zylinderhutförmigen, flexiblen Außenzahnrads; und
  • 3(b) eine vergrößerte, partielle Schnittdarstellung eines Bereichs, an dem die Dehnungsmesser der Vorrichtung der 3(a) angebracht sind.
  • Eine Wellengetriebevorrichtung mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Wellengetriebevorrichtung (1) mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus, aufweisend: Ein starres Innenzahnrad (10); ein flexibles Außenzahnrad (20); einen Wellengenerator (30) zum radialen Biegen des flexiblen Außenzahnrads (20), um dieses in partiellen Eingriff mit dem starren Innenzahnrad (10) zu bringen und um in Eingriff befindliche Stellen der Zahnräder in Umfangsrichtung zu bewegen, um eine relative Rotationsbewegung der beiden Zahnräder zu erzeugen; und einen Drehmomentdetektor (40), der an dem flexiblen Außenzahnrad (20) angebrachte Dehnungsmesser (41) und mit den Dehnungsmessern (41) verbundene Leitungsdrähte aufweist, um über das flexible Außenzahnrad (20) übertragenes Drehmoment zu detektieren; wobei das flexible Außenzahnrad (20) einen zylindrischen Körper (21), eine ringförmige Membran (22), die sich von einem Ende des Körpers (21) radial nach außen erstreckt, eine an einem äußeren Umfangsrand der Membran (22) ausgebildete ringförmige Verdickung (23) sowie eine Außenverzahnung (24) aufweist, die auf einem äußeren Umfangsflächenbereich an dem anderen Ende des Körpers (21) ausgebildet ist; wobei die Membran (22) und die Verdickung (23) ineinander übergehende Endflächen aufweisen, wobei zumindest Randbereiche von diesen ebene Oberflächen (22a, 23a) sind, die in einer gemeinsamenen Ebene liegen; wobei jeder der Dehnungsmesser (41) einen Widerstandsdrahtbereich (41b) für die Drehmomentdetektion sowie einen Verbindungsanschluss (41a) zum Verbinden des Widerstandsdrahtbereichs (41b) mit Leitungsdrähten aufweist; wobei der Verbindungsanschluss (41a) an der Endfläche, die den Randbereich einschließt, auf der Verdickungsseite angebracht ist; und wobei der Widerstandsdrahtbereich (41b) zumindest an dem Randbereich auf der Membranseite angebracht ist.
  2. Wellengetriebevorrichtung mit einem Drehmomentdetektionsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Endfläche der Membran, an der die Dehnungsmesser (41) angebracht sind, um eine Fläche handelt, die zu der Außenverzahnung (24) entgegengesetzten Axialseite weist.
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