WO2020224711A1 - Vorrichtung zum messen eines drehmoments und spannungswellengetriebe mit dieser vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum messen eines drehmoments und spannungswellengetriebe mit dieser vorrichtung Download PDF

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WO2020224711A1
WO2020224711A1 PCT/DE2020/100350 DE2020100350W WO2020224711A1 WO 2020224711 A1 WO2020224711 A1 WO 2020224711A1 DE 2020100350 W DE2020100350 W DE 2020100350W WO 2020224711 A1 WO2020224711 A1 WO 2020224711A1
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flexspline
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PCT/DE2020/100350
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Jürgen GIERL
Philipp HÖRNING
Romina BAECHSTAEDT
Jochen Damerau
Jens Heim
Ricardo Henrique Brugnara
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F16H2049/003—Features of the flexsplines therefor

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring a torque which occurs in a stress wave transmission of a robot.
  • the device is used in robot joints. Furthermore, the
  • a measuring device for determining a torque acting on an axis having a first and a second device.
  • the devices are designed to generate an analog electrical signal associated with the torque.
  • Evaluation devices are used to determine two independent torques.
  • DE 10 2014 210 379 B4 describes a torque sensor and a method for detecting torques occurring on or in a joint of an articulated arm robot.
  • the sensor comprises several measuring spokes, which are designed in such a way that they deform under the action of a torque.
  • the sensor also includes strain gauges which are arranged on the measuring spokes.
  • Strain gauge arrangement on the surface of a machine element. On the surface there is a deformation-sensitive measuring layer with an overlying one
  • the protective layer is removed locally by means of laser processing and electrical contact is made with the exposed measurement layer.
  • This document also reveals that an insulation layer can be arranged between the surface of the machine element and the measuring layer.
  • a method and a device for determining an output torque of an electric motor are known from DE 103 17 304 A1.
  • a transmission with a ring gear is arranged downstream of the electric motor.
  • a dynamic engine torque is recorded by means of a torque sensor, which is supported in a stationary manner on the ring gear.
  • DE 10 2013 204 924 A1 describes an arrangement for determining a torque acting on a shaft.
  • the arrangement is part of a steering column of a vehicle.
  • the arrangement comprises a first steering shaft section on the steering wheel side, a second steering shaft section on the steering gear side and a torsion section connecting the steering shaft sections.
  • the arrangement comprises a direct coating for torque measurement, which has a strain gauge.
  • the prior art shows that for torque measurement of a torque acting on a shaft, measurement arrangements are used in which strain gauges are applied outside or on the shaft.
  • Voltage wave transmission to determine exactly transmitted torque.
  • robotic arms are used in medical technology as prostheses for people, with the robotic arm having to carry out both fine mechanical and coarse mechanical movements at different speeds and with different loads during operation. The same is true for industrial robots.
  • Stress wave drives are used, among other things, as axle drives in robots, motor vehicles, in machine tools and in drives for printing machines. Torque-transmitting voltage wave gears are also among the Names known as Harmonie Drive or harmonic drive.
  • a voltage wave transmission regularly includes a drive shaft, an elliptical disc, a flexspline, an outer ring, a drive shaft and a housing.
  • the Flexspline is externally toothed and the outer ring is internally toothed and the two components are arranged coaxially to one another, so that the teeth interlock.
  • Devices for measuring torque in robot arms are known which are attached outside the gear housing of the robot arm.
  • deformation bodies with strain gauges arranged thereon are arranged in the area of the robot arms, in particular the robot joints.
  • the strain gauges are used to record shear strains in order to determine the moment introduced into the robot joint.
  • the object of the present invention is to provide an improved torque measuring device which is designed to save space and which at the same time has a high level of accuracy and robustness.
  • the stated object is achieved by a device for measuring a torque according to the appended claim 1. Furthermore, the object is achieved by a stress wave transmission according to claim 9.
  • the device according to the invention is used to measure a torque of a stress wave transmission.
  • the torque measuring device comprises a component and several layers which are arranged one above the other on the component and which are part of a direct coating of the strain gauge.
  • An electrically insulating insulation layer is arranged directly on the component.
  • a deformation-sensitive measuring layer is arranged in the insulation layer.
  • the component is part of a robotics, especially the stress wave transmission.
  • the component supporting the multiple layers is a flexspline.
  • the device is that it enables high accuracy and precision in operation and has great robustness.
  • the component is preferably formed from a metal.
  • the component is made of a semiconductor material.
  • the Flexspline has a on its outer radius
  • the component can be a cylindrical steel sleeve that is flexible within the desired limits.
  • a protective layer is applied to the deformation-sensitive measuring layer, which protects the layers located below the protective layer from environmental influences.
  • the protective layer is preferably made of an organic material.
  • the protective layer preferably consists of an inorganic material.
  • the measurement layer is used to detect expansion or shear of the component, with a torque being recorded.
  • the measuring layer preferably has a metal or an alloy, in particular a nickel alloy.
  • the nickel alloy is preferably a nickel-chromium alloy (NiCr).
  • the measuring layer preferably has a structure.
  • the measuring layer particularly preferably has a spatial structure that forms a striped pattern. Different embodiments can, for example, strips in
  • the structuring is preferably carried out by means of a laser or by etching, the structuring only taking place after the measurement layer has been applied to the component.
  • the insulation layer preferably consists of one or more different oxides.
  • the insulation layer consists of Diamond Like Carbon (DLC).
  • the insulation layer can alternatively consist of one or more oxides and DLC.
  • the insulation layer particularly preferably consists of Al2O3 (aluminum oxide) and / or S1O2 (wollastonite).
  • the insulation layer can be produced, for example, in a PVD process (physical vapor deposition) or a PACVD process (chemical assisted physical vapor deposition).
  • the insulation layer is produced by a combination of the PVD method and the PACVD method.
  • the layer sequence applied to the component consisting of the measuring layer, insulation layer and protective layer, preferably has a total thickness of less than 200 ⁇ m.
  • the layer sequence comprising the measuring layer and
  • Insulation layer has a total thickness of less than 20 ⁇ m.
  • Further components can preferably be arranged on the component.
  • electronic components for signal pre-amplification and / or for signal evaluation and / or for signal transmission are arranged on the component.
  • the stress wave transmission according to the invention comprises a device for measuring a torque according to the device described above with all its embodiments. Furthermore, the stress wave transmission includes a
  • a wave generator which is used as a roller bearing with non-circular, z.
  • elliptical inner ring and deformable outer ring can be formed, a ring gear and an elastic sleeve, which is referred to as a Flexspline.
  • the latter component of the device has external teeth and the ring gear has internal teeth.
  • Flexspline and ring gear are arranged coaxially to one another so that the gears mesh with one another.
  • the inner ring of the wave generator is positioned on the drive shaft so that it drives the component.
  • the stress wave transmission preferably also has a housing in which the aforementioned transmission components are at least partially arranged.
  • the stress wave transmission according to the invention advantageously saves installation space, since the device, and with it the coating, is arranged within the housing and no additional deformation bodies are necessary. Due to the high precision that the device enables by the exact detection of a torque, the device and
  • Stress wave gears can be used in robotics and are very advantageous.
  • the device and the stress wave transmission are advantageous for protection against collisions or for force and stiffness control.
  • FIG. 1 shows a side view and a detailed view of a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view and a detailed view of that shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a plan view of a second embodiment of the device
  • Fig. 4 is a side view of the device shown in Fig. 3;
  • FIG. 5 shows a sectional view and a detailed view of that shown in FIG
  • FIG. 1 shows a side view and a detailed view of a first embodiment of a device according to the invention.
  • the device is one in one
  • Flexspline which can be used for tension wave transmission is shown, the Flexspline consisting of a disk 01 and a cylindrical component 02 axially adjoining the disk.
  • the flexspline is preferably made of steel.
  • the cylindrical component 02 or the sleeve is arranged on the inner diameter of the disk 01.
  • the cylindrical component 02 has an external toothing 03 on its section facing away from the disk 01.
  • On the portion of the outer circumference of the cylindrical component 02 facing the disk 01 is a
  • Deformation-sensitive measurement view 04 in the form of a strain gauge, in particular arranged in the form of a Sensotect strain gauge.
  • Measuring layer 04 an insulating insulation layer 06 is formed.
  • the measurement layer preferably has a structure that forms a striped pattern.
  • FIG. 1 shows a detailed view of the deformation-sensitive measuring layer 04.
  • the formed structure of the measuring layer 04 runs in numerous meanders, the axes of the non-curved sections of the structure being inclined to the cylinder axis of the component 02.
  • the device according to the invention has i.a. the advantage that it is designed to save installation space.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the flexspline shown in FIG. 1 with the disk 01 and the cylindrical component 02.
  • the layer sequence of the device is shown in a detailed view of FIG. 2.
  • the deformation-sensitive measurement view 04 is a structured NiCr functional layer.
  • Fig. 3 shows a plan view of an embodiment not claimed
  • the disk 01 here has the deformation-sensitive measuring layer 04.
  • No deformation-sensitive measuring layer is formed on the outer circumference of the cylindrical component 02.
  • the individual components of the deformation-sensitive measuring layer 04 are extensive arranged distributed on the disk 01.
  • the device is designed here as a collar sleeve.
  • FIG. 4 shows a side view of the collar sleeve shown in FIG. 3. Since the deformation-sensitive measuring layer 04 is formed on the disk 01, the measurement view on the outer circumference of the cylindrical component 02 is missing. In the area of the cylindrical component 02 facing away from the disk 01, the toothing 03 is also formed on the outer circumference.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the side view of the device shown in FIG. Furthermore, FIG. 5 shows a detailed view of the layer sequence of the disk 01.
  • the insulation layer 06 preferably consisting of Al2O3, is arranged on the steel disk 01.
  • the deformation-sensitive measurement layer 04 with a protective layer 07 located thereon is arranged on the insulation layer 06.
  • Contact layers 08 for making electrical contact are located between the individual deformation-sensitive measurement layers 04.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments eines Spannungswellengetriebes. Die Vorrichtung umfasst ein Bauteil (01, 02), auf welches das Drehmoment einwirkt, eine auf dem Bauteil (01, 02) angeordnete elektrisch isolierende Isolationsschicht (06) und eine auf der Isolationsschicht (06) angeordnete verformungssensitive Messschicht (04). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Spannungswellengetriebe für einen Roboterarm mit einer derartigen Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments.

Description

Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments
und Spannunqswellenqetriebe mit dieser Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments welches in einem Spannungswellengetriebe eines Roboters auftritt. Insbesondere kommt die Vorrichtung in Robotergelenken zum Einsatz. Weiterhin betrifft die
Erfindung ein Spannungswellengetriebe.
Aus der DE 10 2010 029 186 A1 ist eine Messvorrichtung zum Ermitteln eines auf eine Achse wirkenden Drehmoments bekannt, wobei die Messvorrichtung eine erste und eine zweite Einrichtung aufweist. Die Einrichtungen sind dazu ausgebildet, jeweils ein dem Drehmoment zugeordnetes analoges elektrisches Signal zu erzeugen. Mittels nachgeschalteten Analogen-Digital-Wandlern und nachgeschalteten digitalen
Auswerteeinrichtungen werden zwei unabhängige Drehmomente ermittelt. Die
Einrichtungen sind durch auf mechanische Messkörper aufgebrachte
Dehnmessstreifen gebildet.
Die DE 10 2014 210 379 B4 beschreibt einen Drehmomentsensor und ein Verfahren zum Erfassen von an oder in einem Gelenk eines Gelenkarmroboters auftretenden Drehmomenten. Der Sensor umfasst mehrere Messspeichen, welche so gestaltet sind, dass sie sich unter Einwirkung eines Drehmoments verformen. Weiterhin umfasst der Sensor Dehnmessstreifen, welche an den Messspeichen angeordnet sind.
Die DE 10 2012 208 492 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer
Dehnmessstreifenanordnung an der Oberfläche eines Maschinenelements. Auf der Oberfläche ist eine verformungssensitive Messschicht mit darüber liegender
Schutzschicht aufgebracht. Die Schutzschicht wird lokal mittels Laserbearbeitung entfernt und die freigelegte Messschicht elektrisch kontaktiert. Weiterhin ist dieser Druckschrift zu entnehmen, dass eine Isolationsschicht zwischen der Oberfläche des Maschinenelements und der Messschicht angeordnet werden kann. Aus der DE 10 2014 219 737 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement anliegenden Drehmoments bekannt. An dem Bauteil ist ein Trägerbauteil angeordnet, auf welchem ein verformungssensitives Material als Beschichtung aufgebracht ist. Das verformungssensitive Material bildet eine
Drehmomenterfassungsanordnung.
Aus der DE 103 17 304 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Abtriebsdrehmoments eines Elektromotors bekannt. Dem Elektromotor ist ein Getriebe mit Hohlrad nachgeordnet. Mittels eines Drehmomentsensors, welcher an dem Hohlrad ortsfest abgestützt ist, wird ein dynamisches Motordrehmoment erfasst.
Die DE 10 2013 204 924 A1 beschreibt eine Anordnung zur Bestimmung eines auf eine Welle einwirkenden Drehmoments. Insbesondere ist die Anordnung Bestandteil einer Lenksäule eines Fahrzeugs. Die Anordnung umfasst einen lenkradseitigen ersten Lenkwellenabschnitt, einen lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkwellenabschnitt und einen die Lenkwellenabschnitte verbindenden Torsionsabschnitt. Weiterhin umfasst die Anordnung eine Direktbeschichtung zur Drehmomentmessung, welche einen Dehnungsmessstreifen aufweist.
Der Stand der Technik zeigt, dass zur Drehmomentmessung eines auf eine Welle wirkenden Drehmoments Messanordnungen zum Einsatz kommen, bei welchen Dehnungsmessstreifen außerhalb oder auf der Welle aufgebracht werden.
Bei Robotik-Getrieben ist es von großer Wichtigkeit das von einem
Spannungswellengetriebe übertragene Drehmoment genau zu bestimmen. So werden Roboterarme unter anderem in der Medizintechnik als Prothesen für Menschen verwendet, wobei der Roboterarm während des Betriebs sowohl feinmechanische als auch grobmechanische Bewegungen in unterschiedlichen Geschwindigkeiten und bei unterschiedlichen Lasten durchführen muss. Dasselbe gilt für Industrieroboter.
Spannungswellengetriebe kommen unter anderem als Achsantriebe bei Robotern, Kraftfahrzeugen, in Werkzeugmaschinen und in Antrieben von Druckmaschinen zum Einsatz. Drehmoment übertragende Spannungswellengetriebe sind auch unter den Bezeichnungen Harmonie Drive oder Wellgetriebe bekannt. Ein Spannungs wellengetriebe umfasst regelmäßig eine Antriebswelle, eine elliptische Scheibe, einen Flexspline, einen Außenring, eine Antriebswelle und ein Gehäuse. Der Flexspline ist außenverzahnt und der Außenring ist innenverzahnt und die beiden Bauteile sind koaxial zueinander angeordnet, sodass die Verzahnungen ineinander greifen.
Es sind Vorrichtungen zur Drehmomentmessung in Roboterarmen bekannt, welche außerhalb des Getriebegehäuses des Roboterarms angebracht sind. So werden beispielsweise Verformungskörper mit darauf angeordneten Dehnungsmessstreifen im Bereich der Roboterarme, insbesondere der Robotergelenke angeordnet. Mittels der Dehnungsmessstreifen werden Scherdehnungen erfasst, um das eingebrachte Moment am Robotergelenk zu bestimmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ausgehend vom Stand der Technik darin zu sehen, eine verbesserte Drehmomentmessvorrichtung bereitzustellen, welche bauraumsparend ausgebildet ist und welche gleichzeitig eine hohe Genauigkeit und Robustheit aufweist.
Die genannte Aufgabe wir durch eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Spannungswellengetriebe gemäß Anspruch 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dem Messen eines Drehmoments eines Spannungswellengetriebes. Die Drehmomentmessvorrichtung umfasst ein Bauteil und mehrere auf dem Bauteil übereinander angeordnete Schichten, die Bestandteil einer Dehnungsmessstreifen-Direktbeschichtung sind. Unmittelbar auf dem Bauteil ist eine elektrisch isolierende Isolationsschicht angeordnet. Unmittelbar auf der
Isolationsschicht ist eine verformungssensitive Messschicht angeordnet.
Das Bauteil ist ein Bestandteil einer Robotik, insbesondere des Spannungswellen getriebes. Das die mehreren Schichten tragende Bauteil ist ein Flexspline. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass sie bauraumsparend gestaltet ist, da zusätzliche Verformungskörper, die lediglich der Momentenerfassung dienen, nicht benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der
Vorrichtung ist, dass sie im Betrieb eine hohe Genauigkeit und Präzision ermöglicht sowie eine große Robustheit aufweist.
Das Bauteil ist bevorzugt aus einem Metall gebildet. Alternativ ist das Bauteil aus einem Halbleitermaterial. An seinem Außenradius weist der Flexspline eine
Verzahnung auf. Beispielsweise kann das Bauteil eine zylindrische Stahlbüchse sein, die in den gewünschten Grenzen flexibel ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der verformungssensitiven Messschicht eine Schutzschicht aufgebracht, die die unterhalb der Schutzschicht befindlichen Schichten vor Umwelteinflüssen schützt. Die Schutzschicht besteht vorzugsweise aus einem organischen Material. Alternativ bevorzugt besteht die Schutzschicht aus einem anorganischen Material.
Die Messschicht dient der Detektion einer Dehnung bzw. Scherung des Bauteils, wobei ein Drehmoment erfasst wird.
Die Messschicht weist bevorzugt ein Metall oder eine Legierung, insbesondere eine Nickellegierung auf. Vorzugsweise ist die Nickellegierung eine Nickelchrom-Legierung (NiCr).
Vorzugsweise weist die Messschicht eine Strukturierung auf. Besonders bevorzugt weist die Messschicht eine räumliche Strukturierung auf, die ein gestreiftes Muster bildet. Unterschiedliche Ausführungsformen können beispielsweise Streifen im
Winkelbereich zwischen 35° und 55° zur Bauteillängsachse besitzen. Vorzugsweise erfolgt die Strukturierung mittels Laser oder durch Ätzen, wobei die Strukturierung erst nach dem Aufbringen der Messschicht auf dem Bauteil erfolgt.
Bevorzugt besteht die Isolationsschicht aus einem oder mehreren verschiedenen Oxiden. Alternativ besteht die Isolationsschicht aus Diamond Like Carbon (DLC). Die Isolationsschicht kann alternativ aus einem oder mehreren Oxiden und DLC bestehen. Besonders bevorzugt besteht die Isolationsschicht aus AI2O3 (Aluminiumoxid) oder/und S1O2 (Wollastonit).
Die Isolationsschicht kann beispielsweise in einem PVD-Verfahren (physical vapour deposition) oder einem PACVD-Verfahren (Chemical assisted physical vapour deposition) hergestellt sein. In einer Ausführungsform wird die Isolationsschicht durch eine Kombination aus dem PVD-Verfahren und dem PACVD-Verfahren erzeugt.
Vorzugsweise weist die auf das Bauteil aufgebrachte Schichtenfolge, bestehend aus Messschicht, Isolationsschicht und Schutzschicht, eine Gesamtdicke kleiner 200 pm auf. Besonders bevorzugt weist die Schichtenfolge aus Messschicht und
Isolationsschicht eine Gesamtdicke von weniger als 20 pm auf.
Auf dem Bauteil können vorzugsweise weitere Bauelemente angeordnet sein. In einer Ausführungsform sind auf dem Bauteil Elektronikbauteile zur Signalvorverstärkung und/oder zur Signalauswertung und/oder zur Signalübertragung angeordnet.
In einer Ausführungsform sind zwischen den Streifenabschnitten zumindest
abschnittsweise kontaktierende elektrische leitfähige Kontaktschichten ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Spannungswellengetriebe umfasst eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments gemäß der zuvor beschriebenen Vorrichtung mit all ihren Ausführungsformen. Weiterhin umfasst das Spannungswellengetriebe eine
Antriebswelle, einen Wellgenerator, der als Wälzlager mit nicht kreisförmigen, z. B. elliptischem Innenring und deformierbarem Außenring ausgebildet sein kann, ein Hohlrad und eine elastische Hülse, die als Flexspline bezeichnet wird. Letzteres Bauteil der Vorrichtung besitzt eine Außenverzahnung und das Hohlrad besitzt eine Innenverzahnung. Flexspline und Hohlrad sind koaxial zueinander angeordnet, sodass die Verzahnungen ineinander greifen. Der Innenring des Wellgenerators ist auf der Antriebswelle positioniert, sodass er das Bauteil antreibt. Vorzugsweise weist das Spannungswellengetriebe weiterhin ein Gehäuse auf, in dem die zuvor genannten Getriebebauteile zumindest teilweise angeordnet sind.
Vorteilhafterweise wird durch das erfindungsgemäße Spannungswellengetriebe Bauraum gespart, da die Vorrichtung und mit dieser die Beschichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und keine zusätzlichen Verformungskörper notwendig sind. Aufgrund der hohen Präzision, welche die Vorrichtung durch das exakte Erfassen eines Drehmoments ermöglicht, sind die Vorrichtung und das
Spannungswellengetriebe in der Robotik anwendbar und sehr vorteilhaft.
Insbesondere sind die Vorrichtung und das Spannungswellengetriebe beim Schutz vor Kollisionen bzw. bei der Kraft- und Steifigkeitsregelung von Vorteil.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht und eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht und eine Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform Vorrichtung;
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 5 eine Schnittansicht und eine Detailansicht der in Fig. 4 gezeigten
Seitenansicht der Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht und eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung stellt ein in einem
Spannungswellengetriebe anwendbares Flexspline dar, wobei das Flexspline aus einer Scheibe 01 und einem an die Scheibe axial anschließenden zylindrischen Bauteil 02 besteht. Vorzugsweise besteht der Flexspline aus Stahl. Das zylindrische Bauteil 02 bzw. die Flülse ist an dem Innendurchmesser der Scheibe 01 angeordnet. Das zylindrische Bauteil 02 weist an seinem von der Scheiben 01 abgewandten Abschnitt eine Außenverzahnung 03 auf. An dem zur Scheibe 01 hingewandten Abschnitt des Außenumfangs des zylindrischen Bauteils 02 ist eine
verformungssensitive Messsicht 04 in Form eines Dehnmessstreifens, insbesondere in Form eines Sensotect-Dehnmessstreifens angeordnet. Zwischen dem
Grundmaterial des zylindrischen Bauteils 02 und der verformungssensitiven
Messschicht 04 ist eine isolierende Isolationsschicht 06 ausgebildet. Mittels der verformungssensitiven Messschicht 04 wird ein Drehmoment des
Spannungswellengetriebes ermittelt. Vorzugsweise weist die Messschicht eine Strukturierung auf, die ein gestreiftes Muster bildet.
Weiterhin ist in Fig. 1 eine Detailansicht der verformungssensitiven Messschicht 04 gezeigt. Die ausgebildete Struktur der Messschicht 04 verläuft im dargestellten Beispiel in zahlreichen Mäandern, wobei die Achsen der nicht gekrümmten Abschnitte der Struktur geneigt zur Zylinderachse des Bauteils 02 stehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat u.a. den Vorteil, dass sie Bauraum sparend ausgebildet ist.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Flexspline mit der Scheibe 01 und dem zylindrischen Bauteil 02 dargestellt. In einer Detailansicht der Fig. 2 ist die Schichtenfolge der Vorrichtung dargestellt. Auf dem aus Stahl bestehenden zylindrischen Bauteil 02 ist die Isolationsschicht 06 aufgebracht, auf welcher die verformungssensitive Messschicht 04 und eine darauf angeordnete Schutzschicht 07 aufgebracht sind. Die verformungssensitive Messsicht 04 ist eine strukturierte NiCr- Funktionsschicht.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine nicht beanspruchte Ausführungsform der
Vorrichtung. Abweichend zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, weist hier die Scheibe 01 die verformungssensitive Messschicht 04 auf. An dem Außenumfang des zylindrischen Bauteils 02 ist keine verformungssensitive Messschicht ausgebildet. Die einzelnen Bestandteile der verformungssensitive Messschicht 04 sind umfänglich verteilt auf der Scheibe 01 angeordnet. Die Vorrichtung ist hier als eine Kragenhülse gestaltet.
In der Fig. 4 ist eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Kragenhülse dargestellt. Da die verformungssensitive Messschicht 04 auf der Scheibe 01 ausgebildet ist, fehlt die Messsicht am Außenumfang des zylindrischen Bauteils 02. Im von der Scheibe 01 abgewandten Bereich des zylindrischen Bauteils 02 ist weiterhin die Verzahnung 03 am Außenumfang ausgebildet. Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten Seitenansicht der Vorrichtung. Weiterhin zeigt die Fig. 5 eine Detailansicht der Schichtenfolge der Scheibe 01. Auf der Stahlscheibe 01 ist die Isolationsschicht 06, vorzugsweise aus AI2O3 bestehend, angeordnet. Auf der Isolationssicht 06 ist die verformungssensitive Messsicht 04 mit einer darauf befindlichen Schutzschicht 07 angeordnet. Zwischen den einzelnen verformungssensitiven Messschichten 04 befinden sich Kontaktschichten 08 für die elektrische Kontaktierung.
Bezuqszeichenliste
01 Scheibe
02 zylindrisches Bauteil
03 Außenverzahnung
04 verformungssensitive Messschicht
05 -
06 Isolationsschicht
07 Schutzschicht
08 Kontaktschicht

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments eines Spannungswellengetriebes, wobei die Vorrichtung umfasst: Flexspline (01 , 02), auf welches das
Drehmoment einwirkt, eine auf dem Flexspline (01 , 02) angeordnete elektrisch isolierende Isolationsschicht (06) und eine auf der Isolationsschicht (06) angeordnete verformungssensitive Messschicht (04).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flexspline (01 , 02) Bestandteil einer Robotik, insbesondere eines Roboterarms oder eines Roboterarmgelenks ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Messschicht (04) eine Schutzschicht (07) aufgebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (07) organisch oder anorganisch ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gesamtdicke der auf dem Flexspline (01 , 02) aufgebrachten Schichtenfolge, bestehend aus Messschicht (04), Isolationsschicht (06) und Schutzschicht (07), kleiner 200 pm ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht aus einem oder mehreren Oxiden, insbesondere Oxidlagen und/oder einer Kohlenstoffbeschichtung besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke der auf dem Flexspline (01 , 02) aufgebrachten Schichtenfolge, bestehend aus Messschicht (04) und Isolationsschicht (06) kleiner 20 pm ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Flexspline (01 , 02) weitere Bauelemente angeordnet sind.
9. Spannungswellengetriebe für einen Roboterarm, umfassend eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend eine Antriebswelle, einen Wellgenerator mit einem Innenring und einem Außenring, ein innenverzahntes Hohlrad und ein außenverzahntes Flexspline (01 , 02), wobei das außenverzahnte Flexspline (01 , 02) und das innenverzahnte Hohlrad koaxial zueinander angeordnet sind, sodass die
Verzahnungen ineinander greifen, und wobei der Innenring auf der Antriebswelle positioniert ist, sodass sie das außenverzahnte Flexspline (01 , 02) antreibt und verformt.
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