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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Getriebe mit wellenartiger Bewegung bzw. Wellengetriebe. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Wellengetriebe, die in der Lage ist, übertragenes Drehmoment mit Hilfe von Dehnungsmesseinrichtungen, die an einem flexiblen außenverzahnten Zahnrad angebracht sind, unter Verwendung der elastischen Verformung des flexiblen außenverzahnten Zahnrads des Wellengetriebes mit guter Genauigkeit zu detektieren.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
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Ein Wellengetriebe 11 beinhaltet ein starres innenverzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad 21, ein darin angeordnetes, flexibles außenverzahntes Zahnrad bzw. Außenzahnrad 31 sowie einen Wellengenerator 41, der dieses flexible Außenzahnrad 31 in Radialrichtung biegt, um dieses in partiellen Eingriff mit dem starren Innenzahnrad 21 zu bringen, und der die Eingriffspositionen in Umfangsrichtung bewegt, wie dies in den 1A und 1B dargestellt ist. Typischerweise wird das flexible Außenzahnrad 31 durch den elliptisch ausgebildeten Wellengenerator 41 elliptisch gebogen. Wenn der Wellengenerator 41 durch einen Motor oder eine andere Einrichtung rotationsmäßig bewegt wird, wird zwischen den Zahnrädern 21 und 31 aufgrund der Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen diesen beiden Rädern eine relative Rotation erzeugt. Das starre Innenzahnrad 21 ist üblicherweise festgelegt, das flexible Außenzahnrad 31 wird als Ausgangselement verwendet, und ein Ausgang mit reduzierter Drehzahl läßt sich von dem Außenzahnrad 31 abnehmen.
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Es sind bereits Verfahren zum Verwenden der elastischen Verformung des flexiblen Außenzahnrads 31 zum Detektieren des Ausgangswellen-Drehmoments des Wellengetriebes 11, nämlich des durch das flexible Außenzahnrad 31 übertragenen Drehmoments, bekannt. Wie in den 15A und 15B gezeigt ist, weist das im Allgemeinen verwendete, becherförmige flexible Außenzahnrad 31 einen flexiblen zylindrischen Körperbereich 12, eine an dessen einem Ende einstückig damit ausgebildete, scheibenförmige Membran 13, eine an dem zentralen Bereich der Membran 13 einstückig ausgebildete Erhebung 14 sowie eine auf dem Außenumfangsbereich des offenen Endes des zylindrischen Körperbereichs 12 ausgebildete Außenverzahnung 15 auf. Dehnungsmesseinrichtungen sind an der Membran 13 oder auf der Außenumfangsfläche des zylindrischen Körperbereichs 12 haftend angebracht, so dass das Ausgangswellen-Drehmoment auf der Basis der Ausgangssignale derselben detektiert werden kann.
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Da das flexible Außenzahnrad 31 durch den Wellengenerator 41 elliptisch gebogen wird, wird jeder Bereich des flexiblen Außenzahnrads 31 wiederholt und unter Kraftausübung in Radialrichtung verformt, während sich der Wellengenerator dreht. Dadurch werden Dehnungsbelastungen, die zu dem übertragenen Drehmoment nicht in Beziehung stehen, in dem flexiblen Außenzahnrad 31 erzeugt. Jeder Bereich des flexiblen Außenzahnrads 31 bewegt sich bei jeder Umdrehung des Wellengenerators mit einer feststehenden Amplitude zweimal in Radialrichtung hin und her. Bei der Dehnungsbelastung, die nicht in Relation zu dem übertragenen Drehmoment steht, handelt es sich somit um eine sinusförmige Belastung, bei der zwei Perioden pro Umdrehung des Wellengenerators die grundlegende Periode bilden (eine Periode: 180°).
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Herkömmlicherweise sind ein rechtwinklig-zweiachsiges Dehnungsmessgerät f1(p) (R1, R2) und ein ähnliches rechtwinklig-zweiachsiges Dehnungsmessgerät f2(p) (R3, R4) auf der Oberfläche des becherförmigen flexiblen Außenzahnrads 31 haftend angebracht, beispielsweise auf der inneren Oberfläche 13a der Membran 13 in einer zueinander um 90° versetzten Weise, wie dies in 15B dargestellt ist. Die Messgeräte sind derart verbunden, dass sie eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden, und die Dehnungskomponente der grundlegenden Periode wird auf der Basis des Ausgangssignals der beiden Dehnungsmesseinrichtungen aufgehoben. Die Linearität des Detektionsausgangs mit diesem Verfahren ist jedoch nicht angemessen, und in dem Detektionsausgangssignal verbleiben rotationsmäßige Welligkeitskomponenten, die kurze Perioden haben (ein Mehrfaches der grundlegenden Periode). Man ist der Ansicht, dass die Hauptursache für Rotationswelligkeit in einer Asymmetrie in der elliptischen Verformung des flexiblen Außenzahnrads liegt.
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Zum Aufheben der Dehnung der sekundären Komponente (Periode: 90°) sind Bestrebungen unternommen worden, vier rechtwinklig-zweiachsige Dehnungsmesseinrichtungen, die in Relation zueinander um 90° versetzt sind, um 45° zueinander zu versetzen, so dass sich insgesamt acht Dehnungsmesseinrichtungen ergeben. Zur weiteren Verbesserung der Linearität des Detektionsausgangssignals ist auch eine Konfiguration vorgeschlagen worden, bei der rechtwinklig-zweiachsige Dehnungsmesseinrichtungen in einem Bereich von 360° symmetrisch angeordnet sind, wobei diese zur Bildung einer Wheatstone-Brücke miteinander verdrahtet sind. Beispiele für die Montagepositionen der rechtwinklig-zweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen sowie Konfigurationsbeispiele für Wheatstone-Brückenschaltungen sind in den 16 bis 19 gezeigt.
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Drehmomentdetektionsvorrichtungen für Wellengetriebe, die von Dehnungsmesseinrichtungen Gebrauch machen, sind z. B. in der
JP-A 9-184777 und der
JP-A 2000-131160 offenbart, die auf den gleichen Begünstigten wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden sind.
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US 5 172 774 A offenbart eine Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Planetengetriebe.
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Die herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtungen für Wellengetriebe benötigen jedoch eine große Anzahl von Dehnungsmesseinrichtungen, die an dem flexiblen Außenzahnrad angebracht werden müssen. Dies verursacht eine Steigerung des Herstellungspreises der Detektionsvorrichtung vom Typ mit Dehnungsmesseinrichtungen im Vergleich zu einer Lastzelle oder anderen Detektionsvorrichtungen.
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Im Fall eines klein dimensionierten Wellengetriebes ist es schwierig, ausreichend Raum für die Montage einer großen Anzahl rechtwinklig-zweiachsiger Dehnungsmesseinrichtungen sicherzustellen. Auch gestaltet sich die Verdrahtungsarbeit für jede Dehnungsmesseinrichtung schwierig.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer kostengünstigen Drehmomentdetektionsvorrichtung mit Dehnungsmesseinrichtungen, die in der Lage ist, übertragenes Drehmoment mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Drehmomentdetektionsvorrichtung mit Dehnungsmesseinrichtungen, die in der Lage ist, übertragenes Drehmoment mit hoher Genauigkeit zu detektieren und die sich in einfacher Weise in ein klein dimensioniertes Wellengetriebe integrieren läßt.
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Zur Erzielung der vorstehenden sowie weiterer Ziele gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Wellengetriebe geschaffen, die durch ein flexibles Außenzahnrad des Wellengetriebes übertragenes Drehmoment detektiert und Folgendes aufweist:
eine zusammengesetzte Dehnungsmesseinheit, die an einer Oberfläche des flexiblen Außenzahnrads angebracht ist und die eine erste Dehnungsmesseinheit, die mit einem ersten Detektionssegment ausgebildet ist, sowie eine zweite Dehnungsmesseinheit, die mit einem zweiten Detektionssegment ausgebildet ist, aufweist;
eine durch die Dehnungsmesseinheit gebildete Brückenschaltung und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Detektieren des Drehmoments auf der Basis von Ausgangssignalen von der Brückenschaltung,
wobei die Dehnungsmesseinheiten jeweils ein Dehnungsmesseinrichtungs-Muster aufweist, das wenigstens ein aus Widerstandsdraht gebildetes Detektionssegment beinhaltet, und
wobei die Detektionssegmente derart ausgebildet ist, dass sie jeweils eine vorgeschriebene Formgebung eines Gittermusters aufweisen, das in regelmäßigen Intervallen angeordnete Bereiche des Widerstandsdrahts beinhaltet.
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Die Detektionssegmente weisen jeweils eine Kreisbogenform von 360° auf
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Die erste und die zweite Dehnungsmesseinheit sind einander derart überlagert, dass sich ihre Gittermuster senkrecht zueinander schneiden.
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Die Verdrahtung der Dehnungsmesseinheit kann durch Verwendung eines Dehnungsmesseinrichtungs-Musters vereinfacht werden, das die Detektionssegmente und das Verdrahtungsmuster zum Verbinden der Detektionssegmente miteinander in einer derartigen Weise aufweist, dass eine Brückenschaltung gebildet wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A zeigt ein allgemeines Konfigurationsdiagramm unter Darstellung der Drehmomentdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und 1B zeigt ein Diagramm unter Darstellung einer Konfiguration eines Wellengetriebes;
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2A und 2B zeigen jeweils eine Darstellung eines Beispiels einer Dehnungsmesseinrichtungsanordnung, die dem in den 16A und 16B gezeigten Anordnungsbeispiel entspricht und unter Verwendung einachsiger Dehnungsmesseinrichtungen konfiguriert ist, bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung derselben; 2C und 2D zeigen eine Darstellung eines weiteren Beispiels einer Dehnungsmesseinrichtungsanordnung, die dem in den 16A und 16B gezeigten Anordnungsbeispiel entspricht und unter Verwendung einachsiger Dehnungsmesseinrichtungen konfiguriert ist, bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung derselben; und 2E und 2F zeigen eine Darstellung eines Beispiels einer Dehnungsmesseinrichtungsanordnung, die dem in den 17A und 17B dargestellten Anordnungsbeispiel entspricht und unter Verwendung einachsiger Dehnungsmesseinrichtungen konfiguriert ist, bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung derselben;
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3A und 3B zeigen eine Darstellung eines Beispiels einer Dehnungsmesseinrichtungsanordnung, die dem in den 18A und 18B gezeigten Anordnungsbeispiel entspricht und unter Verwendung einachsiger Dehnungsmesseinrichtungen konfiguriert ist, bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung derselben; und 3C und 3D zeigen eine Darstellung eines weiteren Beispiels einer Dehnungsmesseinrichtungsanordnung, die dem in den 19A und 19B gezeigten Anordnungsbeispiel entspricht und unter Verwendung einachsiger Dehnungsmesseinrichtungen konfiguriert ist, bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung derselben;
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4A und 4B zeigen eine Darstellung des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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5A und 5B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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6A und 6B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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7A und 7B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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8A und 8B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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9A und 9B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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10A und 10B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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11A und 11B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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12A und 12B zeigen eine Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bzw. eine Darstellung der Brückenschaltung desselben;
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13 zeigt eine erläuternde Ansicht unter Darstellung eines Beispiels des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters mit einer Konstruktion, bei der zwei Dehnungsmesseinrichtungen der Fig. einander überlagert sind;
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14A und 14B zeigen vergrößerte Ansichten zur vergrößerten Darstellung von zwei Beispielen von Gittermustern von Widerstandsdrähten, die die Detektionssegmente bei den Dehnungsmesseinrichtungs-Mustern in den 5 bis 13 darstellen;
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15A zeigt eine Schnittdarstellung eines becherförmigen flexiblen Außenzahnrads eines Wellengetriebes, und 15B zeigt eine Darstellung von rechtwinklig-zweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, die an der Membran desselben angebracht sind;
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16A zeigt eine Darstellung eines Anordnungsbeispiels von rechtwinkligzweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, die an der Membran eines flexiblen Außenzahnrads in der Drehmomentdetektionsvorrichtung eines Wellengetriebes angebracht sind, und 16B zeigt eine Darstellung der Brückenschaltung derselben;
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17A zeigt eine Darstellung eines Anordnungsbeispiels von rechtwinkligzweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, die an der Membran eines flexiblen Außenzahnrads in der Drehmomentdetektionsvorrichtung eines Wellengetriebes angebracht sind, und 17B zeigt eine Darstellung der Brückenschaltung derselben;
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18A zeigt eine Darstellung eines Anordnungsbeispiels von rechtwinkligzweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, die an der Membran eines flexiblen Außenzahnrads in der Drehmomentdetektionsvorrichtung eines Wellengetriebes angebracht sind, und 18B zeigt eine Darstellung der Brückenschaltung derselben; und
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19A zeigt eine Darstellung eines Anordnungsbeispiels von rechtwinkligzweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, die an der Membran eines flexiblen Außenzahnrads in der Drehmomentdetektionsvorrichtung eines Wellengetriebes angebracht sind, und 19B zeigt eine Darstellung der Brückenschaltung derselben.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im Folgenden wird eine Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Wellengetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt ein allgemeines Konfigurationsschema eines Beispiels einer Drehmomentdetektionsvorrichtung eines Wellengetriebes. Eine Drehmomentdetektionsvorrichtung 10 weist eine an einem Wellengetriebe 11 angebrachte Dehnungsmesseinheit 51, eine durch die Dehnungsmesseinheit 51 gebildete Brückenschaltung 61 sowie eine Signalverarbeitungsschaltung 7 zum Detektieren von übertragenem Drehmoment durch Verarbeitungen von Ausgangssignalen der Brückenschaltung 61 auf. Die Dehnungsmesseinheit 51 ist in den nachfolgenden Beispielen an einer inneren Oberfläche 13a einer Membran 13 eines flexiblen außenverzahnten Zahnrads bzw. Außenzahnrads 31 angeordnet. Die Dehnungsmesseinheit 51 kann auch an einer anderen Stelle angebracht sein. Die grundlegende Konfiguration der Drehmomentdetektionsvorrichtung 10 ist die gleiche wie bei einem üblichen Widerstandsdraht-Dehnungsmesser, der Dehnungsmesseinrichtungen verwendet. Aus diesem Grund werden nur die Formgebung und die Position der Dehnungsmesseinheit 51 im Folgenden beschrieben.
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(nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel 1)
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Die 2A bis 2F und die 3A bis 3D zeigen jeweils Beispiele für Montagepositionen in dem Fall, in dem einachsige Dehnungsmesseinrichtungen für die Dehnungsmesseinheit 51 verwendet werden, die an der inneren Oberfläche 13a der Membran 13 (siehe 1) des flexiblen Außenzahnrads 31 des Wellengetriebes 11 angebracht ist. Die 2A und 2B entsprechen den 16A und 16B. Die 2C und 2D zeigen ebenfalls Konfigurationen, die im Grunde den 16A und 16B entsprechen, jedoch erhält man diese Konfigurationen unter Berücksichtigung von Asymmetrie, und zwar in dem Sinn, dass Dehnung, Kompression, Biegung sowie andere Arten von Dehnungsbelastung entlang der Nebenachse und der Hauptachse bei dem sich elliptisch biegenden Außenzahnrad 31 nicht perfekt dieselbe Größe erreichen, sowie unter Annahme einer umgekehrten Befestigungsanordnung, bei der die Detektionsrichtung der Dehnungsmesseinrichtungen C und D entgegengesetzt zu der der Dehnungsmesseinrichtungen A und B ist. Das zusammengesetzte Signal aus den detektierten Signalen, das man von der Brückenschaltung 61 erhält, wird im Fall der 2A und 2B ausgedrückt durch (A + C) – (D + B), während es in den 2C und 2D (A – C) + (D – B) ist. Die 2E und 2F zeigen Konfigurationen, die den 17A und 17B entsprechen, die 3A und 3B zeigen Konfigurationen, die den 18A und 18B entsprechen, und die 3C und 3D zeigen Konfigurationen, die den 19A und 19B entsprechen. Im Fall der 3A und 3C kann auch eine Anordnung aufgegriffen werden, die die vorstehend beschriebene Asymmetrie berücksichtigt und die Richtung der Dehnungsmesseinrichtungen ändert.
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Bei Verwendung von solchen einachsigen Dehnungsmesseinrichtungen A bis H sind die Kosten für die Dehnungsmesseinrichtungen niedrig, und auch die Anzahl der von den Dehnungsmesseinrichtungen nach außen geführten Leitungsdrähte ist halbiert, so dass sich die Drehmomentdetektionsvorrichtung kostengünstig herstellen läßt und die Verdrahtung der Dehnungsmesseinrichtung vereinfacht ist.
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(nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel 2)
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Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Beispielen im Handel erhältliche einachsige Dehnungsmesseinrichtungen verwendet werden, ist es auch möglich, eine oder mehrere Dehnungsmesseinheiten herzustellen und zu verwenden, die ein bestimmtes Dehnungsmesseinrichtungs-Muster aufweisen. Anstelle der Verwendung von vier Sätzen von rechtwinklig-zweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen, wie z. B. den in 16A gezeigten, ist es beispielsweise auch möglich, eine Dehnungsmesseinheit mit einem Dehnungsmesseinrichtungs-Muster vorzuschlagen, bei dem vier Sätze (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2) von fischgrätmusterförmigen Detektionssegmenten vorhanden sind, die rechtwinklig-zweiachsigen Dehnungsmesseinrichtungen entsprechen, wie dies in 4A dargestellt ist. Die Dehnungsmesseinheit weist einen Flächenkörper 100 aus Polyimid oder dergleichen auf, auf dem die Detektionssegmente und die Brückenverdrahtungsmuster in integraler Weise als Dehnungsmesseinrichtungs-Muster ausgebildet sind. Das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster kann z. B. durch Cu-Ni-Material gebildet sein. Der Verdrahtungsvorgang ist dadurch vereinfacht, dass Anschlüsse (die in den Darstellungen mit den Bezugszeichen 1 bis 4 bezeichneten Bereiche) für die externe Verbindung von den Brückenverdrahtungsmustern nach außen geführt sind. Da das in dieser Weise konfigurierte Dehnungsmesseinrichtungs-Muster nur an der Membran 13 des flexiblen Außenzahnrads 31 angebracht zu werden braucht, besteht keine Notwendigkeit, jede Dehnungsmesseinrichtung unter einzelner Positionierung derselben zu montieren. Die Herstellungskosten reduzieren sich somit dadurch, dass der Montagevorgang vereinfacht ist.
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(nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel 3)
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Bei dem vorstehend beschriebenen Dehnungsmesseinrichtungs-Muster des Ausführungsbeispiels 2 ist es schwierig, den Innendurchmesser der Dehnungsmesseinheit 51 zu erhöhen und den Außendurchmesser zu reduzieren, da jedes Detektionssegment A1 bis D2 in Radialrichtung ausgebildet ist. Insbesondere ist es notwendig, den Außendurchmesser der Dehnungsmesseinheit zu reduzieren und den Innendurchmesser derselben zu vergrößern, wenn diese an der Membran eines flexiblen Außenzahnrads eines klein dimensionierten, hohl ausgebildeten Wellengetriebes angebracht wird.
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In Anbetracht des Vorstehenden sollten die Detektionssegmente A bis D der Dehnungsmesseinheit in einer Kreisbogenform vorgesehen sein, und das Gittermuster der die Detektionssegmente A bis D bildenden Widerstandskräfte sollte in einer Neigung von 45° zu der Richtung der Tangente der Kreisbogenform ausgebildet sein, wie dies in den 5A und 5B, den 6A und 6B, den 7A und 7B, den 8A und 8B, den 9A und 9B sowie den 10A und 10B gezeigt ist. Eine derartige Konfiguration ermöglicht eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters sowie eine Reduzierung des Außendurchmessers desselben, da die Breite der Detektionssegmente A bis D reduziert werden kann.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass bei diesen Dehnungsmesseinrichtungs-Mustern das Brückenverdrahtungsmuster in integraler Weise ausgebildet ist, um die Detektionssegmente A bis D zu verbinden, wobei auch die Anschlüsse für die externe Verbindung (die mit den Bezugszeichen 1 bis 6 bezeichneten Bereiche) in integraler Weise ausgebildet sind. Die Dehnungsmesseinrichtungs-Muster können durch Metallabscheidung oder andere Verfahrensweisen direkt auf der Oberfläche des flexiblen Außenzahnrads gebildet werden, anstatt diese auf der Oberfläche eines Kunststoff-Flächenkörpers auszubilden. Dadurch läßt sich ein Schritt zum Montieren oder haftenden Anbringen des das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster aufweisenden Flächenkörpers eliminieren, wodurch die Zuverlässigkeit der Dehnungsmesseinheit gesteigert wird.
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Es ist auch darauf hinzuweisen, dass nur die Detektionssegmente A bis D und die Anschlüsse für die externe Verbindung in den Beispielen der 5A, 5B und der 6A, 6B im Wesentlichen auf dem Flächenkörper gebildet sind. Derartige Dehnungsmesseinrichtungs-Muster sind äußerst vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters vergrößert werden soll, während der Außendurchmesser desselben reduziert werden soll. Aus diesem Grund sind die Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 5A bis 6B bevorzugt, wenn die Dehnungsmesseinheit an einer Oberfläche des flexiblen Außenzahnrads eines klein dimensionierten, hohl ausgebildeten Wellengetriebes angebracht wird.
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Zusätzlich dazu ist das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 6A und 6B in der Lage, Drehmoment exakter zu detektieren als das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 5A und 5B. Genauer gesagt kann das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 5A und 5B Detektionsfehlerkomponenten aufgrund von asymmetrischer, elliptischer Verformung des flexiblen Außenzahnrads nicht eliminieren. Das Muster der 7A und 7B ist in der Lage, Signale abzugeben, bei denen diese Fehlerkomponenten ausgeschlossen sind, so dass eine exakte Drehmomentdetektion ausgeführt werden kann. Da jedoch das Muster der 7A und 7B in integraler Weise mit dem Verdrahtungsmuster ausgebildet ist, nimmt die Größe desselben tendenziell zu. Im Gegensatz dazu hat das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 6A und 6B eine ähnliche Brückenverbindung wie das der 7A und 7B, jedoch kein Verdrahtungsmuster, so dass sich eine exakte Drehmomentdetektion ohne Verminderung der Größe des Innendurchmessers und ohne Vergrößerung des Außendurchmessers des Musters ausführen läßt. Somit ist das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 6A und 6B für ein klein dimensioniertes, hohl ausgebildetes Wellengetriebe geeignet.
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Zusätzlich dazu weist das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 6A und 6B ein Paar Detektionssegmente A und B sowie ein Paar Detektionssegmente C und D in einem derartigen Zustand auf, dass diese Paare auf der Oberfläche des Flächenkörpers nicht verdrahtungsmäßig miteinander verbunden sind. Genauer gesagt sind keine Drahtverbindungen zwischen den externen Verbindungsanschlüssen 2 und 5 oder zwischen den externen Verbindungsanschlüssen 3 und 6 vorhanden. Somit können die Widerstandswerte dieser Detektionssegmente nach dem Herstellungsvorgang der Dehnungsmesseinheit gemessen werden, so dass sich die Qualität derselben in vorteilhafter Weise aufrechterhalten läßt.
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Die 5A und 5B stellen Konfigurationen dar, die den 2A und 2B entsprechen; die 6A und 6B sowie die 7A und 7B stellen Konfigurationen dar, die den 2C und 2D entsprechen; die 8A und 8B stellen Konfigurationen dar, die den 2E und 2F entsprechen; die 9A und 9B stellen Konfigurationen dar, die den 3A und 3B entsprechen; und die 10A und 10B stellen Konfigurationen dar, die den 3C und 3D entsprechen.
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(Ausführungsbeispiel 4)
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Als nächstes ist ein Dehnungsmesseinrichtungs-Muster, bei dem ein einziges Detektionssegment derart konfiguriert ist, dass es einen Bereich von 360° umfasst, in den 11A und 116 dargestellt. Die Anschlüsse (die in den Darstellungen durch die Bezugszeichen 1 und 2 dargestellten Bereiche) für die externe Verdrahtung sind ebenfalls in integraler Weise an beiden Enden derselben ausgebildet. Wenn eine Dehnungsmesseinheit, die ein Dehnungsmesseinrichtungs-Muster mit einer derartigen Konfiguration aufweist, an der Oberfläche der Membran 13 in dem flexiblen Außenzahnrad 31 des Wellengetriebes 11 angebracht wird, wird die Welligkeitskomponente des detektierten Signals gemittelt, und Welligkeitseffekte werden wirksam kompensiert, da die Dehnungsdetektion den gesamten Bereich von 360° umfassen kann. Somit kann das übertragene Drehmoment des Wellengetriebes 11 unter Verwendung eines sehr einfachen Dehnungsmesseinrichtungs-Musters mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
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Das in Radialrichtung erfolgende Biegen des flexiblen Außenzahnrads 31 weist für jede Umdrehung des Wellengenerators in dem Wellengetriebe 11 zwei Perioden auf, wobei eine einzelne Periode 180° bildet, wodurch es möglich wird, ein Dehnungsmesseinrichtungs-Muster mit integrierten Detektionssegmenten A und B in Form von Kreisbögen zu verwenden, die einen Winkel von 180° einschließen, wie dies in den 12A und 12B gezeigt ist. In diesem Fall besteht auch die Möglichkeit zum Integrieren des Anschlusses (der in den Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 1 dargestellte Bereich) für die externe Verbindung, der von dem Verbindungsende der Detektionssegmente A und B nach außen geführt ist, sowie der Anschlüsse (die in den Zeichnungen mit den Bezugszeichen 3 und 2 dargestellten Bereiche) für die externe Verbindung, die von dem Ende der Detektionssegmente A und B nach außen geführt sind.
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Diese Konfiguration ist dem Dehnungsmesseinrichtungs-Muster der 11A hinsichtlich des Temperaturausgleichs überlegen, da es sich hierbei um eine Halbbrücken-Schaltungskonfiguration handelt.
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13 zeigt ein Dehnungsmesseinrichtungs-Muster gemäß einem Ausführungsbeipspiel der Erfindung, bei dem es sich um ein zusammengesetztes Muster aus den beiden zusammengeklebten Dehnungsmesseinrichtungs-Mustern der 11 handelt. Eines der Dehnungsmesseinrichtungs-Muster weist ein einziges Detektionssegment A1 auf, das einen Winkelbereich von 360° sowie Anschlüsse für die externe Verbindung (in der Zeichnung mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet) umfasst, und das andere weist ein einziges Detektionssegment A2 auf, das einen Winkelbereich von 360° sowie Anschlüsse für die externe Verbindung (in der Zeichnung mit den Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnet) umfasst. Diese beiden Dehnungsmesseinrichtungs-Muster werden derart zusammengesetzt, dass die Gittermuster der Widerstandskräfte der jeweiligen Detektionssegmente A1 und A2 einander senkrecht zueinander schneiden.
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Wenn die auf diese Weise ausgebildete, zusammengesetzte Dehnungsmesseinheit an der Oberfläche der Membran 13 in dem flexiblen Außenzahnrad 31 des Wellengetriebes 11 angebracht wird, wird die Welligkeitskomponente des detektierten Signals gemittelt, und Welligkeiten werden effektiv kompensiert, da die Dehnungsdetektion den gesamten Bereich von 360° umfassen kann. Ferner sind die Gittermuster der beiden Dehnungsmesseinrichtungs-Muster senkrecht zueinander angeordnet, so dass auch eine Temperaturkompensation der Dehnungsmesseinheit ausgeführt werden kann. Somit kann das übertragene Drehmoment des Wellengetriebes 11 mit extrem hoher Genauigkeit detektiert werden.
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(Beispiel des Gittermusters)
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Beispiele des Gittermusters der Widerstandsdrähte, die die Detektionssegmente A bis D, A1 und A2 in den 5 bis 13 bilden, sind in den 14A und 14B in vergrößerter Form dargestellt.
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Gemäß der Drehmomentdetektionsvorrichtung für ein Wellengetriebe, wie diese vorstehend beschrieben worden ist, ist eine Mehrzahl von an einem flexiblen Außenzahnrad angebrachten Dehnungsmesseinrichtungen in Form eines integralen Dehnungsmesseinrichtungs-Musters ausgebildet, wobei die den jeweiligen Dehnungsmesseinrichtungen entsprechenden Detektionssegmente vorgeschriebene Formgebungen annehmen, insbesondere kreisbogenförmige Formgebungen. Auf diese Weise ist es möglich, Vorgänge zu vereinfachen, bei denen zahlreiche Dehnungsmesseinrichtungen an der Membran oder einer anderen Komponente eines flexiblen Außenzahnrads positioniert und angebracht werden. Die Positionen zwischen den Detektionssegmenten sind im Voraus festgelegt, so dass auch Montagefehler reduziert werden können.
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In dem Fall, dass die Detektionssegmente mit kreisbogenförmiger Formgebung ausgebildet sind, kann der Außendurchmesser des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters reduziert werden, so dass diese Möglichkeit bei Fällen anwendbar ist, in denen der Montageraum eng ist, wie z. B. bei einem klein dimensionierten Wellengetriebe. Da ferner auch der Innendurchmesser des Dehnungsmesseinrichtungs-Musters vergrößert werden kann, ist das Dehnungsmesseinrichtungs-Muster mit den kreisbogenförmigen Detektionssegmenten besonders geeignet für die Anwendung bei einem klein dimensionierten, hohl ausgebildeten Wellengetriebe.
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Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch der Verdrahtungsvorgang der Dehnungsmesseinheit vereinfacht, da die Detektionssegmente und die Brückenverschaltung in integraler Weise als Dehnungsmesseinrichtungs-Muster ausgebildet sind. Durch Verwendung eines Dehnungsmesseinrichtungs-Musters, dessen Detektionssegmente in Kreisbogenformen von 360° oder 180° ausgebildet sind, besteht ferner keine Notwendigkeit mehr zum Eliminieren von Fehlerkomponenten aus detektierten Signalen auf der Basis von detektierten Signalen von einer großen Anzahl von Detektionssegmenten, so dass sich eine kostengünstige Drehmomentdetektionsvorrichtung mit einer einfachen Konstruktion realisieren läßt.
