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