DE10222695B4

DE10222695B4 - Schmierfreie Wellengetriebevorrichtung

Info

Publication number: DE10222695B4
Application number: DE10222695.4A
Authority: DE
Inventors: Masaru Kobayashi
Original assignee: Harmonic Drive SE; Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive SE; Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: US20020174741A1; DE10222695A1; JP4807689B2; JP2002349645A; US6615689B2

Abstract

Wellengetriebevorrichtung (1) mit geringem Gewicht, die folgendes aufweist: ein ringförmiges, starres Innenzahnrad (2); ein ringförmiges, flexibles Außenzahnrad (3); und einen Wellengenerator (4) zum Biegen des Außenzahnrads (3) in Radialrichtung, um dieses in partiellen Eingriff mit dem Innenzahnrad (2) zu bringen, und zum Bewegen der miteinander in Eingriff tretenden Teile des Innenzahnrads (2) und des Außenzahnrads (3) in Umfangsrichtung, wobei das Innenzahnrad (2) aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit oder aus einer Kupferlegierung gebildet ist, wobei das Außenzahnrad (3) aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl gebildet ist, wobei das Innenzahnrad (2) auf Verzahnungsflächen desselben durch stromlose Plattierung mit einem Plattierungsüberzug (101) aus einem harten Material sowie mit einem DLC-Überzug (102) (einem Überzug mit diamantartigem Kohlenstoff) ausgebildet ist, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf eine Oberfläche des Plattierungsüberzugs (101) auflaminiert ist, und wobei das Außenzahnrad (3) auf Verzahnungsflächen desselben durch einen bei niedriger Temperatur stattfindenden DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug (103) ausgebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine schmierfreie Getriebevorrichtung mit wellenartiger Bewegung bzw. Wellengetriebevorrichtung.
2. Einschlägiger Stand der Technik
Eine Wellengetriebevorrichtung beinhaltet normalerweise ein ringförmi- ges, starres, innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad, ein flexibles außenverzahntes Zahnrad bzw. Außenzahnrad, das ringförmig ausgebildet ist und im Inneren des starren Innenzahnrads angeordnet ist, sowie einen Wellengenerator, der in das Innere des flexiblen Außenzahnrads gepasst ist. Der Wellengenerator ist gebildet aus einem starren Wellengetriebe-Einsatz mit elliptischem Umriss sowie einem Wellengetriebe-Lager, das auf eine Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes gepasst ist, so dass das flexible Außenzahnrad in eine elliptische Form gebogen wird und die Außenverzahnung desselben, die an beiden Enden der Hauptachse der Ellipsenform angeordnet ist, mit der Innenverzahnung des starren Innenzahnrads kämmt.
Wenn der Wellengenerator durch einen Motor oder dergleichen rotationsmäßig bewegt wird, bewegen sich die miteinander in Eingriff stehenden Teile der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung. Da eine Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen dem Außenzahnrad und dem Innenzahnrad vorhanden ist, entsteht eine relative Rotation zwischen den Zahnrädern gemäß der Differenz in der Anzahl von Zähnen. Typischerweise beträgt die Differenz in der Anzahl von Zähnen zwei und ist das starre Innenzahnrad an einem Vorrichtungsgehäuse oder dergleichen angebracht, so dass ein Ausgangsdrehmoment mit beträchtlich verminderter Drehzahl aufgrund der Differenz in der Anzahl von Zähnen von dem flexiblen Außenzahnrad abgenommen werden kann.
Bei einer Wellengetriebevorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird ein Schmiermittel den miteinander in Eingriff tretenden Verzahnungsteilen beider Zahnräder, zwischen dem Außenzahnrad und dem Wellengenerator vorhandenen Gleitreibungsteilen sowie Gleitreibungsteilen des Wellengetriebe- Lagers des Wellengenerators zugeführt. Beispiele für Schmiermechanismen für derartige Teile sind in den Dokumenten JP-A 09-250609 , JP-A 09-250610 und JP-A 09-250611 offenbart.
In Abhängigkeit von dem Verwendungsort der Wellengetriebevorrichtung gibt es jedoch Fälle, in denen keine Schmiermittel verwendet werden können.
In Fällen, in denen Umweltverschmutzung vermieden werden muss, beispielsweise bei Verwendung der Wellengetriebevorrichtung in einem Reinraum, oder bei Verwendung der Wellengetriebevorrichtung in einem Vakuum ist es erforderlich, Maßnahmen – beispielsweise das Anbringen eines Dichtungsmechanismus – zu ergreifen, um ein Austreten des Schmiermittels an die Umgebung zu stoppen.
Bei strengen Betriebsbedingungen der Wellengetriebevorrichtung kommt es häufig vor, dass die Kontaktflächen des Außenzahnrads und des Wellengenerators unzulänglich geschmiert werden. Wenn diese Kontaktflächen unzulänglich geschmiert werden, wirkt eine hohe Schubkraft auf diese Kontaktflächen, wodurch die Entstehung von Wärme und Abrieb zunehmen. Dies verursacht Schäden, wie z. B. Versengen.
Ferner ist auch der Rührwiderstand des Schmiermittels hoch, das die Gleitreibung ausgesetzten Teile bzw. Gleitreibungsteile des Wellengetriebe-Lagers schmiert, das an dem Außenumfang des Wellengenerators angebracht ist, um eine relative Rotation des Außenzahnrads und des Wellengenerators zu ermöglichen, und dieser Widerstand ist verantwortlich für einen großen Teil des Leistungsverlusts der Wellengetriebevorrichtung.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Wellengetriebevorrichtung, die für die Verwendung in Umgebungen geeignet ist, in denen es bevorzugt ist, keine Schmiermittel zu verwenden.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Wellengetriebevorrichtung, bei der die Reibungsflächen zwischen dem Außenzahnrad und dem Wellengenerator ausreichend geschmiert werden können.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Wellengetriebevorrichtung, die Leistungsverluste aufgrund des Rührwiderstands des Schmiermittels, das zum Schmieren des Wellengetriebe-Lagers eines Wellengenerators verwendet wird, vermeiden kann.
Zum Erreichen der vorstehenden sowie weiterer Ziele wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wellengetriebevorrichtung mit geringem Gewicht geschaffen, die ein ringförmiges, starres Innenzahnrad, ein ringförmiges, flexibles Außenzahnrad und einen Wellengenerator zum Biegen des Außenzahnrads in Radialrichtung aufweist, um dieses in partiellen Eingriff mit dem Innenzahnrad zu bringen, und zum Bewegen der miteinander in Eingriff stehenden Teile des Innenzahnrads und des Außenzahnrads in Umfangsrichtung. Das Innenzahnrad ist aus einer hohe Festigkeit aufweisenden Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt, und das Außenzahnrad ist aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl hergestellt. Ein Plattierungsüberzug aus einem harten Material ist auf Verzahnungsflächen des Innenzahnrads durch stromloses Plattieren gebildet, ein DLC-Überzug bzw. ein Überzug aus diamantartigem Kohlenstoff ist auf eine Oberfläche des Plattierungsüberzugs durch einen DLC-Beschichtungsprozess auflaminiert, und ein DLC-Überzug ist auf den Verzahnungsflächen des Außenzahnrads durch einen bei niedriger Temperatur stattfindenden DLC-Beschichtungsprozess aufgebracht.
Typischerweise beinhaltet der Wellengenerator einen starren Wellengetriebe-Einsatz und ein Wellengetriebe-Lager, das zwischen eine Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes und eine Innenumfangsfläche des Außenzahnrads gepasst ist. Das Wellengetriebe-Lager besitzt einen flexiblen Außenring, dessen Außenumfangsfläche mit einer Innenumfangsfläche des Außenzahnrads in Berührung steht, einen Innenring, des Innenumfangsfläche mit einer Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes in Berührung steht, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind und frei abrollen können.
Im vorliegenden Fall ist es bevorzugt, dass der Außenring des Wellengenerators aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer hergestellt ist. Es ist bevorzugt, dass eine Innenumfangsfläche des Außenzahnrads mit einem Überzug ausgebildet ist, bei dem es handeln kann um: (i) Einen oxidierten Überzug, der durch eine Dampfbehandlung gebildet ist, (ii) einen DLC-Überzug, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess gebildet ist, (iii) einen Eisensulfid-Überzug, der durch eine Schwefelungsbehandlung gebildet ist, und (iv) einen Eisenoxid-Überzug, der durch eine Dampfbehandlung und einen Nitrierprozess gebildet ist. Es ist auch bevorzugt, dass der Außenring auf seiner Außenumfangsfläche mit einem DLC-Überzug durch einen DLC-Beschichtungsprozess ausgebildet ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Mehrzahl der Wälzkörper des Wellengenerators aus einem Keramikmaterial, nicht-rostendem Stahl oder SUJ2 hergestellt sind. Der Innenring des Wellengenerators ist vorzugsweise aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl, Berylliumkupfer oder Keramikmaterial hergestellt. Auch ist es bevorzugt, dass ein DLC-Überzug durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf einem Wälzflächenbereich in einer Innenumfangsfläche des Außenrings gebildet ist und dass die Oberflä- chen der Wälzkörper mit einem DLC-Überzug durch einen DLC-Beschichtungsprozess ausgebildet sind.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Wellengetriebe-Einsatz aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellengetriebevorrichtung geschaffen, die ein ringförmiges, starres Innenzahnrad, ein ringförmiges, flexibles Außenzahnrad und einen Wellengenerator aufweist, der das Außenzahnrad in Radialrichtung biegt und das Außenzahnrad in partiellen Eingriff mit dem Innenzahnrad bringt sowie miteinander in Eingriff stehende Teile des Innenzahnrads und des Außenzahnrads in Umfangsrichtung bewegt. Bei dieser Wellengetriebevorrichtung ist das Außenzahnrad aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl hergestellt. Der Wellengenerator weist einen starren Wellengetriebe-Einsatz und ein Wellengetriebe-Lager auf, das zwischen eine Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes und eine Innenumfangsfläche des Außenzahnrads gepasst ist, wobei das Wellengetriebe-Lager einen flexiblen Außenring, dessen Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche des Außenzahnrads in Berührung steht, einen Innenring, dessen Innenumfangsfläche mit der Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes in Berührung steht, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern aufweist, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind und frei abrollen können. Der Außenring des Wellengenerators ist aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer hergestellt. Das Außenzahnrad weist eine innenumfangsfläche auf, die mit einem Überzug ausgebildet ist, bei dem es sich handeln kann um: (i) Einen oxidierten Überzug, der durch eine Dampfbehandlung gebildet ist, (ii) einen DLC-Überzug, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess gebildet ist, (iii) einen Eisensulfid-Überzug, der durch eine Schwefelungsbehandlung gebildet ist, und (iv) einen Eisenoxid-Überzug, der durch eine Dampfbehandlung und einen Nitrierungsprozess gebildet ist. Der Außenring weist eine Außenumfangsfläche auf, die durch einen DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug ausgebildet ist.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellengetriebevorrichtung geschaffen, die ein ringförmiges, starres Innenzahnrad, ein ringförmiges, flexibles Außenzahnrad und einen Wellengenerator aufweist, der das Außenzahnrad in Radialrichtung biegt und das Außenzahnrad in partiellen Eingriff mit dem Innenzahnrad bringt und die miteinander in Eingriff stehenden Teile des Innenzahnrads und des Außenzahnrads in Umfangsrichtung bewegt. Bei dieser Wellengetriebevorrichtung weist der Wellengenerator einen starren Wellengetriebe-Einsatz und ein Wellengetriebe-Lager auf, das zwischen eine Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes und eine Innenumfangsfläche des Außenzahnrads gepasst ist. Das Wellengetriebe-Lager besitzt einen flexiblen Außenring, dessen Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche des Außenzahnrads in Berührung steht, einen Innenring, dessen Innenumfangsfläche mit der Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes in Berührung steht, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind und frei abrollen können. Der Außenring des Wellengenerators ist aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer hergestellt; die mehreren Wälzkörper des Wellengenerators sind aus einem Keramikmaterial, nicht-rostendem Stahl oder SUJ2 hergestellt; und der Innenring des Wellengenerators ist aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl, Berylliumkupfer oder einem Keramikmaterial hergestellt. Ein DLC-Überzug ist durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf einem in einer Innenumfangsfläche des Außenrings ausgebildeten Wälzflächenbereich ausgebildet; ein DLC-Überzug ist durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf einem in einer Außenumfangsfläche des Innenrings ausgebildeten Wälzflächenbereich ausgebildet; und DLC-Überzüge sind durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf den Oberflächen der Wälzkörper ausgebildet.
Hierbei ist es bevorzugt, dass der Wellengenerator-Einsatz aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Längsschnittansicht unter Darstellung einer becherförmigen Wellengetriebevorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann.
2 zeigt eine Frontalansicht der Wellengetriebevorrichtung der 1.
3 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung von Einrichtungen, die eine Schmierung überflüssig machen, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung von Einrichtungen, die eine Schmierung überflüssig machen, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung von Einrichtungen, die eine Schmierung überflüssig machen, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
1 und 2 zeigen eine Schnittansicht bzw. eine Frontalansicht unter Darstellung einer becherförmigen Wellengetriebevorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, besitzt die becherförmige Wellengetriebevorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung ein ringförmiges, starres, innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad 2, ein becherförmiges, flexibles, außenverzahntes Zahnrad bzw. Außenzahnrad 3, das im Inneren des starren Innenzahnrads 2 angeordnet ist, sowie einen Wellengenerator 4, der einen elliptischen Umriss aufweist und in das flexible Außenzahnrad 3 eingepasst ist.
Das becherförmige flexible Außenzahnrad 3 besitzt einen zylindrischen Rumpfteil bzw. Körperteil 31, eine ringförmige Membran 32, die sich in Radialrichtung von dem Rand einer Öffnung an dem einen Ende des Körperteils 31 weg erstreckt, eine ringförmige Erhebung 33, die in integraler Weise mit dem Innenumfang der Membran 32 ausgebildet ist, sowie eine Außenverzahnung 34, die auf der Außenumfangsfläche an einer Öffnung an dem anderen Ende des Körperteils 31 ausgebildet ist. Die Außenverzahnung 34 ist dazu ausgebildet, mit der Innenverzahnung 21 des starren Innenzahnrads 2 in Eingriff zu treten.
Der Wellengenerator 4 weist einen starren Wellengetriebe-Einsatz 41 mit elliptischem Umriss sowie ein Wellengetriebe-Lager 42 auf, das auf die Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes 41 gepasst ist. Das Wellengetriebe-Lager 42 besitzt einen Innenring 43, der auf die Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes 41 gepasst ist, einen Außenring 44, der in die Innenumfangsfläche 35 des Körperteils des flexiblen Außenzahnrads 3 gepasst ist, sowie Kugeln 45, die frei wälzbar zwischen den Innenring 43 und den Außenring 44 eingefügt sind.
Genauer gesagt weist der Außenring 44 eine Außenumfangsfläche 46 auf, die sich in Reibungsberührung mit der Innenumfangsfläche 35 des Körperteils des Außenzahnrads 3 befindet. Der Innenring 43 weist eine Außenumfangsfläche auf, in der ein Kugelabrollflächenbereich 47 mit kreisbogenförmigem Querschnitt ausgebildet ist, und der Außenring 44 weist ebenfalls eine Kugelabrollfläche 48 mit kreisbogenförmigem Querschnitt auf, die in dessen Innenumfangsfläche ausgebildet ist. Der Wellengenerator 4 biegt das flexible Außenzahnrad 3, an dem die Außenverzahnung 34 ausgebildet ist, in eine elliptische Gestalt, um die Außenverzahnung 34 in Positionen an den beiden Enden der Hauptachse der Ellipsenform mit der Innenverzahnung 21 in Eingriff zu bringen. Wenn der Wellengenerator 4 durch einen Motor oder dergleichen rotationsmäßig angetrieben wird, verursacht die Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen den Zahnrädern 2 und 3 eine relative Rotationsbewegung der Zahnräder 2 und 3. Diese Differenz in der Anzahl von Zähnen ist normalerweise mit zwei gewählt, und das starre Innenzahnrad 2 ist normalerweise an einem Vorrichtungsgehäuse oder dergleichen angebracht, so dass ein Ausgangsdrehmoment mit beträchtlich reduzierter Geschwindigkeit von dem flexiblen Außenzahnrad 3 abgenommen werden kann.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine becherförmige Wellengetriebevorrichtung 1 mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung wurde derart gebildet, dass die Reibungskoeffizienten der Teile, die Wärme erzeugen, d. h. (i) die Verzahnungsflächen der Zahnräder 2 und 3, (ii) die Teile des Außenzahnrads 3 und des Wellengenerators 4, die sich in Reibungsberührung befinden, und (iii) die Teile des Wellengenerators 4, die sich in Reibungsberührung miteinander befinden, in der nachfolgend beschriebenen Weise auf ähnliche Niveaus (μ = 0,1) herabgedrückt wurden, wie bei Schmierung dieser Teile mit Öl. Ferner wurde die Wellengetriebevorrichtung derart ausgebildet, dass die an diesen Teilen erzeugte Wärme über das Innenzahnrad 2 und den Wellengetriebe-Einsatz 41, die aus einem Material mit günstiger Wärmeleitung hergestellt sind, in effizienter Weise abgeführt wird. Auf diese Weise wurde eine praktische, schmierfreie Wellengetriebevorrichtung erzielt.
Wie in 3 gezeigt ist, wurde bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Innenzahnrad 2 aus einer hohe Festigkeit aufweisenden Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung gebildet und besaß einen Plattierungsüberzug 101 aus einem harten Material, der durch ein stromloses Plattierverfahren auf seiner Oberfläche gebildet wurde. Die Oberflächen (Zahnoberflächenteile) der Innenverzahnung 21 des Innenzahnrads 2 wurden ferner einem DLC-Beschichtungsprozess bzw. einem Beschichtungsprozess mit diamantartigem Kohlenstoff unterzogen, so dass ein DLC-Überzug 102 oben auf dem Plattierungsüberzug 101 gebildet wurde.
Das Außenzahnrad 3 wurde aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl hergestellt, und ein DLC-Überzug 103 wurde unter Verwendung eines bei niedriger Temperatur ablaufenden DLC-Beschichtungsprozesses auf den Oberflächen (Zahnoberflächenteilen) der Außenverzahnung 34 ausgebildet. Ferner wurde ein durch eine Dampfbehandlung gebildeter Oxidations-Überzug, ein durch eine Schwefelungsbehandlung gebildeter Eisensulfid-Überzug oder ein durch einen DLC-Beschichtungsprozess gebildeter DLC-Überzug auf einem Innenumfangsflächenteil 104 der Innenumfangsfläche 35 des Körperteils des Außenzahnrads 3 gebildet, der mit dem Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers in Berührung steht.
Der Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers 42 des Wellengenerators 4 wurde aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer gebildet. Die DLC-Überzüge 105 und 106 wurden durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf der Innenumfangsfläche (Kugelabrollfläche) 48 bzw. der Außenumfangsfläche 46 des Außenrings 44 gebildet. Der Innenring 43 wurde ebenfalls aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer gebildet und besaß einen DLC-Überzug 107, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf seiner Außenumfangsfläche (Kugelabrollfläche) 47 gebildet wurde. Die Kugeln 45 wurden aus einem Keramikmaterial (Si₃N₄) gebildet. Der Wellengetriebe-Einsatz 41 wurde aus einer Aluminiumlegierung mit einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten oder aus einer Kupferlegierung gebildet.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei der Wellengetriebevorrichtung 1 wurde die nachfolgende Konstruktion verwendet, um Wärmeerzeugung und Abrieb an den miteinander in Reibungsberührung stehenden Teilen der Innenumfangsfläche des Körperteils des Außenzahnrads und der Außenumfangsfläche des Wellengenerators (d. h. der Außenumfangsfläche des Außenrings des Wellengetriebe-Lagers) zu unterdrücken, wobei es sich hierbei um die Teile handelt, für die eine Schmierung besonders notwendig ist. Dadurch wurde der Reibungskoeffizienten auf einem ähnlichen Niveau (μ = 0,1) gehalten wie bei Schmierung dieser Teile mit Öl, so dass sich eine praktische, schmierfreie Wellengetriebevorrichtung erzielen ließ.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Eisenoxid-Überzug 201 mit hoher Eigenschmierungseigenschaft durch Dampfbehandlung von Teilen der Innenumfangsfläche 35 des Körperteils des Außenzahnrads 3 gebildet, die mit dem Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers in Berührung stehen. Ferner wurde ein DLC-Überzug 202 durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf der Außenumfangsfläche 46 des Außenrings 44 des Wellengetriebe-Lagers gebildet. Als Ergebnis hiervon sind Überzüge mit niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen dem Außenzahnrad 3 und dem Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers vorhanden, so dass eine Situation vermieden wird, in der Metall in direkte Berührung mit Metall gelangt. Dadurch können Abrieb und die Entstehung von Wärme an den in Reibungsberührung stehenden Teilen derselben Weise wie bei Schmierung dieser Teile mit Öl unterdrückt werden.
Wenn das Außenzahnrad 3 aus einem Material mit hoher Festigkeit hergestellt wird, Ist es bevorzugt, die Innenumfangsfläche 35 des Körperteils einer Nitrierungsbehandlung (einer Nitro-Carburierungsbehandlung oder einer Oxy-Nitrierungsbehandlung) unterzogen, bevor der Oxidations-Überzug durch die Dampfbehandlung gebildet wird.
Ein ähnlicher Effekt wird erzielt, wenn die Dampfbehandlung durch eine bei niedriger Temperatur erfolgende Schwefelungsbehandlung ersetzt wird, durch die ein Sulfid-Überzug gebildet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Außenzahnrad 3 und der Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers auch unter Verwendung der Materialien hergestellt werden können, die vorstehend für das erste Ausführungsbeispiel angegeben worden sind.
Drittes Ausführungsbeispiel
Eine Wellengetriebevorrichtung 1, bei der die in Reibungsberührung miteinander stehenden Teile des Wellengetriebe-Lagers 42 des Wellengenerators 4 und die miteinander in Reibungsberührung stehenden Teile des Außenrings 44 des Wellengetriebe-Lagers und des Außenzahnrads 3 nicht geschmiert werden, wurde folgendermaßen hergestellt.
Der Außenring 44 des Wellengetriebe-Lagers 42 wurde aus SUJ2 oder aus nicht-rostendem Stahl gebildet, der Innenring 43 wurde aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder einem Keramikmaterial (Si₃N₄) gebildet, und wie der Innenring 43 wurden die Kugeln 45 ebenfalls aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder einem Keramikmaterial (Si₃N₄) gebildet. Zum effizienten Abführen der Wärme, die an den Abrollflächen bzw. Wälzflächen 47 und 48 des Wellengetriebe-Lagers erzeugt wird, wurde der Wellengetriebe-Einsatz 41 aus einem Kupfermaterial mit günstiger Wärmeleitung oder aus einem Aluminiummaterial gebildet.
DLC-Überzüge 301 und 302 wurden jeweils durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf der Außenumfangsfläche 46 und der Innenumfangsfläche (Kugelabrollfläche) 48 des Außenrings 44 gebildet. Ein DLC-Überzug 303 wurde ebenfalls durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf der Innenumfangsfläche (Kugelabrollfläche) 47 des Innenrings gebildet. Ferner wurde ein DLC-Überzug 304 durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf den Außenumfangsflächen der Kugeln 45 gebildet.
Bei Verwendung von SUJ2 ist die Temper- bzw. Vergütungstemperatur niedrig, so dass es bevorzugt ist, dass die während des DLC-Beschichtungsprozesses verwendete Temperatur 100°C oder weniger beträgt. Ein normaler DLC-Überzug besitzt eine Härte zwischen Hv1000 und Hv1500. Wenn ein härterer DLC-Überzug gebildet wird, d. h. ein DLC-Überzug mit einer Härte zwischen Hv2000 und Hv8000 zum Beispiel, ist es bevorzugt, die Oberflächen der Elemente einer Nitro-Carburierungsbehandlung zu unterziehen, um eine Zwischenschicht zu erzeugen und dadurch einen Härtegradienten über die Oberflächenschichten der Elemente hinweg zu bilden.
Da die Außen- und die Innenumfangsfläche 46 und 48 des Außenrings 44 des Wellengetriebe-Lagers 42, die Kugeln 45 sowie die Außenumfangsfläche 47 des Innenrings 43 mit einem DLC-Überzug mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen sind, brauchen diese Teile des Wellengetriebe-Lagers 42 nicht mehr geschmiert zu werden, und die miteinander in Berührung tretenden Teile des Außenrings 44 des Wellengetriebe-Lagers und der Innenumfangsfläche 35 des Körperteils des Außenzahnrads 3 brauchen ebenfalls nicht mehr geschmiert zu werden. Besonders vorteilhafte Resultate werden dann erzielt, wenn die Kugeln und der Innenring 43 aus einem Keramikmaterial hergestellt sind.
Viertes Ausführungsbeispiel
Gemäß Experimenten, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, sind die für die verschiedenen Komponenten der Wellengetriebevorrichtung erforderlichen Eigenschaften wie folgt.
Es ist bevorzugt, dass das gesamte starre Innenzahnrad eine vorbestimmte Steifigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Bearbeitungsgenauigkeit und Befestigungs-Festigkeit besitzt, und dass die Innenverzahnung des starren Innenzahnrads eine vorbestimmte Abriebbeständigkeit sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten zusätzlich zu einer Hafteigenschaft aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das gesamte flexible Außenzahnrad eine vorbestimmte Ermüdungsfestigkeit, Bearbeitungsgenauigkeit, Abriebbeständigkeit und Befestigungs-Festigkeit aufweist, und dass die Außenverzahnung des flexiblen Außenzahnrads eine vorbestimmte Abriebbeständigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten zusätzlich zu einer Hafteigenschaft aufweist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads Abriebbeständigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten zusätzlich zu einer Hafteigenschaft aufweist.
Der Wellengenerator muss wenig Wärme erzeugen und muss Abriebbeständigkeit und eine hohe Abroll-Dauerfestigkeit aufweisen.
In Anbetracht des vorstehenden wurde eine schmierfreie Wellengetriebevorrichtung gemäß den nachfolgend angegebenen Bedingungen hergestellt. Dabei wurden günstige Resultate erzielt.
Das starre Innenzahnrad wurde aus Aluminiumlegierung hergestellt, und ein stromlos plattierter Überzug mit einer Dicke von 10 μm wurde auf allen Oberflächen des starren Innenzahnrads gebildet. Ein DLC-Überzug mit einer Dicke von nicht mehr als 1 μm wurde auf den Oberflächen der Innenverzahnung gebildet. In Anbetracht der Haftung an dem Plattierungsüberzug und dem Härtegradienten wurde dieser DLC-Überzug bei einer Verarbeitungstemperatur zwischen 350 und 450°C gebildet.
Das flexible Außenzahnrad wurde aus nicht-rostendem Stahl hergestellt, und ein DLC-Überzug mit einer Dicke von nicht mehr als 1 μm wurde auf den Oberflächen der Außenverzahnung gebildet. Die Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads wurde einem Glühvorgang unterzogen, um die Oberfläche homogen zu machen. Der DLC-Überzug wurde bei einer Bearbeitungstemperatur von 100°C oder weniger gebildet, um Restspannungen zu reduzieren.
Der Wellengenerator wurde aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, der Außenring des Wellengetriebe-Lagers wurde aus nicht-rostendem Stahl hergestellt, und ein DLC-Überzug mit einer Dicke von nicht mehr als 1 μm wurde auf der Außenumfangsfläche und den Bahnoberflächenteilen des Innenumfangs ausgebildet. Die Kugeln wurden aus einem Keramikmaterial hergestellt. Der Innenring wurde ebenfalls aus nicht-rostendem Stahl hergestellt, und ein DLC-Überzug mit einer Dicke von nicht mehr als 1 μm wurde auf den Bahnoberflächenteilen ausgebildet. Der DLC-Überzug auf der Außenumfangsfläche des Außenrings und den Bahnoberflächenteilen des Außenrings und des Innenrings wurde bei einer Bearbeitungstemperatur von 200°C oder darunter gebildet, wobei diese Temperatur unter der Vergütungstemperatur des Materials liegt.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, weist eine Wellengetriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Innenzahnrad, das aus einer hohe Festigkeit aufweisenden Aluminiumlegierung oder aus einer Kupferlegierung gebildet ist, sowie ein Außenzahnrad auf, das aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl gebildet ist. Ein Plattierungsüberzug aus einem harten Material ist auf den Verzahnungsoberflächen des Innenzahnrads durch einen stromlosen Plattierungsprozess gebildet, und ein DLC-Überzug ist auf die Oberfläche dieses Plattierungsüberzugs durch einen DLC-Beschichtungsprozess auflaminiert. Ein DLC-Überzug ist auf den Zahnoberflächen des Außenzahnrads durch einen bei niedriger Temperatur stattfindenden DLC-Beschichtungsprozess gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung, die auf diese Weise geschaffen wird, brauchen die miteinander in Eingriff tretenden Teile der Zahnoberflächen des Innenzahnrads und des Außenzahnrads nicht geschmiert zu werden.
Bei einer weiteren Wellengetriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Außenring des Wellengenerators aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer gebildet, und ein durch eine Dampfbehandlung gebildeter Oxidations-Überzug, ein durch einen DLC-Beschichtungsprozess gebildeter DLC-Überzug, ein durch eine Schwefelungsbehandlung gebildeter Eisensulfid-Überzug oder ein durch eine Dampfbehandlung und eine Nitrierungsbehandlung gebildeter Eisenoxid-Überzug ist auf einer Innenumfangsfläche des Außenzahnrads gebildet. Ein DLC-Überzug ist durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf der Außenumfangsfläche des Außenrings gebildet. Bei Verwendung dieser Konstruktion brauchen die miteinander in Reibungsberührung tretenden Teile des Außenrings und des Wellengenerators nicht geschmiert zu werden.
Bei noch einer weiteren Wellengetriebevorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die Abrollteile bzw. Wälzteile des Wellengetriebe-Lagers des Wellengenerators aus einem Keramikmaterial, nicht-rostendem Stahl oder SUJ2 hergestellt, und der Innenring des Wellengenerators ist aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl, Berylliumkupfer oder einem Keramikmaterial hergestellt. Ein DLC-Überzug ist durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf dem Abrollflächenbereich der Innenumfangsfläche des Außenrings gebildet. DLC-Überzüge sind ebenfalls durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf dem Abrollflächenbereich der Außenumfangsfläche des Innenrings und auf den Oberflächen der Wälzteile bzw. Wälzkörper gebildet. Unter Verwendung dieser Konstruktion läßt sich ein Wellengetriebe-Lager herstellen, das keiner Schmierung bedarf. Wenn die vorstehend genannten Teile des Wellengetriebe-Lagers mit Öl geschmiert werden, ist der Rührwiderstand des Schmiermittels verantwortlich für den Großteil des Leistungsverlustverhältnisses der Wellengetriebevorrichtung, so dass bei Eliminierung der Notwendigkeit zum Schmieren dieser Teile eine große Verminderung des Leistungsverlustverhältnisses erzielt werden kann.
Wenn der Wellengetriebe-Einsatz aus einer Aluminiumlegierung mit günstiger Wärmeleitfähigkeit oder aus einer Kupferlegierung gebildet ist, kann die an den Wälzflächen des Wellengetriebe-Lagers erzeugte Wärme in effizienter Weise an die Umgebung abgeführt werden.

Claims

Wellengetriebevorrichtung (1) mit geringem Gewicht, die folgendes aufweist: ein ringförmiges, starres Innenzahnrad (2); ein ringförmiges, flexibles Außenzahnrad (3); und einen Wellengenerator (4) zum Biegen des Außenzahnrads (3) in Radialrichtung, um dieses in partiellen Eingriff mit dem Innenzahnrad (2) zu bringen, und zum Bewegen der miteinander in Eingriff tretenden Teile des Innenzahnrads (2) und des Außenzahnrads (3) in Umfangsrichtung, wobei das Innenzahnrad (2) aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit oder aus einer Kupferlegierung gebildet ist, wobei das Außenzahnrad (3) aus Baustahl oder nicht-rostendem Stahl gebildet ist, wobei das Innenzahnrad (2) auf Verzahnungsflächen desselben durch stromlose Plattierung mit einem Plattierungsüberzug (101) aus einem harten Material sowie mit einem DLC-Überzug (102) (einem Überzug mit diamantartigem Kohlenstoff) ausgebildet ist, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess auf eine Oberfläche des Plattierungsüberzugs (101) auflaminiert ist, und wobei das Außenzahnrad (3) auf Verzahnungsflächen desselben durch einen bei niedriger Temperatur stattfindenden DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug (103) ausgebildet ist.
Wellengetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Wellengenerator (4) einen starren Wellengetriebe-Einsatz (41) und ein Wellengetriebe-Lager (42) aufweist, das zwischen eine Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes und eine Innenumfangsfläche (35) des Außenzahnrads (3) gepasst ist, wobei das Wellengetriebe-Lager (42) einen flexiblen Außenring (44), dessen Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche (35) des Außenzahnrads (3) in Berührung steht, einen Innenring (43), dessen Innenumfangsfläche (35) mit der Außenumfangsfläche des Wellengetriebe-Einsatzes (41) in Berührung steht, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern (45) aufweist, die zwischen dem Außenring (44) und dem Innenring (43) angeordnet sind und frei abrollen können, wobei der Außenring (44) des Wellengetriebe-Lagers (42) aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl oder Berylliumkupfer gebildet ist, wobei das Außenzahnrad (3) auf seiner Innenumfangsfläche (35) mit einem Überzug ausgebildet ist, bei dem es sich handelt um: (i) einen Oxidations-Überzug, der durch eine Dampfbehandlung gebildet ist, (ii) einen DLC-Überzug, der durch einen DLC-Beschichtungsprozess gebildet ist, (iii) einen Eisensulfid-Überzug, der durch eine Schwefelungsbehandlung gebildet ist, oder (iv) einen Eisenoxid-Überzug, der durch eine Dampfbehandlung und einen Nitrierungsprozess gebildet ist, und wobei der Außenring (44) auf seiner Außenumfangsfläche (46) durch einen DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug (106) ausgebildet ist.
Wellengetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Wälzkörper (45) aus einem Keramikmaterial, nicht-rostendem Stahl oder SUJ2 gebildet sind, wobei der Innenring (43) des Wellengenerators (4) aus SUJ2, nicht-rostendem Stahl, Berylliumkupfer oder einem Keramikmaterial gebildet ist, wobei der Außenring (44) auf seiner Innenumfangsfläche (48) mit einem außenseitigen Wälzflächenbereich ausgebildet ist, wobei der außenseitige Wälzflächenbereich durch einen DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug ausgebildet ist, wobei der Innenring (43) auf seiner Außenumfangsfläche (47) mit einem innenseitigen Wälzflächenbereich ausgebildet ist, wobei der innenseitige Wälzflächenbereich durch einen DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug ausgebildet ist, und wobei jeder der Wälzkörper (45) auf seiner Oberfläche durch einen DLC-Beschichtungsprozess mit einem DLC-Überzug ausgebildet ist.
Wellengetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Wellengetriebe-Einsatz (41) aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung gebildet ist.