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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Einrichtung soll in der
Lage sein, Spannungskonzentration abzubauen, die an jeweiligen Bereichen
eines zylinderhutförmigen
Zahnrads mit Außenverzahnung auftritt,
um dadurch den Außendurchmesser
desselben zu vermindern.
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EINSCHLÄGIGER STAND
DER TECHNIK
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Als ein Typ einer Zahnradeinrichtung
mit flexiblem Eingriff ist eine Zahnradeinrichtung bekannt, die
ein flexibles Zahnrad mit Außenverzahnung
in Zylinderhutform aufweist. In der vorliegenden Beschreibung wird
dieser Typ von Zahnradeinrichtung als Zylinderhut-Zahnradeinrichtung
mit flexiblem Eingriff bezeichnet.
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8 zeigt
eine Längsschnittansicht
eines flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
einer Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff, und zwar
geschnitten entlang einer Ebene, die die Axiallinie der Einrichtung
enthält.
Wie in dieser Figur dargestellt ist, weist das flexible Zahnrad
mit Außenverzahnung 1 einen
ringförmigen
Körperteil 2,
eine kreisförmige
Membran 3, die an einem inneren Umfangsende mit einem Öffnungsende
auf der proximalen Seiten verbunden ist, sowie eine kreisförmige dicke Nabe 5 auf,
die mit einem äußeren Umfangsende
der Membran 3 verbunden ist. Eine Außenverzahnung 4 ist
in integraler Weise auf einem Außenumfangsbereich eines Öffnungsendes
auf der distalen Seite des Körperteils 2 in
Umfangsrichtung ausgebildet.
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Die Einrichtung dieses Typs hat einen
Vorteil dahin gehend, dass ein Rotationselement, verschiedene Drähte und
dergleichen durch die Einrichtung hindurchgeführt angeordnet werden können. Da nämlich das
flexible Zahnrad mit Außenverzahnung die
Membran 3 aufweist, die sich von dem Ende des Körperteils 2 radial
nach außen
erstreckt, kann ein Innenraum des Körperteils 2 in effektiver
Weise genutzt werden.
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In der jüngsten Zeit mussten Roboter
und andere Maschineneinrichtungen mit kompakter Größe gebaut
werden, und aus diesem Grund besteht ein größerer Bedarf als je zuvor an
einer Miniaturisierung der Untersetzungseinrichtungen und anderer
Mechanismen, die in Robotern und dergleichen eingebaut werden. Um
diesem Bedarf gerecht zu werden, kann die Zylinderhut-Zahnradeinrichtung
mit flexiblem Eingriff in ihrer axialen Länge verkürzt werden. Dazu ist es erforderlich,
die axiale Länge
des zylinderhutförmigen,
flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
zu verkürzen.
Bei dem herkömmlich
verwendeten Zahnrad mit Außenverzahnung
beträgt
das Verhältnis
zwischen der axialen Länge
desselben und dem Teilkreisdurchmesser seiner Außenverzahnung etwa 1 : 1. Wenn
die axiale Länge
kürzer
gemacht wird, dann vergrößert dies
auch den Konuswinkel des Zahnrads mit Außenverzahnung entsprechend
der Verkürzung der
axialen Länge.
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9 veranschaulicht
die Vergrößerung des Konuswinkels Θ des flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung 1 in
Abhängigkeit
von der axialen Länge desselben.
Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, führt diese Vergrößerung des
Konuswinkels zu einem Anstieg des Außmaßes an Verformung, das an Bereichen
der Membran 3 auftritt. Als Ergebnis hiervon besteht eine
hohe Wahrscheinlichkeit, dass übermäßige Spannungskonzentration
an den jeweiligen Bereichen der Membran 3 auftritt, insbesondere an
dem inneren Endbereich 3a und dem äußeren Endbereich 3b derselben
(siehe 8).
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Andererseits tritt auch Scherspannung
aufgrund von Transfermoment an diesem inneren und äußeren Endbereich 3a, 3b der
Membran 3 auf, wobei ferner auch Spannung aufgrund von
Fehlausrichtung der Bauteile auftritt.
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Die Verkürzung der axialen Länge des
flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
hat somit eine Tendenz zum Verursachen der übermäßigen Spannungskonzentration
an den Bereichen der Membran 3. Zum Entlasten dieser Span nungskonzentration
ist es notwendig, den Außendurchmesser
der Membran zu erhöhen.
Bei der Zylinderhut-Zahnradeinrichtung mit flexiblem Eingriff ist
jedoch die Größe des Außendurchmessers
derselben von der Größe des Außendurchmessers
des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
abhängig.
Eine Vergrößerung des
Außendurchmessers
des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
führt somit
auch zu einer Vergrößerung des Außendurchmessers
der Einrichtung. Dies kann sich als Hindernis bei der Größenreduzierung
und kompakten Ausbildung der Einrichtung erweisen.
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Gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 offenbart die EP-A-0 741 256 eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung
mit flexiblem Eingriff, bei der der plattenförmige Teil der Membran durch
eine erste Profillinie definiert ist, die eine gerade Linie auf
der einen Seite der Membran beinhaltet, während die andere Seite davon
durch eine konkave Konstruktion definiert ist, die einen Mittelbereich
(gesehen in Radialrichtung der Membran) aufweist, der relativ dünn ist und
der einen inneren und einen äußeren Bereich aufweist,
die relativ dick sind.
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Die
JP 03 11 8346 U offenbart eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung
mit flexiblem Eingriff, wie diese im Wesentlichen in den
8 und
9 dargestellt und vorstehend beschrieben
worden ist, wobei die Membran ähnlich
dem vorstehenden genannten Dokument (EP '256) ausgebildet ist.
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Die EP-A-0 256 801 offenbart eine
Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff; bei der
der Körperteil
eine ringförmige
Aussparung an einer Stelle aufweist, an der der Verzahnungsteil
endet.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
in Anbetracht der vorstehend genannten Faktoren besteht in der Verwirklichung
einer Konstruktion, die in der Lage ist, an der Membran des flexiblen
Zahnrads mit Außenzahnrad
auftretende Spannung zu vermindern, ohne dass der Außendurchmesser
des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
vergrößert wird.
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Erreicht wird das vorstehend genannte
Ziel der Erfindung durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Bei der Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit
flexiblem Eingriff gemäß der vorliegenden
Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung weist das
flexible Zahnrad mit Außenverzahnung
die Membran mit einer Querschnittsformgebung auf, die eine Einrichtungsachse
beinhaltet, wobei die Formgebung folgendermaßen definiert ist. Genauer
gesagt ist die eine Seite der Formgebung des Querschnitts, die die
Einrichtungsachse des plattenförmigen
Teils der Membran beinhaltet, durch eine erste Profillinie definiert,
die eine gerade Linie beinhaltet, die sich rechtwinklig zu der Axiallinie
der Einrichtung erstreckt. Die andere Seite der Formgebung des Querschnitts,
die die Einrichtungsachse des plattenförmigen Teils beinhaltet, ist
durch eine zweite Profillinie definiert, die einen mit dem Fußteil glatt
verbundenen ersten konvexen Kreisbogen, einen mit dem ersten konvexen
Kreisbogen glatt verbundenen konkaven Kreisbogen sowie einen zweiten
konvexen Kreisbogen aufweist, der mit dem konkaven Kreisbogen glatt
verbunden ist und mit dem gekrümmten
Teil glatt verbunden ist. Ferner ist ein durch die gerade Linie
und den konkaven Kreisbogen definierter Bereich als Bereich mit
minimaler Dicke der Membran ausgebildet, und unter dem ersten konvexen
Kreisbogen, dem zweiten konvexen Kreisbogen und dem konkaven Kreisbogen,
welche die zweite Profillinie definieren, ist der erste konvexe
Kreisbogen mit der kleinsten Krümmung
ausgebildet und der konkave Kreisbogen mit der maximalen Krümmung ausgebildet.
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Es ist bevorzugt, den Bereich mit
minimaler Dicke in der Mitte des plattenförmigen Teils der Membran zu
positionieren.
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Bei Ausbildung der Dicke der Membran
in der vorstehend beschriebenen Weise ist es möglich, die Spannung zu vermindern,
die an dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung auftritt (Biegespannung
durch den Wellengenerator, Scher spannung in Begleitung von Drehmomenttransfer
sowie Spannung aufgrund von Fehlausrichtung).
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
einer Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff,
bei der die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann;
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2 eine
schematische Vorderansicht der Einrichtung der 1, gesehen in Richtung eines Pfeils;
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3 eine
Schnittansicht eines flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung mit zylinderhutförmiger Gestalt,
bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, und zwar aufgenommen
entlang einer Einrichtungsachse;
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4 eine
Schnittansicht eines Beispiels des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
mit zylinderhutförmiger
Gestalt, das nicht von Anspruch 1 abgedeckt wird;
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5 eine
Schnittansicht eines weiteren Beispiels des flexiblen Zahnrads mit
Außenverzahnung
mit zylinderhutförmiger
Gestalt, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, aufgenommen
entlang einer Einrichtungsachse;
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6 eine
Schnittansicht noch eines weiteren Beispiels des flexiblen Zahnrads
mit Außenverzahnung
mit zylinderhutförmiger
Gestalt, das nicht von der vorliegenden Erfindung abgedeckt wird;
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7 eine
Schnittansicht eines weiteren Beispiels des flexiblen Zahnrads mit
Außenverzahnung
mit zylinderhutförmiger
Gestalt, bei dem die vorlie gende Erfindung angewendet wird, aufgenommen
entlang einer Einrichtungsachse;
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8 eine
schematische Schnittansicht eines flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
einer herkömmlichen
Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff;
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9 eine
erläuternde
Darstellung unter Veranschaulichung eines Anstiegs des Konuswinkels durch
Reduzieren der axialen Länge
des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung.
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BESTE ART UND
WEISE ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird
nun eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff
beschrieben, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung finden
kann.
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(Gesamtkonstruktion)
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine Gesamtkonstruktion einer
Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff erläutert, bei
der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Eine Zahnradeinrichtung 11 mit
flexiblem Eingriff ist gebildet aus einem kreisförmigen starren Zahnrad mit
Innenverzahnung 12, einem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13 mit
Zylinderhutform, das im Inneren des starren Zahnrads mit Innenverzahnung angeordnet
ist, sowie einem elliptischen Wellengenerator 14, der innerhalb
des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
angeordnet ist. Das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung 13 beinhaltet
einen ringförmigen
Körperteil 22,
eine kreisförmige
Membran 23, deren inneres Umfangsende 23A mit
einer Öffnung
an dem proximalen Ende des Körpers
verbunden ist, sowie eine kreisförmige
dicke Nabe 25, die in integraler Weise mit dem äußeren Umfangsende 23B der Membran 23 verbunden
ist. Eine Verzahnung 24 ist in integraler Weise an einem äußeren Umfangsteil
an dem Öffnungsende
auf der Seite eines proximalen Endes des Körperteils 22 ausgebildet.
Die kreisförmige
Nabe 25 dient zum Anbringen der Einrichtung an einem weiteren
Element (nicht gezeigt), wodurch der Körperteil 22 und die
Membran 23 in frei tragender Weise abgestützt sind.
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Der Wellengenerator 14 wiederum
ist gebildet durch eine hohle Nabe 14a, eine elliptische,
starre Steuerflächenscheibe 14b und
ein Kugellager 14c, das an einer Außenumfangsfläche der
Steuerflächenscheibe
angebracht ist. Mit dem Wellengenerator 14 wird das flexible
Zahnrad mit Außenverzahnung
in einem Bereich des Körperteils 22,
der mit der Außenverzahnung 24 ausgebildet
ist, verformt, so dass zwei Bereiche der Außenverzahnung 24,
die sich an den beiden Enden der Hauptachse einer Ellipse befinden,
zwangsweise in Eingriff mit der Innenverzahnung 12a des
starren Zahnrads mit Innenverzahnung 12 gebracht werden.
Wenn der Wellengenerator 14 unter Aufrechterhaltung dieses
Zustands gedreht wird, bewegen sich diese Eingriffsbereiche ebenfalls
in Umfangsrichtung. Diese Rotationsbewegung erzeugt eine relative
Rotationsbewegung zwischen dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13 und
dem starren Zahnrad mit Innenverzahnung 12 in Abhängigkeit
von der Differenz in der Anzahl von Zähnen zwischen der Außenverzahnung
und der Innenverzahnung. Wenn z. B. das starre Zahnrad mit Innenverzahnung 12 feststehend
ist und der Wellengenerator 14 als Eingangselement für eine Rotation mit
hoher Drehzahl verwendet wird, handelt es sich bei dem Zahnrad mit
Außenverzahnung 13 um
ein Ausgangselement für
eine Rotation mit reduzierter Drehzahl, von dem ein Rotationsausgang
mit reduzierter Drehzahl erhalten werden kann.
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(Erstes Beispiel des flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung)
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3 zeigt
eine halbe Schnittansicht des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung 13,
und zwar geschnitten entlang einer Ebene, die eine Axiallinie 11a der
Einrichtung beinhaltet. Wie in dieser Figur zu sehen ist, weist
die Membran 23 des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung 13 einen
Fußteil 27,
der mit der Nabe 25 verbunden ist, einen sich von dem Fußteil 27 radial
sowie nach innen erstreckenden plattenförmigen Teil 28 sowie
einen gekrümmten
Teil 26 zum glatten Verbinden des plattenförmigen Teils 28 mit
dem Körperteil 22 auf.
Der Körperteil 22 wiederum
weist einen Verzahnungsteil 29, in dem die Außenverzahnung 24 gebildet
ist, sowie einen Körper-Hauptteil 30 auf,
der sich von dem Verzahnungsteil 29 zu dem gekrümmten Teil 26 erstreckt
und glatt bzw. gleichmäßig mit
dem gekrümmten
Teil 26 verbunden ist.
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Die Membran 23 und der Körperteil 22 des flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung 13 weisen eine
Schnittkonfiguration auf, die in der nachfolgend beschriebenen Weise
definiert ist.
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Als erstes ist die Schnittkonfiguration
derselben auf ihrer Innenseite durch eine Profillinie (eine erste
Profillinie) definiert, die eine gerade Linie 231 beinhaltet,
die sich in einer Richtung rechtwinklig zu der Axiallinie 11a der
Einrichtung (in Radialrichtung) erstreckt. Die gerade Linie 231 hat
ein radial inneres Ende 232, an das ein Kreisbogen 233,
der den gekrümmten
Teil 26 bildet, glatt anschließt. Das andere Ende des Kreisbogens 233 ist
an einer Stelle 234 mit einer geraden Linie 221 glatt
verbunden, die sich entlang der Axiallinie 11a der Einrichtung
erstreckt und eine auf der Innenumfangsfläche gelegene Seite des Körperteils 22 bildet.
Ein äußeres Ende 235 der
geraden Linie 231 ist mit einem den Fußteil 27 bildenden Kreisbogen 236 glatt
verbunden, der wiederum mit der auf der Innenumfangsfläche gelegenen
Seite der Nabe 25 glatt verbunden ist.
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Die Außenseite der Schnittkonfiguration
ist durch eine Profillinie (zweite Profillinie) definiert, die einen
ersten konvexen Kreisbogen 240, einen konkaven Kreisbogen 250 sowie
einen zweiten konvexen Kreisbogen 260 zum Definieren des
plattenförmigen Teils 28 der
Membran 23 aufweist.
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Der erste konvexe Kreisbogen 240 weist
ein Zentrum an einem Punkt O1 auf, dessen radial äußeres Ende 241 mit
einer den Fußteil 27 definierenden geraden
Linie 242 glatt verbunden ist. Die gerade Linie 242 ist
mit dem anderen Ende mit der Seite der Nabe 25 verbunden.
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Ein radial inneres Ende 243 des
ersten konvexen Kreisbogens 240 ist mit dem konkaven Kreisbogen 250 glatt
verbunden, der ein Zentrum an einem Punkt O2 aufweist. Ein radial
inneres Ende 251 des konkaven Kreisbogens 250 ist
mit dem zweiten konvexen Kreisbogen 260 glatt verbunden,
der ein Zentrum an einem Punkt O3 hat. Der konvexe Kreisbogen 260 weist
ein radial inneres Ende
261 auf, das mit einem Kreisbogen 262 glatt
verbunden ist, der die Außenumfangsseite
des gekrümmten
Teils 26 bildet. Das andere Ende des Kreisbogens 262 ist
mit einer geraden Linie 222 glatt verbunden, die sich entlang der
Axiallinie 11a der Einrichtung erstreckt und die Außenumfangsseite
des Körper-Hauptteils 30 des Körperteils 22 bildet.
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Der erste konvexe Kreisbogen 240 weist eine
geringfügig
geringere Krümmung
als der zweite konvexe Kreisbogen 260 auf. Dagegen weist
der konkave Kreisbogen 250 eine weit größere Krümmung als die der konvexen
Kreisbögen 240 und 260 auf.
Der konkave Kreisbogen 250 befindet sich in dem mittleren
Bereich des plattenförmigen
Teils 28 der Membran 23. Dieser konkave Kreisbogen 250 und
die gerade Linie 231 auf der gegenüberliegenden Seite definieren
einen Bereich minimaler Dicke der Membran 23.
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Die auf diese Weise gebildete Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung
mit flexiblem Eingriff 11 wurde getestet, wobei es sich
bestätigt
hat, dass die an der Membran 23 auftretende Spannung, insbesondere
Spannung an seinem inneren und äußeren Umfangsende 23A und 23B,
stark reduziert werden kann.
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(Beispiel eines flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung,
das nicht von der Erfindung abgedeckt wird)
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4 zeigt
eine halbe Schnittansicht eines flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung.
Ein flexibles Zahnrad mit Außenverzahnung 13A beinhaltet eine
kreisförmige
Nabe 25, eine Membran 23 sowie einen Körperteil 22,
wie dies ebenso bei dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13 der
Fall ist. Die Membran 23 hat einen mit der Nabe 25 verbundenen Fußteil 27,
einen sich von dem Fußteil 27 radial
und nach innen erstreckenden plattenförmigen Teil 28 sowie
einen gekrümmten
Teil 26 zum glatten Verbinden des plattenförmigen Teils 28 mit
dem Körperteil 22. Ferner
weist der Körperteil 22 einen
Verzahnungsteil 29, in dem eine Außenverzahnung 24 gebildet
ist, sowie einen Körper-Hauptteil 30 auf,
der sich von dem Verzahnungsteil 29 zu dem gekrümmten Teil 26 erstreckt
und mit dem gekrümmten
Teil 26 glatt verbunden ist.
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Der gekrümmte Teil 26 der Membran 23 des flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung 13A ist
an seiner Außenumfangsseite
und seiner Innenumfangsseite durch nach innen ragende Kreisbogen 26a bzw. 26b gebildet.
Der Kreisbogen 26a auf der Außenumfangsseite weist zwei
Enden 26c und 26d auf, die mit einer geraden Linie 22a,
die eine Außenumfangsseite
des Körper-Hauptteils 30 des
Körperteils 22 bildet,
bzw. mit einer geraden Linie 23a, die eine Seite des plattenförmigen Teils 28 der
Membran 23 bildet, glatt verbunden sind. In gleicher Weise
sind die beiden Enden 26e und 26f des Kreisbogens 26b auf
der Innenumfangsseite mit einer geraden Linie 22b, die
eine Innenumfangsseite des Körper-Hauptteils 30 des
Körperteils 22 bildet,
bzw. mit einer geraden Linie 23b, die die andere Seite
des plattenförmigen
Teils 28 der Membran 23 bildet, glatt verbunden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in
der Zeichnung der gekrümmte
Teil 26 von einem Punkt 26e bis zu einem Punkt 26f reicht,
die durch den Kreisbogen 26b auf der Außenumfangsseite gebildet sind.
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Bei diesem Beispiel ist die Beziehung
zwischen der Dicke t(26) des gekrümmten Teils 26, der Dicke
t(22) des Körper-Hauptteils 30 des
Körperteils 22 sowie
der Dicke t(23) des plattenförmigen
Teils 28 der Membran 23 folgendermaßen gewählt: t(26) ≥ t(22)
t(26 ≥ t(23)
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Ferner ist bei diesem Beispiel die
Dicke t(26) des gekrümmten
Teils 26 derart gewählt,
dass der mittlere Bereich des gekrümmten Teils 26 die
maximale Dikke aufweist und die Dicke von dem mittleren Bereich
in Richtung auf den Körper-Hauptteil 30 sowie
in Richtung auf den plattenförmigen
Teil 28 allmählich
abnimmt.
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Die Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung
mit flexiblem Eingriff 11, in die das flexible Zahnrad
mit Außenverzahnung 13a eingebaut
war, wurde getestet, wodurch es sich bestätigt hat, dass die an dem flexiblen
Zahnrad mit Außen verzahnung 13A auftretende
Spannung (Biegespannung durch den Wellengenerator, Scherspannung
in Begleitung von Drehmomenttransfer sowie Spannung aufgrund von Fehlausrichtung)
reduziert werden kann. Insbesondere hat es sich bestätigt, dass
die Ermüdungs-
und die Beulfestigkeit gesteigert werden. Aus diesem Grund wird
die Konstruktion dieses Beispiels zum Realisieren eines flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung
verwendet, das eine kurze axiale Länge und einen geringen Außendurchmesser
aufweist. Die Verwendung dieses flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
ermöglicht
die Herstellung einer kleinen und kompakten Zahnradeinrichtung mit
flexiblem Eingriff.
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(Weiteres Beispiel für das flexible
Zahnrad mit Außenverzahnung)
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5 zeigt
eine halbe Schnittansicht eines flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
gemäß einem
weiteren Beispiel. Die Schnittkonfiguration dieses flexiblen Zahnrads
mit Außenverzahnung 13B erhält man durch
Kombination der Schnittkonfigurationen der flexiblen Zahnräder mit
Außenverzahnung der 3 und 4.
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Genauer gesagt weist das flexible
Zahnrad mit Außenverzahnung 13B,
wie auch das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung 13,
eine kreisförmige Nabe 25,
eine Membran 23 und einen Körperteil 22 auf. Die
Membran 23 hat einen mit der Nabe 25 verbundenen
Fußteil 27,
einen sich von dem Fußteil 27 radial
sowie nach innen erstreckenden plattenförmigen Teil 28 sowie
einen gekrümmten
Teil 26 zum glatten Verbinden des plattenförmigen Teils 28 mit
dem Körperteil 22.
Ferner weist der Körper 22 einen
Verzahnungsteil 29, in dem eine Außenverzahnung 24 gebildet
ist, sowie einen Körper-Hauptteil 30 auf,
der sich von dem Verzahnungsteil 29 zu dem gekrümmten Teil 26 erstreckt
und mit dem gekrümmten
Teil 26 glatt verbunden ist.
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Das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung 13B hat
eine Schnittgestalt, geschnitten entlang einer Ebene, die die Einrichtungsachse
beinhaltet, wobei die Schnittgestalt folgendermaßen ausgebildet ist. Die Seite
des plattenförmigen
Teils 28, die mit einem die Innenseite des gekrümmten Teils 26 bildenden
Kreisbogen 233 glatt verbunden ist, ist durch eine gerade
Linie 231 gebildet, die sich in einer Richtung rechtwinklig
zu der Axiallinie 11a der Einrichtung (in Radialrichtung)
erstreckt. Die gerade Linie 231 weist ein radial äußeres Ende 235 auf,
das mit einem Kreisbogen 236 glatt verbunden ist, der den
Fußteil 27 definiert,
und der Kreisbogen 236 ist mit der Seite der Nabe 25 glatt
verbunden. Die andere Seite des Kreisbogens 233 ist an
einer Stelle 234 mit einer geraden Linie 221 glatt
verbunden, die entlang der Axiallinie 11a der Einrichtung
verläuft
und die Innenseite des Körper-Hauptteils 30 des
Körperteils 22 bildet.
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Andererseits ist die Außenseite
des gekrümmten
Teils 26 der Membran 23 durch einen Kreisbogen 262 gebildet,
der mit der Seite des plattenförmigen
Teils 28 glatt verbunden ist. Der plattenförmige Teil 28 ist,
wie auch im Fall der 3,
auf der einen Seite durch eine gerade Linie 231 definiert
und auf der anderen Seite durch einen ersten konvexen Kreisbogen 240,
einen konkaven Kreisbogen 250 und einen zweiten konvexen
Kreisbogen 260 definiert.
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Ferner ist die Dicke t(26) des gekrümmten Teils 26 größer gewählt als
die Dicke t(22) des Körper-Hauptteils 30 sowie
die Dicke t(23) des plattenförmigen
Teils 28.
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Bei Verwendung des in dieser Weise
ausgebildeten flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung 13B hat
es sich bestätigt,
dass sich ähnliche
Effekte erzielen lassen, wie mit den vorstehend beschriebenen flexiblen
Zahnrädern
mit Außenverzahnung 13 und 13A und
dass die an der Membran 23, insbesondere an deren innerem
und äußeren Umfangsende 23A und 23B,
auftretende Spannung stark vermindert werden kann.
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(Beispiel eines flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung,
das nicht von der Erfindung abgedeckt wird)
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6 zeigt
eine halbe Schnittansicht des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung,
bei dem das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung 13C eine kreisförmige Nabe 25,
eine Membran 23 und einen Körperteil 22 aufweist,
wie dies auch bei dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13 der
Fall ist. Die Membran 23 hat einen mit der Nabe 25 verbundenen Fußteil, einen
sich von dem Fußteil
27 radial
sowie nach innen erstreckenden plattenförmigen Teil 28 sowie
einen gekrümmten
Teil 26 zum glatten Verbinden des plattenförmigen Teils 28 mit
dem Körperteil 22 auf.
Ferner weist der Körperteil 22 einen
Verzahnungsteil, in dem eine Außenverzahnung 24 gebildet ist,
sowie einen Körper-Hauptteil 30 auf,
der sich von dem Verzahnungsteil 29 zu dem gekrümmten Teil 26 erstreckt
und mit dem gekrümmten
Teil 26 glatt verbunden ist.
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Die Schnittkonfiguration des flexiblen
Zahnrads mit Außenverzahnung 13C geschnitten
entlang einer Ebene, die eine Einrichtungsachse beinhaltet, ist
folgendermaßen.
Der Körperteil 22 ist
auf seiner Innenseite durch eine gerade Linie 22b definiert,
die sich parallel zu einer Axialrichtung 11a der Einrichtung
erstreckt. Der Körper-Hauptteil 30 ist
auf der Außenseite
des Körperteils 22 durch
eine gerade Linie 22a gebildet, die von einer Stelle, an
der sie mit der Seite des gekrümmten
Teils 26 glatt verbunden ist, in Richtung auf den Verzahnungsteil 29 geneigt
ist. Die Dicke des Körper-Hauptteils 30 ist
somit durch diese beiden geraden Linien 22a und 22b gebildet
und nimmt in Richtung auf die Seite des Verzahnungsteils 29 allmählich ab.
Ferner befindet sich ein Bereich der maximalen Dicke des Körper-Hauptteils 30 an
einer Stelle, an der der gekrümmte
Teil 26 anschließt,
und ein Bereich der minimalen Dicke befindet sich an einer Stelle,
an der der Verzahnungsteil 29 anschließt.
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Die gerade Linie 22a weist
an der Außenseite
des Körper-Hauptteils 30 ein
Ende 22c auf, das mit einem den Verzahnungsteil 29 bildenden
Kreisbogen 24a glatt verbunden ist. Die gerade Linie 22b an
der Außenseite
des Körper-Hauptteils 30 ist,
so wie sie ist, in Richtung auf den Verzahnungsteil 29 weiter
geführt,
um die Seite der Innenumfangsfläche
des Verzahnungsteils 29 zu bilden. Das andere Ende 26c der geraden
Linie 22a auf der Seite der Außenumfangsfläche ist
mit einem Kreisbogen 26a glatt verbunden, der die Seite
der Innenumfangsfläche
des gekrümmten
Teils 26 bildet. Das andere Ende 26e der geraden Linie 22b auf
der Seite der Innenumfangsfläche
ist mit einem Kreisbogen 26b glatt verbunden, der die Seite
der Innenumfangsfläche
des gekrümmten
Teils 26 bildet.
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Der Körper-Hauptteil 30 und
der gekrümmte Teil 26 gehen
an einer Stelle 26e ineinander über, während der Körper-Hauptteil 30 und
der Verzahnungsteil 29 an einem Punkt 22c ineinander übergehen.
Bei dem vorliegenden Beispiel hat der Körper-Hauptteil 30,
der von dem Punkt 26e bis zu dem Punkt 22c reicht,
die durch die geraden Linien 22a und 22b definiert
sind, eine Dicke, die von dem einen Ende (Punkt 26e) in
Richtung auf das andere Ende (Punkt 22c) allmählich abnimmt.
Mit anderen Worten heißt
dies, dass im Vergleich zu der Dicke t(26e) an dem Punkt 26e die
Dicke t(22c) an dem Punkt 22c gering ist.
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Andererseits ist der gekrümmte Teil 26,
wie dies vorstehend erwähnt
wurde, an seiner inneren und äußeren Umfangsflächenseite
durch Kreisbogen 26a und 26b gebildet, die beide
nach innen ragen. Der Kreisbogen 26a auf der Seite der
Außenumfangsfläche weist
ein Ende 26d auf, das mit einer geraden Linie 23a glatt
verbunden ist, die eine Seite des plattenförmigen Teils 28 bildet.
In gleicher Weise hat der Kreisbogen 26b auf der Seite
der Innenumfangsfläche
ein Ende 26f, das mit einer geraden Linie 23b glatt
verbunden ist, die die andere Seite des plattenförmigen Teils 28 bildet.
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Bei dem vorliegenden Beispiel ist
der gekrümmte
Teil 26 derart ausgebildet, dass er seine maximale Dicke
in seinem mittleren Bereich hat und seine Dicke in Richtung auf
seine beiden Seiten allmählich
geringer wird. Genauer gesagt ist die Beziehung zwischen der maximalen
Dicke t(26), der Dicke t(26e) an der mit dem Körper-Hauptteil 30 verbundenen
Stelle 26e sowie der Dicke t(26f) an der mit dem plattenförmigen Teil 28 verbundenen
Stelle 26f folgendermaßen
gewählt: t(26) > t(26e)
t(26) > t(26f)
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Gemäß diesem Beispiel ist die Dicke
des Körper-Hauptteils 30 von
der Seite des gekrümmten Teils 26 in
Richtung auf die Seite des Verzahnungsteils 29 allmählich vermindert.
Die Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem Eingriff 11,
die mit dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13C ausgestattet
war, wurde getestet, wobei es sich bestätigt hat, dass die an dem flexi blen
Zahnrad mit Außenverzahnung 13C auftretende
Spannung (die Biegespannung aufgrund des Wellengenerators, Scherspannung
in Begleitung von Drehmomenttransfer sowie Spannung aufgrund von
Fehlausrichtung) vermindert werden kann.
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Da ferner gemäß diesem Beispiel die Dicke des
gekrümmten
Teils 26 in der beschriebenen Weise ausgebildet ist, hat
es sich bestätigt,
dass die an dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung 13C auftretende
Spannung noch weiter vermindert werden kann. Es hat sich auch bestätigt, dass
durch Vorgeben der Dicke des gekrümmten Teils in der vorstehend
beschriebenen Weise die Ermüdungsfestigkeit und
Beulfestigkeit des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung 13C verbessert
werden kann.
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Bei Verwendung der Konstruktion dieses Beispiels
ist es im Ergebnis möglich,
ein flexibles Zahnrad mit Außenverzahnung
zu realisieren, das eine kurze axiale Länge und einen kleinen Außendurchmesser
aufweist.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
der Körper-Hauptteil 30 auf
der Seite der Außenumfangsfläche abgeschrägt. Stattdessen
kann er auch auf der Seite der Innenumfangsfläche abgeschrägt sein.
Ferner weist bei diesem Beispiel der Körper-Hauptteil 30 die
Schnittgestalt auf, die durch die beiden geraden Linien 22a und 22b bei
einem Schnitt entlang der Axialrichtung gebildet wird. Alternativ
hierzu wird eine Mehrzahl von Kurven verwendet, die glatt eine an
die andere anschließen,
so dass die Dicke des Körper-Hauptteils 30 in
Richtung auf die Seite des Verzahnungsteils allmählich reduziert wird.
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(Weiteres Beispiel für das flexible
Zahnrad mit Außenverzahnung)
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7 zeigt
eine halbe Schnittansicht des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
gemäß einem weiteren
Beispiel. Das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung 13D weist
einen Körperteil 22 und
einen gekrümmten
Teil 26 einer Membran 23 auf, deren Formgebungen
mit denen des vorstehend beschriebenen Zahnrads mit Außenverzahnung 13C übereinstimmen.
Jedoch weist die Mem bran 23 einen plattenförmigen Teil 28 mit
einer anderen Schnittkonfiguration auf.
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Genauer gesagt ist der plattenförmige Teil 28 mit
der Innenumfangsseite des gekrümmten
Teils 26 verbunden und durch eine gerade Linie 231 definiert, die
rechtwinklig zu einer Axiallinie 11a der Einrichtung (in
Radialrichtung) verläuft.
Die gerade Linie 231 weist ein radial inneres Ende 26f auf,
mit dem ein die Innenumfangsseite des gekrümmten Teils 26 bildender
Kreisbogen 26b glatt verbunden ist. Ein radial äußeres Ende 235 der
geraden Linie 231 ist mit einem Kreisbogen 236 glatt
verbunden, der einen Fußteil 27 bildet
und mit der Seite einer Nabe 25 glatt verbunden ist.
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Andererseits ist die mit der Außenumfangsseite
des gekrümmten
Teils 26 verbundene Seite des plattenförmigen Teils 28 allgemein
durch einen ersten konvexen Kreisbogen 240, einen konkaven Kreisbogen 250 und
einen zweiten konvexen Kreisbogen 260 gebildet. Der erste
konvexe Kreisbogen 240 hat ein Zentrum an einem Punkt O1
und weist ein radial äußeres Ende 241 auf,
das mit einer den Fußteil 27 bildenden
geraden Linie 242 glatt verbunden ist. Das andere Ende
der geraden Linie 242 ist mit der Seite der Nabe 25 verbunden.
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Der erste konvexe Kreisbogen 240 ist
an seinem radial inneren Ende 243 mit dem konkaven Kreisbogen 250 glatt
verbunden, der ein Zentrum an einem Punkt O2 aufweist. Der konkave
Kreisbogen 250 weist ein radial inneres Ende 251 auf,
das mit dem zweiten konvexen Kreisbogen 260 glatt verbunden
ist, der ein Zentrum an einem Punkt 03 aufweist und an
seinem radial inneren Ende 261 mit einem Kreisbogen 26a glatt
verbunden ist, der die Außenumfangsseite
des gekrümmten
Teils 26 bildet.
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Die Krümmung des ersten konvexen Kreisbogens 240 ist
geringfügig
kleiner als die des zweiten konvexen Kreisbogens 260, während die
Krümmung des
konkaven Kreisbogens 250 stark größer ist als die der konvexen
Kreisbogen 240 und 260.
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Es hat sich bestätigt, dass bei Verwendung des
auf diese Weise ausgebildeten flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung 13D ähnliche
Effekte erzielt werden können,
wie diese mit dem vorstehend beschriebenen flexiblen Zahnrad mit
Außenverzahnung 13C erzielt
werden, und dass an der Membran 23, insbesondere an dessen
innerem und äußerem Umfangsende 23A und 23B,
auftretende Spannung stark vermindert werden kann.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie vorstehend erläutert worden
ist, weist bei der Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung mit flexiblem
Eingriff gemäß der vorliegenden
Erfindung das flexible Zahnrad mit Außenverzahnung und zylinderhutförmiger Gestalt
die Membran und den Körperteil auf,
deren Querschnittskonfigurationen geeignet festgelegt sind, so dass
an dem flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung
auftretende Spannung reduziert werden kann, so dass sich insgesamt
eine gleichmäßige Spannungsverteilung
erzielen läßt. Zusätzlich dazu
lassen sich auch die Ermüdungsfestigung
und die Beulfestigkeit des flexiblen Zahnrads mit Außenverzahnung
verbessern.
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Selbst wenn bei dem flexiblen Zahnrad
mit Außenverzahnung
die Größe seiner
axialen Länge vermindert
wird und dadurch der Konuswinkel desselben erhöht wird, wird erfindungsgemäß das Auftreten
einer übermäßigen Spannungskonzentration an
diesem verhindert. Als Ergebnis hiervon ist es nicht erforderlich,
dass bei einem kurzen flexiblen Zahnrad mit Außenverzahnung die Größe des Außendurchmessers
der Membran sowie andere Bereiche desselben erhöht wird, um die Spannungskonzentration
an diesem zu vermindern, wodurch sich eine Zylinderhut-Zahnradeinrichtungung
mit flexiblem Eingriff realisieren läßt, die flach ausgebildet ist und
einen kleinen Durchmesser aufweist.