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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein steifes, innen verzahntes Zahnrad und einen Wellstopfen eines Wellgenerators in einem Verformungswellgetriebe. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Hohlkörpers, der zur Herstellung des Wellstopfens und des steifen, innen verzahnten Zahnrades verwendet wird.
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Stand der Technik
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In Verformungswellgetrieben bewirkt ein Wellgenerator, dass sich ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad in eine elliptische Form verbiegt und teilweise in ein steifes, innen verzahntes Zahnrad eingreift, und Drehen des Wellgenerators bewirkt, dass sich die Eingriffspositionen zwischen den beiden Zahnrädern in der Umfangsrichtung bewegen. Dies erzeugt eine relative Rotation zwischen den beiden Zahnrädern, die in Übereinstimmung mit der Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern ist.
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Wenn eines der Zahnräder so festgehalten wird, dass es nicht rotiert, wird die von dem Wellgenerator eingegebene Rotation von dem anderen Zahnrad als reduzierte Rotation ausgeben, deren Drehzahl in Übereinstimmung mit der Differenz in der Anzahl der Zähne zwischen den beiden Zahnrädern reduziert ist. Der Wellgenerator, der bewirkt, dass sich das flexible, außen verzahnte Zahnrad in eine elliptische Form verbiegt, umfasst typischerweise einen metallischen steifen Stopfen, der eine elliptische Außenumfangsform hat, und ein Welllager, das auf der elliptischen Außenumfangsform angebracht ist. Es sind Wellgetriebe vom hohlen Typ bekannt, in denen sich ein hohler Bereich in axialer Richtung durch den zentralen Bereich des Verformungswellgetriebes erstreckt. In hohlen Verformungswellgetrieben wird ein zylindrischer Wellstopfen mit einem hohlen Bereich, der sich durch den zentralen Bereich des Stopfens erstreckt, als Wellstopfen des Wellgenerators verwendet.
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In Verformungswellgetrieben besteht ein Bedürfnis nach einem erhöhten Nutzdrehmoment und einem größeren Hohldurchmesser. Wenn der Hohldurchmesser vergrößert wird, ist in Fällen, in denen das Nutzdrehmoment groß ist, Zahnspringen (Durchrutschen) des Verformungswellgetriebes ein Problem. Insbesondere ist es notwendig, einen größeren hohlen Bereich im Wellstopfen auszubilden, um in flachen oder zylinderhutförmigen Verformungswellgetrieben einen hohlen Bereich mit einem größeren Innendurchmesser auszubilden. Wenn ein großer hohler Bereich im Wellstopfen ausgebildet wird, wird seine Wanddicke verringert und seine Steifheit in radialer Richtung reduziert. Als ein Ergebnis nimmt auch das Lastdrehmoment, bei dem Zahnspringen zwischen den beiden Zahnrädern auftritt, ab. Um dies zu vermeiden, wird ein Wellstopfen benötigt, der eine hohe Steifheit hat, selbst wenn der Querschnitt (Wanddicke, -breite) beschränkt ist.
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Keramiken (Aluminiumoxid: 350 GPa, Silikonnitrid: 320 GPa) und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (die im Folgenden auch als „CFRP” bezeichnet werden) sind als Materialien bekannt, die in Längsrichtung ein größeres Elastizitätsmodul als Stahl haben (Elastizitätsmodul in Längsrichtung: 210 GPa), der typischerweise als Material für den Wellstopfen verwendet wird.
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Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff hat aufgrund des Elastizitätsmoduls der verwendeten Kohlenstofffasern einen weiten Bereich von 55 bis 400 GPa an Elastizitätskoeffizienten in Längsrichtung. Patentdokument 1 offenbart ein Material, in dem CFRP verwendet wird. Im Patentdokument 1 wird vorgeschlagen, dass ein Material mit einer Schichtstruktur, in der CFRP-Schichten auf der Vorderseite und auf der Rückseite einer Vibrationsdämpfungsplatte aufgeschichtet werden, in einem rechteckigen röhrenförmigen Rahmen verwendet wird, um eine Gabel in einer Roboterhand auszubilden.
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Dokumente des Standes der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP-A 2013-180357
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Da sie nicht einfach bearbeitet werden können, sind Keramiken jedoch nicht geeignet, um als Material für Wellstopfen verwendet zu werden. Obwohl in Betracht gezogen worden ist, Wellstopfen unter Verwendung eines Materials mit einer Schichtstruktur, wie sie im Patentdokument 1 vorgeschlagen worden ist, herzustellen, werden darüber hinaus die Vorder- und Rückseiten des Materials durch CFRP-Schichten gebildet und sind nicht einfach zu bearbeiten.
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Es ist notwendig, die Außenumfangsfläche des Wellstopfens zu bearbeiten, damit sie eine hochpräzise elliptische Form hat, zusätzlich sind komplexe Prozesse erforderlich, um eine Motorwelle an der Innenumfangsfläche des Wellstopfens anzubringen und andere derartige Operationen vorzunehmen. Daher besteht, während ein Bedürfnis nach einem Wellstopfen mit hoher Steifheit vorhanden ist, gleichzeitig ein Bedürfnis, dass die Außen- und Innenumfangsflächen des Wellstopfens einfach mit hoher Präzision bearbeitet werden können. Im Stand der Technik gibt es kein als Material für einen Wellstopfen geeignetes Material, das diese beiden Anforderungen erfüllt.
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Auch in Bezug auf das steife, innen verzahnte Zahnrad eines Verformungswellgetriebes besteht, während ein Bedürfnis nach hoher Steifheit besteht, gleichzeitig ein Bedürfnis, dass die Innenverzahnung auf der Innenumfangsfläche einfach mit hoher Präzision hergestellt werden kann. Auch gibt es Fälle, in denen das steife, innen verzahnte Zahnrad das flexible, außen verzahnte Zahnrad auf der Außenumfangsfläche abstützt, wobei ein Kugellager oder ein Lager eines anderen Typs zwischen ihnen angeordnet ist. In solch einem Fall ist die Innenlaufbahnfläche des Lagers integral mit der Außenumfangsfläche des steifen, innen verzahnten Zahnrades ausgeformt, und das Verformungswellgetriebe ist so konfiguriert, dass es klein ist und ein geringes Gewicht hat. Daher besteht ein Bedürfnis, dass das steife, innen verzahnte Zahnrad eine hohe Steifheit hat, und dass eine Laufbahnfläche des Lagers einfach mit hoher Präzision auf seiner Außenumfangsfläche ausgebildet werden kann.
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Angesichts des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verformungswellgetriebe bereitzustellen, das einen Wellgenerator mit einem sehr gut bearbeitbaren Wellstopfen hat, der es emöglicht, eine hohe Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt (Wanddicke, -breite) beschränkt ist.
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Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verformungswellgetriebe bereitzustellen, bei dem jede Verringerung des Lastdrehmoments, bei dem Zahnspringen auftritt, minimiert wird, und ein großer hohler Bereich ausgebildet werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verformungswellgetriebe mit einem steifen, innen verzahnten Zahnrad bereitzustellen, das einfach bearbeitbar ist und mit dem es möglich ist, eine hohe Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt beschränkt ist.
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Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Hohlkörpers zur Verwendung bei der Herstellung eines solchen Wellstopfens und eines steifen, innen verzahnten Zahnrades, die einfach bearbeitbar sind und mit denen es möglich ist, eine hohe Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt beschränkt ist, vorzuschlagen.
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Mittel zum Lösen der Aufgaben
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Um die zuvor beschriebenen Aufgaben zu lösen, ist ein Verformungswellgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist:
ein steifes, innen verzahntes Zahnrad;
ein flexibles, außen verzahntes Zahnrad; und
einen Wellgenerator, um zu bewirken, dass sich das flexible, außen verzahnte Zahnrad in eine elliptische oder andere nicht-kreisförmige Form verbiegt und teilweise in das steife, innen verzahnte Zahnrad eingreift, und um zu bewirken, dass sich die Eingriffspositionen zwischen den beiden Zahnrädern in der Umfangsrichtung bewegen;
wobei der Wellgenerator einen hohlen Wellstopfen aufweist, dessen Stopfen-Außenumfangsfläche in einer elliptischen oder anderen nicht-kreisförmigen Form ausgebildet ist, und wobei ein Welllager auf der Stopfen-Außenumfangsfläche montiert ist;
wobei wenigstens eines von dem steifen, innen verzahnten Zahnrad und dem Wellstopfen aus einem mehrschichtigen Hohlkörper ausgebildet ist;
wobei der mehrschichtige Hohlkörper einen äußeren Hohlkörper aus Metall, einen inneren Hohlkörper aus Metall und einen Zwischenhohlkörper aufweist, der zwischen dem äußeren Hohlkörper und dem inneren Hohlkörper angeordnet ist; und
wobei der Zwischenhohlkörper wenigstens eine Schicht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff aufweist.
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In einem Verformungswellgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Wellstopfen und/oder das steife, innen verzahnte Zahnrad aus einem mehrschichtigen Hohlkörper ausgebildet, in dem eine CFRP-Schicht zwischen dem äußeren Hohlkörper und dem inneren Hohlkörper angeordnet ist. Ein Wellstopfen oder ein steifes, innen verzahntes Zahnrad, das aus diesen Materialien ausgebildet ist, hat, wenn der Querschnitt (Wanddicke und -breite) beschränkt ist, ein geringeres Gewicht und eine höhere garantierte Steifigkeit als im Fall eines Wellstopfens oder eines steifen, innen verzahnten Zahnrades, das nur Metall enthält. Darüber hinaus wird die Außenumfangsfläche des mehrschichtigen Hohlkörpers durch den äußeren Hohlkörper, der aus Metall gemacht ist, gebildet, und die Innenumfangsfläche des mehrschichtigen Hohlkörpers wird durch den inneren Hohlkörper, der aus Metall gemacht ist, gebildet. Demzufolge kann der mehrschichtige Hohlkörper in Bezug auf den Außenumfangsbereich und den Innenumfangsbereich einfach verarbeitet werden, und er ist geeignet, als Material für einen Wellstopfen oder ein steifes, innen verzahntes Zahnrad verwendet zu werden.
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In der vorliegenden Erfindung wird die Stopfen-Außenumfangsfläche auf der Außenumfangsfläche des äußeren Hohlkörpers ausgebildet, wenn der Wellstopfen aus dem mehrschichtigen Hohlkörper geformt wird. Mit diesem Wellstopfen ist es möglich, eine höhere Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt (Wanddicke und -breite) beschränkt ist, und den Wellstopfen leichter zu machen, als in dem Fall eines Wellstopfens, der nur Metall enthält. Dementsprechend ist es möglich, einen leichten Wellstopfen zu implementieren, in dem ein großer hohler Bereich ausgebildet werden kann, wobei die notwendige Steifheit sichergestellt wird.
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Darüber hinaus ist es der Außenumfangsbereich des Wellstopfens aus dem äußeren Hohlkörper aus Metall geformt, und der Innenumfangsbereich des Wellstopfens ist aus dem inneren Hohlkörper aus Metall geformt. Demzufolge ist es einfach, die Außenumfangsfläche des Wellstopfens präzise zu bearbeiten, um eine elliptische oder auf andere Weise nicht-kreisförmige Außenumfangsfläche zu schaffen, und es ist auch einfach, komplexe Verarbeitungsschritte durchzuführen, um die Motorwelle an der Innenumfangsfläche des Wellstopfens anzubringen.
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Auf diese Weise wird in einem Verformungswellgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wellstopfen verwendet, der einfach zu bearbeiten ist und mit dem es möglich ist, eine hohe Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt beschränkt ist. Es ist daher möglich, die Steifheit des Wellstopfens selbst dann sicherzustellen, wenn darin ein großer hohler Bereich ausgebildet wird; demzufolge ist es, da das flexible, außen verzahnte Zahnrad einfach von dem Wellgenerator abgestützt werden kann, möglich, jegliche Reduktion des Lastdrehmoments, bei dem Zahnspringen auftritt, zu minimieren, und ein leichtes Verformungswellgetriebe zu implementieren, in dem ein großer hohler Bereich ausgebildet werden kann.
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Der Zwischenhohlkörper umfasst vorzugsweise: einen ersten Hohlkörper aus Metall; eine erste karbonfaserverstärkte Plastikschicht, die zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Hohlkörpers und der Innenumfangsfläche des äußeren Hohlkörpers angeordnet ist, und eine zweite karbonfaserverstärkte Kunststoffschicht, die zwischen der Innenumfangsfläche des ersten Hohlkörpers und der Außenumfangsfläche des inneren Hohlkörpers angeordnet ist. Das Aufschichten mehrere CFRP-Schichten ermöglicht es, Isotropie in der Steifheit und andere Formen mechanischer Stärke des Wellstopfens sicherzustellen, sowie die Steifheit des Wellstopfens zu erhöhen und sein Gewicht zu reduzieren.
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Es ist möglich, als das Material, das den äußeren Hohlkörper, den inneren Hohlkörper und den ersten Hohlkörper bildet, ein Material zu verwenden, das aus Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen ausgewählt ist. Jeder der Hohlkörper kann auch unter Verwendung von Metallmaterialien hergestellt werden, die sich voneinander unterscheiden.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Hohlkörpers zur Verwendung eines Wellstopfens, der wie zuvor beschrieben aufgebaut ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst,
einen Schritt zum Herstellen eines ersten hohlen Schichtkörpers durch Schichten der zweiten karbonfaserverstärkten Plastikschicht auf einer Außenumfangsfläche eines Rohlings für den inneren Hohlkörper zum Ausbilden des inneren Hohlkörpers;
einen Schritt zum Herstellen eines zweiten hohlen Schichtkörpers durch Schichten der ersten kohlenstofffaserverstärkten Plastikschicht auf einer Außenumfangsfläche eines Rohlings für den ersten Hohlkörper zum Ausbilden des ersten Hohlkörpers;
einen Schritt zum Herstellen eines dritten hohlen Schichtkörpers durch Presspassen des ersten hohlen Schichtkörpers in den zweiten hohlen Schichtkörper und Anbringen der zweiten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht an einer Innenumfangsfläche des Rohlings für den ersten Hohlkörper;
einen Schritt zum Herstellen eines vierten hohlen Schichtkörpers durch Presspassen des dritten hohlen Schichtkörpers in einen Rohling für einen äußeren Hohlkörper zum Ausbilden des äußeren Hohlkörpers, und Anbringen der ersten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht an einer Innenumfangsfläche des Rohlings für den äußeren Hohlkörper; und
einen Schritt zum Nachbearbeiten des Rohlings für den äußeren Hohlkörper des vierten hohlen Schichtkörpers und/oder des Rohlings für den inneren Hohlkörper des vierten hohlen Schichtkörpers.
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Das steife, innen verzahnte Zahnrad kann aus einem mehrschichten Hohlkörper ausgebildet werden. In diesem Fall wird auf der Innenumfangsfläche des inneren Hohlkörpers des mehrschichten Hohlkörpers eine Innenverzahnung ausgebildet. Es gibt auch Fälle, in denen die Innenlaufbahnfläche eines Kugellagers oder eines Rollenlagers auf der Außenumfangsfläche des äußeren Hohlkörpers ausgebildet wird. In dem Fall, dass auch das steife, innen verzahnte Zahnrad aus einem mehrschichtigen Hohlkörper ausgebildet ist, kann der Zwischenhohlkörper einen ersten metallischen Hohlkörper umfassen, eine erste karbonfaserverstärkte Plastikschicht kann zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Hohlkörpers und der Innenumfangsfläche des äußeren Hohlkörpers angeordnet sein, und eine zweite karbonfaserverstärkte Kunststoffschicht kann zwischen der Innenumfangsfläche des ersten Hohlkörpers und der Außenumfangsfläche des inneren Hohlkörpers angeordnet sein. Darüber hinaus kann das Material, das den äußeren Hohlkörper den inneren Hohlkörper und den ersten Hohlkörper bildet, ein Material sein, dass aus Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen ausgewählt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das steife, innen verzahnte Zahnrad aus einem mehrschichtigen Hohlkörper gebildet, in dem ein äußerer Zylinder und ein innerer Zylinder, zwischen denen eine CFRP-Schicht angeordnet ist, beschichtet sind. Dies ermöglicht es, eine höhere Steifheit sicherzustellen, wenn der Querschnitt (Wanddicke und -breite) beschränkt ist, und den Wellstopfen leichter zu machen als im Fall eines steifen, innen verzahnten Zahnrades, das nur aus Metall gemacht ist. Darüber hinaus ist der Außenumfangsbereich des steifen, innen verzahnten Zahnrades aus einem metallischen äußeren Hohlkörper gebildet, und der Innenumfangsbereich des steifen, innen verzahnten Zahnrades ist aus einem metallischen inneren Hohlkörper gebildet. Demzufolge ist es einfach, die Innenverzahnung der Innenumfangsfläche präzise auszubilden. Darüber hinaus ist es einfach, die Laufbahnfläche des Lagers integral mit der Außenumfangsfläche auszubilden.
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Das Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Hohlkörpers zur Verwendung bei der Herstellung eines steifen, innen verzahnten Zahnrades, der wie zuvor beschrieben aufgebaut ist, umfasst
einen Schritt zum Herstellen eines ersten hohlen Schichtkörpers durch Schichten der zweiten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht auf einer Außenumfangsfläche eines Rohlings für einen inneren Hohlkörper zum Herstellen des inneren Hohlkörpers;
einen Schritt zum Herstellen eines zweiten Kohlenschichtkörpers durch Schichten der ersten kohlestofffaserverstärkten Kunststoffschicht auf einer Außenumfangsfläche eines Rohlings für einen ersten Hohlkörper zum Ausbilden des ersten Hohlkörpers;
einen Schritt zum Herstellen eines dritten Kohlenschichtkörpers durch Presspassen des ersten Kohlenschichtkörpers in den zweiten hohlen Schichtkörper und durch Befestigen der zweiten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht an einer Innenumfangsfläche des Rohlings für den ersten Hohlkörper;
einen Schritt zum Herstellen eines vierten hohlen Schichtkörpers durch Presspassen des dritten hohlen Schichtkörpers in einen Rohling für einen äußeren Hohlkörper zum Ausbilden des äußeren Hohlkörpers, und Befestigen der ersten Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht an einer Innenumfangsfläche des Rohlings für den äußeren Hohlkörper; und
einen Schritt zum Ausbilden einer Innenverzahnung auf der Innenumfangsfläche des Rohlings für den inneren Hohlkörper des vierten hohlen Schichtkörpers.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine linksseitige Ansicht, eine Längsschnittansicht und eine rechtsseitige Ansicht eines zylinderhutförmigen Verformungswellgetriebes, in dem die vorliegende Erfindung benutzt wird;
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2 umfasst eine schematische Zeichnung, die den Aufbau eines Wellstopfens des Wellgenerators des in der 1 gezeigten Verformungswellgetriebes im Querschnitt zeigt, sowie eine schematische Zeichnung, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Wellstopfens zeigt, und eine schematische Zeichnung, die noch ein anderes Ausführungsbeispiel des Wellstopfens zeigt.
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3 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Verfahren zum Herstellen des in der 2 gezeigten Wellstopfens zeigt;
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4 ist eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines steifen, innen verzahnten Zahnrades, das aus einem mehrschichtigen Hohlkörper hergestellt ist; und
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5 ist eine Längsschnittansicht von drei Ausführungsbeispielen von Verformungswellgetrieben, in denen die vorliegende Erfindung benutzt werden kann.
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Art, die Erfindung auszuführen
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Ausführungsbeispiele eines Verformungswellgetriebes, in dem die vorliegende Erfindung benutzt werden kann, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die 1(a), 1(b) und 1(c) sind eine linksseitige Ansicht, eine Längsschnittansicht und eine rechtsseitige Ansicht eines zylinderhutförmigen Verformungswellgetriebes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Das Verformungswellgetriebe 1 hat ein steifes, innen verzahntes Zahnrad 2, ein zylinderhutförmiges, flexibles, außen verzahntes Zahnrad 3, das koaxial mit dem steifen, innen verzahnten Zahnrad 2 angeordnet ist, und einen Wellgenerator 4, der koaxial in das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 gepasst ist. Das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 hat einen in radialer Richtung flexiblen zylindrischen Trommelbereich 5, eine Membran 6, die sich von einem Ende des zylindrischen Trommelbereichs 5 in radialer Richtung nach außen erstreckt, und eine Außenverzahnung, die am anderen, offenen Ende des zylindrischen Trommelbereichs 5 auf dem Außenumfangsflächenbereich ausgebildet ist. Das steife, innen verzahnte Zahnrad 2 stützt das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 durch Kreuzrollenlager 9, die dazwischen angeordnet sind, in einem Zustand ab, in dem die Zahnräder relativ zueinander rotierbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Innenlaufbahnfläche 9a des Kreuzrollenlagers 9 auf der kreisförmigen Außenumfangsfläche des steifen, innen verzahnten Zahnrades 2 ausgebildet. Das flexible, außen verzahnte Zahnrad 3 ist koaxial an der äußeren Laufbahn 9b des Kreuzrollenlagers 9 befestigt.
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Der Bereich des flexiblen, außen verzahnten Zahnrades 3, in dem die Außenverzahnung 7 ausgebildet ist, wird durch den Wellgenerator 4 dazu gebracht, sich in eine nicht-kreisförmige, typischerweise in eine elliptische, Form zu verbiegen, und die Bereiche mit äußeren Zähnen 7 an den beiden Enden der Hauptachse der Ellipse greifen in Bereiche des innen verzahnten Zahnrades 2, die innere Zähne 8 haben, ein. Der Wellgenerator 4 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor rotierend angetrieben. Der Wellgenerator 4 hat einen steifen Wellstopfen 11 und ein Welllager 13, das auf der elliptischen Wellstopfen-Außenumfangsfläche 12 des Wellstopfens 11 angebracht ist und dazu gebracht wird, sich in eine elliptische Form zu verbiegen. In dem Wellstopfen 11 ist ein hohler Bereich 14 so ausgebildet, dass er sich in Richtung der Achse 11a durch dessen Zentrum erstreckt.
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Wellstopfen
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2(a) ist eine schematische Zeichnung, die den Aufbau des Wellstopfens 11 im Querschnitt zeigt. Der Wellstopfen 11 wird durch einen mehrschichtigen Hohlkörper gebildet, der eine CFRP-Schicht enthält; der Wellstopfen 11 umfasst einen äußeren Hohlkörper 21 mit einem Metallzylinder, auf dem die elliptische Wellstopfen-Außenumfangsfläche 12 ausgebildet ist, einen inneren Hohlkörper 22 mit einem Metallzylinder, in dem die Wellstopfen-Innenumfangsfläche 15 ausgebildet ist, und einen Zwischenhohlkörper 23, der zwischen dem äußeren Hohlkörper 21 und dem inneren Hohlkörper 22 angeordnet ist.
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Der Zwischenhohlkörper 23 umfasst einen ersten Hohlkörper 24 mit einem Metallzylinder, eine erste kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht 25, die zwischen der Außenumfangsfläche 24a des ersten Hohlkörpers 24 und der Innenumfangsfläche 21b des äußeren Hohlkörpers 21 angeordnet ist, und eine zweite kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht 26, die zwischen der Innenumfangsfläche 24b des ersten Hohlkörpers 24 und der Außenumfangsfläche 22a des inneren Hohlkörpers 22 angeordnet ist.
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Stahl, rostfreier Stahl, eine Aluminiumlegierung, eine Titanlegierung oder Ähnliches kann als das Material verwendet werden, das den äußeren Hohlkörper 21, den inneren Hohlkörper 22 und den ersten Hohlkörper 24 bildet. Typischerweise wird Kohlenstoffstahl („C-Stahl”) S45C verwendet. Für jeden der Hohlkörper 21, 22, 24 kann das gleiche Material verwendet werden, oder es können dafür Materialien verwendet werden, die sich voneinander unterscheiden. Es ist auch möglich, für den äußeren Hohlkörper 21 und für den inneren Hohlkörper 22 das gleiche Material zu verwenden und für den dazwischenliegenden ersten Hohlkörper 24 ein anderes Material zu verwenden.
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In der ersten und der zweiten CFRP-Schicht 25, 26 werden Kohlenstofffasern durch Aufwickeln einer Harzmatte oder durch Aufwickeln von Fasern gewickelt, wobei die Kohlenstofffasern in einer vorgegebenen Richtung und mit einer vorgegebenen Dichte in einem Harzträgermaterial aufgewickelt werden. Die Wickelrichtungen können in der Umfangsrichtung oder in einer anderen Richtung als der Umfangsrichtung festgelegt werden. Die Wickelrichtungen der ersten und der zweiten CFRP-Schicht können unterschiedlich gewählt werden.
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Es ist möglich, ein hochfestes Epoxidharz oder Polyamidharz als das Harz zu verwenden, das in der ersten und der zweiten CFRP-Schicht 25, 26 verwendet wird; typischerweise kann ein Epoxidharz verwendet werden. Es ist auch möglich, Kohlenstofffasern zu benutzen, die auf Pech basieren oder die PAN-basiert sind. Im Hinblick auf die Verarbeitungseigenschaften, Elastizität, Wärmeleitfähigkeit und Vibrationsdämpfungseigenschaften und Ähnliches ist es wünschenswert, Pech-basierte Kohlenstofffasern zu verwenden.
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Darüber hinaus kann das Volumen Vf der Kohlenstofffasern der ersten und der zweiten CFRP-Schichten 25, 26 in beiden Fällen, sowohl im Fall des Faserwickelns als auch des Schichtwickelns, auf 55 bis 65% festgelegt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Stärke der Verbindung zwischen dem Harzteil und dem Kohlenstofffasern wird ein Vf von 65% als optimaler Wert betrachtet.
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Um das Verbiegen des ringförmigen Wellstopfens 11 in radialer Richtung zu reduzieren, ist es darüber hinaus wünschenswert, das Spannungsmodul seiner Elastizität in der Umfangsrichtung zu erhöhen. Dazu kann die Wickelrichtung der Kohlenstofffasern in der ersten und der zweiten CFRP-Schicht 25, 26 auf die Umfangsrichtung festgelegt werden (0°-Orientierung). Wenn die CFRP-Schichten dünn sind; z. B. ungefähr 1,5 mm oder weniger, wird die 0°-Orientierung allein ausreichen; bei größeren Dicken ist jedoch entsprechend der Dicke eine 45°-Orientierung in Kombination mit der 0°-Orientierung wünschenswert, damit die Gesamtstärke wenigstens ein vorgegebenes Niveau erreicht.
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Wie in der 2(b) gezeigt, kann der Zwischenhohlkörper 23 allein aus der ersten karbonfaserverstärkten Kunststoffschicht 25 gebildet werden. In diesem Fall ist der Wellstopfen 11A aufgebaut aus einem metallischen äußeren Hohlkörper 21, auf dem die elliptische Stopfen-Außenumfangsfläche 12 ausgebildet ist, einem metallischen inneren Hohlkörper 22, in dem die Stopfen-Innenumfangsfläche 15 ausgebildet ist, und einer ersten CFRP-Schicht 25, die als Zwischenhohlkörper 23 dient, der zwischen dem äußeren Hohlkörper 21 und dem inneren Hohlkörper 22 angeordnet ist.
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Darüber hinaus kann, wie in der 2(c) gezeigt, ein Wellstopfen 11B verwendet werden, der aus dem Zwischenhohlkörper 23 aufgebaut ist. Dem Zwischenhohlkörper 23 ist in diesem Fall zusätzlich zu dem ersten Hohlkörper 24 und der ersten und der zweiten CFRP-Schicht 25, 26, die in der 2(a) gezeigt sind, ein innerer zweiter Hohlkörper 27, der einen Metallzylinder und eine dritte CFRP-Schicht 28 hat, hinzugefügt worden.
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Es sind Wellgeneratoren von Verformungswellgetrieben bekannt, die mit einem Oldham-Mechanismus ausgestattet sind. Z. B. ist ein Wellgenerator bekannt, der mit einem Oldham-Mechanismus ausgestattet ist, der einen Aufbau hat, wie er in
6 des
japanischen Patents Nr. 4155420 gezeigt ist.
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Auch in diesem Fall kann die vorliegende Erfindung auf jeden der Wellstopfen angewendet werden, die den Oldham-Mechanismus des Wellgenerators bilden.
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Verfahren zum Herstellen des Wellstopfens
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3 ist eine erläuternde Zeichnung, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Wellstopfens mit dem zuvor beschriebenen Aufbau zeigt (d. h., ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Hohlkörpers). Eine Erklärung wird unter Bezugnahme auf die 3 gegeben.
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Zuerst werden ein zylindrischer Rohling 22A für einen inneren Hohlkörper zum Ausbilden des inneren Hohlkörpers 22, ein zylindrischer Rohling 24A für einen ersten Hohlkörper zum Ausbilden des ersten Hohlkörpers 24 und ein zylindrischer Rohling für einen äußeren Hohlkörper zum Ausbilden des äußeren Hohlkörpers 21 ausgebildet (Schritte ST1-1, ST1-2, ST1-3). Es ist auch möglich, anstelle des Rohlings 22A für den inneren Hohlkörper einen Rohling zu verwenden, der einen metallischen runden Stab hat.
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Dann wird ein erster hohler Schichtkörper 31 hergestellt (ST2-1), indem die zweite kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffschicht 26 auf die kreisförmige Außenumfangsfläche des Rohlings 22A des inneren Hohlkörpers aufgebracht wird. Auf ähnliche Weise wird ein zweiter hohler Schichtkörper 32 hergestellt (ST2-2), indem die erste kohlenstofffaserverstärkte Plastik-Kunststoffschicht 25 auf die kreisförmige Außenumfangsfläche des Rohlings 24A für den ersten Hohlkörper aufgebracht wird.
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Dann wird der erste hohle Schichtkörper 31 in die kreisförmige Innenumfangsfläche des zweiten hohlen Schichtkörpers 32 pressgepasst und erhitzt, und die zweite CFRP-Schicht 26 und der zweite hohle Schichtkörper 32 werden unter Verwendung eines Klebemittels fest miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein dritter hohler Schichtkörper 33 erhalten (Schritt ST3). Danach wird der dritte hohle Schichtkörper 33 in die kreisförmige Innenumfangsfläche des Rohlings 21A für den äußeren Hohlkörper pressgepasst, und die erste CFRP-Schicht 25 und die kreisförmige Innenumfangsfläche des Rohlings 21A des äußeren Hohlkörpers werden unter Verwendung eines Klebemittels fest miteinander verbunden. Dadurch wird ein vierter hohler Schichtkörper 34 erhalten (Schritt ST4).
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Zum Schluss wird die kreisförmige Außenumfangsfläche des Rohlings 21A für den äußeren Hohlkörper des vierten hohlen Schichtkörpers 34 bearbeitet, um die elliptisch geformte Wellstopfen-Außenumfangsfläche 12 auszubilden. Darüber hinaus wird der Rohling 22A für den inneren Hohlkörper des vierte hohlen Schichtkörpers 34 nachbearbeitet, Bolzenöffnungen oder Ähnliches werden ausgebildet, und es wird ein hohler Bereich mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet (Schritt ST5). Durch diese Schritte wird der Wellstopfen 11 hergestellt.
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Ausführungsbeispiel eines steifen, innen verzahnten Zahnrades
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Auch sas zuvor beschriebene steife, innen verzahnte Zahnrad 2 kann aus einem mehrschichtigen Hohlkörper hergestellt werden, der eine CFRP-Schicht enthält. 4 ist eine Querschnittansicht eines steifen, innen verzahnten Zahnrades 2A, das aus einem mehrschichtigen Hohlkörper hergestellt ist; das steife, innen verzahnte Zahnrad 2A kann anstelle des steifen, innen verzahnten Zahnrades 2 verwendet werden, das in der 1 gezeigt ist.
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Das steife, innen verzahnte Zahnrad 2A umfasst einen äußeren Hohlkörper 121 mit einem Metallzylinder, in dem die innere Laufbahnfläche 109a von (nicht gezeigten) Kreuzrollenlagern ausgebildet ist, einen inneren Hohlkörper 122 mit einem Metallzylinder, auf dem eine Innenverzahnung 108 ausgebildet ist, und einen Zwischenhohlkörper 123, der zwischen dem äußeren Hohlkörper 121 und dem inneren Hohlkörper 122 angeordnet ist. Der Zwischenhohlkörper 123 ist aus einer einzigen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffschicht 125 ausgebildet.
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Das Material, das den äußeren Hohlkörper 121, den inneren Hohlkörper 122 und die CFRP-Schicht bildet, kann das gleiche sein, wie bei dem zuvor beschriebenen Wellstopfen 11. Darüber hinaus kann der Zwischenhohlkörper 123 auch den mehrschichtigen Aufbau haben, der in den 2(a) und 2(c) gezeigt ist.
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Es ist auch möglich, als Verfahren zum Herstellen des mehrschichtigen Hohlkörpers, der CFRP enthält und der zur Herstellung des steifen, innen verzahnten Zahnrades 2A verwendet wird, das gleiche Verfahren wie zum Herstellen des mehrschichtigen Hohlkörpers in dem Wellstopfen, der in der 3 gezeigt ist, zu benutzen. Die Schritte zum Herstellen des steifen, innen verzahnten Zahnrades 2A umfassen einen Schritt zum Ausbilden der Innenverzahnung 108 auf der Innenumfangsfläche des hergestellten mehrschichtigen Hohlkörpers, einen Schritt zum Ausbilden der Innenlaufbahnfläche 109a auf der Außenumfangsfläche und Ähnliches.
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Andere Ausführungsbeispiele
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Im Verformungswellgetriebe vom Einheitstyp, das in der 1 gezeigt ist, wird ein steifes, innen verzahntes Zahnrad 2A verwendet, mit dem die Innenlaufbahn 109a des Kreuzrollenlagers integral ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung kann auch auf steife, innen verzahnte Zahnräder anderer Strukturen, die in verschiedenen Arten von Verformungswellgetrieben verwendet werden, die anders als das in der 1 gezeigte Wellgetriebe vom Einheitstyp sind, angewandt werden.
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Z. B. ist 5(a) eine Längsschnittansicht eines becherförmigen Verformungswellgetriebes, 5(b) ist eine Längsschnittansicht eines flachen Verformungswellgetriebes, das einen Wellgenerator mit einreihigen Kugellagern hat, und 5(c) ist eine Längsschnittansicht eines flachen Verformungswellgetriebes, das einen Wellgenerator mit doppelreihigen Kugellagern hat. Das steife, innen verzahnte Zahnrad 2B, das in der 5(a) gezeigt ist, die in der 5(b) gezeigten beiden steifen, innen verzahnten Zahnräder 2C1, 2C2 und die in der 5(c) gezeigten beiden steifen, innen verzahnten Zahnräder 2D1, 2D2 können aus einem mehrschichtigen Hohlkörper gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
