KR102379849B1 - 내부 시일을 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어 기구 구성 요소(CS) 및 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소(FS)를 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구(1)에 관한 것으로서, 상기 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소는 반경 방향(29)으로 기어 기구 구성 요소와 적어도 부분적으로 정렬되고, 상호 작용하는 구동 구성 요소(WG)에 의해 타원형으로 변형될 수 있어, 기어 기구 구성 요소(CS) 및 트랜스미션 구성 요소(FS) 상에 제공되는 내부 또는 외부 치형 시스템(8, 9)이 타원형 축의 대향하는 영역에서 맞물릴 수 있어, 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 기어 기구 구성 요소(CS)를 서로에 대해 회전시킬 수 있고, 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 기어 기구 구성 요소(CS)는 베어링 중간 공간(16)을 갖는 피봇 베어링(30)에 의해 서로에 대해 회전될 수 있도록 장착된다. 기어 기구의 윤활유 누출 및/또는 조기 고갈의 위험을 신뢰 가능하게 감소시킬 수 있도록 하기 위해, 스트레인 웨이브 기어 기구가 제공되고, 이 경우 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 내부 공간(28)은 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 내부 또는 외부 치형 시스템(8, 9)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고 피봇 베어링(30)에 인접하며, 상기 내부 공간(28)은 피봇 베어링의 베어링 중간 공간(16)에 대해 내부 시일(12)에 의해 밀봉된다.

Description

내부 시일을 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구에 관한 것이다.

이러한 기어 기구는 많은 기술 분야에서 다양한 방식으로 사용되고 있으며, 이들은 특히 로봇 기술 및 보철 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 예를 들어, 스트레인 웨이브 기어 기구의 그룹에 속하고 그 기능이 예를 들어 http://harmonicdrive.de/technologie/harmonic-drive-wellgetriebe에 설명되어 있는 본 출원인의 Harmonic Drive® 기어 기구를 참조하도록 한다; Harmonic Drive®는 림부르크 안 데어 란(Limburg an der Lahn), 하모닉 드라이브 아게(Harmonic Drive AG)의 등록 상표이다.

스트레인 웨이브 기어 기구의 일반적인 구성에서, 타원 "웨이브 발생기"로 기술된 구동 구성 요소는 롤러 베어링에 의해, 큰 타원형 축의 반대 영역에서 원형 스플라인으로 기술된 내부 톱니형 기어 기구 구성 요소와 맞물리는 외부의 톱니형 플렉스 스플라인으로서 기술된 기어 기구 구성 요소를 변형한다. 웨이브 발생기의 피봇팅에 따라, 큰 타원형 축 및 이에 따른 치형 맞물림 영역이 이동한다. 스트레인 웨이브 기어 기구의 플렉스 스플라인은 원형 스플라인보다 2 개의 더 적은 톱니를 갖기 때문에, 웨이브 발생기의 반 회전 동안 하나의 톱니에 의해 그리고 전체 회전 동안 2 개의 톱니에 의해 플렉스 스플라인과 원형 스플라인 사이에 상대적인 움직임이 발생하고 이에 의해 높은 전달비가 실현된다. 고정된 원형 스플라인을 사용하면, 플렉스 스플라인이 드라이브의 반대쪽에 있는 출력 요소로서 선회한다. 원형 스플라인은 고정 가능한 방식으로 베어링 링에 배열될 수 있다.

편평한 구조로, 플렉스 스플라인은, 웨이브 발생기로 인해 타원형 형태를 취하는 얇은 벽의 탄성 변형 가능한 링으로서 형성된다. 플렉스 스플라인의 외부 치형 시스템은 원형 스플라인의 내부 치형 시스템뿐만 아니라 추가적으로 제공되는 동적 스플라인의 내부 치형 시스템과도 결합된다. 동적 스플라인은 플렉스 스플라인과 같은 갯수의 톱니를 가진 내부 치형 링 기어이다. 이는 플렉스 스플라인과 동일한 회전 방향 및 동일한 회전 속도로 회전하며, 감속 작동에서 출력 요소로서 사용된다.

통상적인 구성에 더하여, 스트레인 웨이브 기어 기구는 또한 소위 외부 로터로서 소위 편평한 구조로 또는 역전된 구조로 형성될 수 있다.

여기서, 플렉스 스플라인은 치형 영역의 롤러 베어링뿐만 아니라 타원으로 형성된 웨이브 발생기에 의해서도 둘러싸인 가요성 내부 치형 구성 요소로서 형성된다. 플렉스 스플라인의 내부 치형 시스템은 기어 휠로 형성된 원형 스플라인의 외부 치형 시스템과 맞물린다. 통상적인 스트레인 웨이브 기어 기구와는 반대로, 내부 치형 플렉스 스플라인과 타원형 형태의 편평화된 측면, 즉 작은 반-축 영역에서의 웨이브 발생기와의 사이에 반대의 치형 접촉이 나타난다.

본 출원의 범위 내에서, 기어 기구 구성 요소, 원형 스플라인 및 약어 "CS"라는 용어는 동의어로 사용된다. 또한, 구동 구성 요소, 웨이브 발생기 및 약어 "WG"라는 용어는 동의어로 사용된다. 또한, 트랜스미션 구성 요소, 플렉스 스플라인 및 약어 "FS"라는 용어는 동의어로 사용된다.

스트레인 웨이브 기어 기구의 특별한 장점은 전체 수명에 걸쳐 치형 시스템에서 실질적으로 클리어런스 증가가 없고, 1 각도 분 미만의 우수한 포지셔닝 정확도 및 단지 몇 각도 초의 반복 정확도를 갖는다는 것이다. 또한, 스트레인 웨이브 기어 기구는 기존의 기어 기구보다 실질적으로 더 컴팩트하고 가벼워서, 매우 작은 기계 공간에서 고정밀도 피봇 운동이 구현되어야 하는 로봇 공학, 보철 및 유사한 기술 분야에서 사용하기에 특히 적합하다. 기어 기구의 두 구성 요소 사이에서 피봇 운동을 구현하기 위해, 이것은 피봇 베어링에 연결되거나 또는 그 자체가 피봇 베어링의 일부이다.

힘의 전달이 큰 치형 맞물림 영역에서 발생하기 때문에, 스트레인 웨이브 기어 기구는 일반적으로 유사한 크기의 종래의 기어 기구보다 더 높은 토크를 전달할 수 있다. 플렉스 스플라인, 원형 스플라인 및 웨이브 발생기의 3 개의 필수 구성 요소만을 갖는 가장 간단한 경우에, 30:1 내지 320:1의 감속이 한 단계로 달성된다. 정격 작동 시, 최대 85 %의 효율이 달성된다. 스트레인 웨이브 기어 기구는 일반적으로 자체 억제가 아니며, 일반적으로 스틱 슬립 동작이 없거나 또는 거의 없다. 이러한 특정 장점을 달성하기 위해, 이러한 기어 기구에는 종종 부분적으로 특히 치형 시스템뿐만 아니라 구동 구성 요소도 윤활하는 역할을 하는 영구 윤활로서 제공되는 윤활제 매스가 장착된다.

이를 위해, 윤활제는 치형 시스템 반대편의 가요성 트랜스미션 구성 요소의 측면에 적용된다. 트랜스미션 구성 요소의 작동 중에 수행된 "워킹(walking) 운동"에 의해 지원되어, 윤활제는 치형 시스템 및 구동 구성 요소의 원하는 윤활 부위에 도달한다. 치형 시스템 상에 유사하게 나타나는 워킹 운동으로 인해, “사용된” 윤활유는 치형 시스템의 영역을 벗어나 기어 기구 내에 정착한다.

특정 적용에서, 사용된 윤활제는 기어 기구 내에서 ㅇ동하고, 예를 들어 기어 기구의 피봇 베어링까지 도달하고 거기에 주어진 베어링 중간 공간을 통해 이동하는 것이 발생할 수 있다. 필요한 경우, 베어링 중간 공간은 외부 반경 방향 샤프트 밀봉 링을 통해 원하지 않는 재료의 유입 또는 롤러 베어링 그리스의 출구에 대해 밀봉될 수 있다. 그러나, 이러한 밀봉 링은 종종 대량의 윤활제를 사용한 적용을 견디지 못하여, 바람직하지 않은 윤활제 누출이 있을 수 있다. 이러한 윤활유 누출로 인해 치형 시스템의 반대편의 기어 기구 내에서 사용된 윤활유의 백로그(backlog)가 거의 발생하지 않을 수 있고, 이로 인해 워킹 움직임으로 인해 차후에 이송되는 윤활유 매스가 증가하고 기어 기구가 조기에 고갈될 수 있다.

전술한 단점으로부터 진행하여, 본 발명은 윤활제 누출의 위험 및/또는 조기 고갈의 위험을 신뢰성 있게 감소시킬 수 있는 개선된 스트레인 웨이브 기어 기구를 제공하는 과제에 기초한다.

이러한 과제는 청구항 제 1 항에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구에 의해 해결된다.

제 1 항에 따르면, 기어 기구 구성 요소 및 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소를 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구가 제공되고, 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소는 반경 방향으로 기어 기구 구성 요소와 적어도 부분적으로 정렬된다. 트랜스미션 구성 요소는 상호 작용하는 구동 구성 요소에 의해 타원형으로 변형될 수 있어, 기어 기구 구성 요소 및 트랜스미션 구성 요소 상에 제공되는 내부 또는 외부 치형 시스템이 타원형 축의 대향하는 영역에서 맞물릴 수 있어 트랜스미션 구성 요소 및 기어 기구 구성 요소를 서로에 대해 회전시킬 수 있다. 트랜스미션 구성 요소 및 기어 기구 구성 요소는 베어링 중간 공간을 갖는 피봇 베어링에 의해 서로에 대해 회전될 수 있도록 장착된다. 본 발명은 스트레인 웨이브 기어 기구의 내부 공간이 트랜스미션 구성 요소 및 내부 또는 외부 치형 시스템에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고 피봇 베어링에 인접하며, 내부 공간은 피봇 베어링의 베어링 중간 공간에 대해 내부 시일에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

이것은 기어 기구 내부 공간에 위치되고 피봇 베어링에 대해 가능하게는 불리한 임의의 재료가 내부 공간에 수집되고 이 재료의 피봇 베어링 내로의 진입 또는 피봇 베어링을 통한 이동이 방지되거나 또는 적어도 강하게 감소된다는 장점을 갖는다. 예를 들어, 기어 기구의 내부 공간에 수집되는 그리스, 톱니 그릿(grit), 쉐이빙, 또는 기타 이물질이 피봇 베어링에 들어가는 것이 방지될 수 있다. 또한, 피봇 베어링을 통한 결과적인 누출이 방지되거나 적어도 강하게 감소된다. 또한, 내부 시일은 어느 정도 윤활제에 대해 투과성이므로, 윤활제가 제어된 방식으로 스트레인 웨이브 기어 기구의 내부 공간을 빠져나와 피봇 베어링의 윤활에 사용될 수 있도록 제공될 수 있다. 밀봉은 기어 기구 윤활제가 피봇 베어링에 거의 들어가지 않도록 발생할 수도 있다. 이는 특히 피봇 베어링이, 기어 기구 치형 시스템과 달리, 건식 윤활 슬라이드 또는 롤러 베어링 또는 자석 베어링으로서 건식 주행하도록 형성되는 경우에 유리하다. 피봇 베어링을 통한 윤활제의 유입에 대한 밀봉은 또한 피봇 베어링에 사용되는 기어 기구 윤활제 및 베어링 윤활제가 화학적으로 또는 다른 방식으로 양립할 수 없는 경우에 특히 유리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 내부 시일은 동적 시일, 바람직하게는 샤프트 밀봉 링, 특히 축 샤프트 밀봉 링 또는 반경 방향 샤프트 밀봉 링 또는 가스켓으로 형성될 수 있다. 이들 대안예들은 특히 내구성이 있고 마모가 적은 것으로 밝혀졌다. 축 방향 샤프트 밀봉 링 및 가스켓도 특히 적합한데, 왜냐하면 필요한 기계적 공간이 작고 동시에 우수한 밀봉 효과가 있기 때문이다.

바람직하게는, 내부 시일은 본질적으로 엘라스토머 또는 윤활제-침지 펠트 재료로 구성될 수 있다. 엘라스토머를 사용하면 내부 시일을 비용 효율적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 윤활제와 같은 기어 기구에 사용되는 화학 재료에 저항할 수 있다. 대조적으로, 윤활제-침지 펠트 재료로 제조된 내부 시일은, 펠트 재료가 나타날 수 있는 모든 제조 부정확성을 보상할 수 있는 유연성을 갖기 때문에, 밀봉 영역에 필요한 제조 공차의 확장을 허용한다.

본 발명의 추가의 개발에서, 내부 시일은 또한 정적 시일로서 섹션으로 형성되고, 회전 방지 방식으로 연결되는 스트레인 웨이브 기어 기구의 두 부분 사이에 삽입되는 것으로 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 내부 시일은 다수의 시일 기능을 동시에 수행할 수 있어, 조립 비용 및 동시에 크기가 감소될 수 있다. 특히, 내부 시일에는 적어도 하나의 O- 링이 형성되어, 내부 시일은 O- 링의 고정을 통해 기어 기구 내에서 원하는 설치 위치에 유지되도록 제공될 수 있다.

유리하게는, 내부 시일은 피봇 베어링의 베어링 링과 트랜스미션 구성 요소 사이에 배치되며, 바람직하게는 베어링 링에 밀봉 방식으로, 특히 적어도 하나의 밀봉 러그 및/또는 하나의 밀봉 립 및/또는 하나의 밀봉 표면에 의해 인접하도록 제공될 수 있다. 이에 의해, 밀봉은 조립 동안 낮은 비용으로 스트레인 웨이브 기어 기구에 통합될 수 있다.

바람직하게는, 내부 시일은 프리 스트레인(prestraining) 하에, 바람직하게는 스프링 하중 프리 스트레인 하에, 특히 자체 프리 스트레인(self-prestraining) 하에 스트레인 웨이브 기어 기구의 밀봉 표면에 인접할 수 있다. 이러한 방식으로, 밀봉 효과의 신뢰성이 더욱 향상되고 정확하게 조정될 수 있다.

내부 시일은 또한 스트레인 웨이브 기어 기구의 밀봉 표면에 대해 하나의 영역에서 중첩을 가질 수 있다. 프레스 피트(press fit)와 유사한 중첩은, 밀봉 표면과 내부 시일 사이의 상호 작용이 정밀하게 조정될 수 있기 때문에, 특히 우수하고 신뢰할 수 있는 밀봉 효과를 가능하게 한다.

또한, 내부 시일은 스트레인 웨이브 기어 기구 내에서 설치된 상태로 고정되는 베이스 본체를 가질 수 있으며, 여기서 베이스 본체로부터 돌출하는 밀봉 립은 본질적으로 벤딩을 통해 생성된 자체 프리 스트레인의 형성 하에 밀봉 표면에 인접한다. 이는 내부 시일 자체가 자체 스트레인으로서 밀봉 효과에 필요한 프리 스트레인을 생성한다는 이점을 갖는다. 내부 시일, 특히 시일 립의 대응하는 형성을 통해, 중첩 및 결과적인 프리 스트레인이 정확하게 조정될 수 있다.

자체 프리 스트레인을 생성하는 밀봉 립의 벤딩은 약 0 mm 내지 1.5 mm의 중첩에 대응할 수 있다. 이 값 범위는 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

대안적으로, 내부 시일은 적어도 하나의 밀봉 러그의 영역에서 밀봉 표면과 스트레인 웨이브 기어 기구의 추가의 구성 요소 사이에 과도하게 삽입되어, 적어도 하나의 밀봉 러그는 프리 스트레인 하에 밀봉 표면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 여기서, 내부 시일의 초과로 인해 밀봉 표면의 프리 스트레인이 정확하게 조정될 수 있는 것이 특히 유리하다. 이러한 해결 방안은 특히 작은 기계 공간에 적합하며, 주로 압력 변형된 밀봉 에지로 인해 밀봉 재료의 크리핑(creeping)에 크게 영향을 받지 않는다.

적어도 하나의 밀봉 러그 영역에서의 과도한 내부 시일이 약 0 내지 약 0.4 mm의 중첩, 바람직하게는 약 80 μm 내지 약 240 μm의 중첩에 대응하도록 조정될 때 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이 값의 범위는 밀봉 효과 및 밀봉 재료에서의 크리핑 거동과 관련하여 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

대안적으로, 내부 시일은 밀봉 표면의 밀봉 섹션에 대향하여 위치하는 가스켓으로서 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 변형예는 "갭 시일"의 밀봉 개념에 따라 기능한다. 밀봉 효과는 밀봉될 갭을 통한 이론적인 유동 경로의 연장에 기초하기 때문에 밀봉 표면의 방향으로의 내부 시일의 프리 스트레인은 필요하지 않다. 이에 의해, 예를 들어 윤활제의 통로에 대응하는 유동 저항이 실질적으로 증가된다. 이러한 변형예는 특히 매우 작은 기계 공간에 적합하다. 밀봉 섹션은 바람직하게는 약 0 mm 내지 약 0.2 mm의 거리에서 밀봉 표면의 반대편에 놓인다.

스트레인 웨이브 기어 기구의 일 실시예는 내부 시일이 특히 마찰을 통해 자체 지지 방식으로 스트레인 웨이브 기어 기구 내에 유지되는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 내부 시일은 스트레인 웨이브 기어 기구 내에서 그의 지지부 상에 자체 프리 스트레인을 가하여, 별도로 제공되는 프리 스트레인이 발생하지 않을 수 있으며, 이는 그렇지 않으면 스트레인 웨이브 기어 기구의 추가의 구성 요소에 의해 영향을 받을 필요가 있다.

스트레인 웨이브 기어 기구는 또한 내부 공간이 내부 공간으로 들어가는 재료, 특히 윤활제의 흡입을 위한 저장소를 형성하도록 유리하게 형성될 수 있다. 스트레인 웨이브 기어 기구의 내부 공간에서 치형 시스템을 통해 이동하는 모든 재료는 내부 공간에 수집될 수 있다. 예를 들어 컷아웃, 모따기부, 리세스 또는 백을 제공하여 내부 공간이 충분히 큰 치수를 갖는 경우, 내부 밀봉에 불필요한 적용 없이 이에 따라 밀봉 효과의 손상 없이 주로 대량의 축적 재료, 주로 윤활제를 취할 수 있다. 이러한 방식으로, 스트레인 웨이브 기어 기구의 수명에 걸친 밀봉 효과가 훨씬 더 신뢰 가능하게 가능해질 수 있다.

또한, 내부 및 외부 치형 시스템 및/또는 피봇 베어링 및/또는 웨이브 발생기 베어링의 윤활을 위한 윤활제 매스(mass)가 스트레인 웨이브 기어 기구 내에 및/또는 스트레인 웨이브 기어 기구 상에 제공되고, 윤활제 매스의 부피는 내부 공간의 부피보다 작거나 또는 같거나, 또는 최대 1.1 배 더 큰 것이 제공될 수 있다.

이러한 방식으로, 내부 공간은 사용되거나 사용되지 않은 윤활제를 위한 저장소로서 기능할 수 있으며, 내부 시일 상에의 과도한 윤활제의 도포를 확실하게 회피하거나 또는 적어도 크게 줄일 수 있다.

내부 시일에서 발생하는 마찰력으로 인한 스트레인 웨이브 기어 기구의 효율 악화를 회피하거나 또는 줄이기 위해, 내부 시일 및/또는 내부 시일과 상호 작용하는 밀봉 표면은 마찰 감소 방식으로 적어도 국소적으로 처리되는 것이 제공될 수 있다. 내부 시일에 의해 야기되는 드래그 토크는 표면 처리를 사용하여 적어도 상당히 감소될 수 있다. 예를 들어, 내부 시일 및/또는 대응하는 밀봉 표면 상에 코팅, 또는 심지어 마찰 감소 본딩 코팅이 제공될 수 있다. 내부 밀봉을 위해 마찰 최적화제를 완전한 구성 요소로 사용할 수도 있는데, 예를 들어, 밀봉 재료로서 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)을 사용할 수 있다. 대안적으로, 마찰 최적화된 재료는 또한 예를 들어 밀봉 립 또는 밀봉 에지 영역에만 부분적으로 적용될 수 있어서, 내부 시일이 2-성분 시일로서 형성된다. 예를 들어, 밀봉 립 영역에만 추가적인 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)을 제공하는 것을 고려할 수 있다. 대안적으로, 금속 기어 기구 구성 요소의 표면은 마찰 감소 방식으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 시일과의 상호 작용으로 발생하는 마찰을 최소화하기 위해 표면을 가스 질화, 이온 주입 또는 은-티타늄 질화할 수 있다. 이온 주입을 위해, 예를 들어 질소 또는 아르곤이 이온 가스로서 사용될 수 있다.

내부 시일 및/또는 밀봉 표면의 마찰 변화 표면 처리는 특히 정적 마찰과 운동 마찰 사이의 시프트에 긍정적인 영향, 소위 스틱 슬립 효과를 미치며, 이는 로봇 공학에서의 적용에 특히 유리하다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 내부 시일은 이중 시일로서 작용하는 적어도 하나의, 바람직하게는 2 개의 O- 링 및/또는 밀봉 러그 및/또는 밀봉 립을 가질 수 있다. 이로써 밀봉의 신뢰성 및 수명이 증가될 수 있다. 내부 밀봉이 트랜스미션 구성 요소의 반복된 탄성 변형을 통해 서로에 대해 이동될 수 있는 2 개의 구성 요소 사이에 밀봉 립으로 배열되는 경우 밀봉 효과가 또한 크게 증가될 수 있다.

본 발명의 추가의 목표, 장점, 특징 및 가능한 응용은 예시를 이용하는 예시적인 실시예의 다음 설명에서 발견된다. 청구범위에 대한 요약 또는 그에 대한 참조와 무관하게, 모든 설명 및/또는 예시된 특징은 그 자체로 또는 서로와의 임의의 합리적인 조합으로 본 발명의 목적을 형성한다.
다음은 부분적으로 개략적으로 표시된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 확대된 발췌도를 도시한다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 확대된 발췌도를 도시한다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 측면 단면도를 도시한다.
도 6은 도 5에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 확대된 발췌도를 도시한다.
도 7은 내부 시일 영역에서 도 1에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 발췌 확대도를 도시한다.
도 8은 내부 시일 영역에서 도 3에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 발췌 확대도를 도시한다.
도 9는 내부 시일 영역에서 도 5에 따른 스트레인 웨이브 기어 기구의 발췌 확대도를 도시한다.

아래에 도시된 도면에서, 동일하거나 유사하게 기능하는 구성 요소는 가독성을 향상시키기 위해 참조 번호를 갖는다.

도 1은 내부 치형 시스템(8)의 영역에서 트랜스미션 구성 요소(FS)의 외부 치형 시스템(9)과 중첩되어 결합되고 부분적으로 간섭하는 내부 기어 휠로서 형성된 기어 기구 구성 요소(CS)를 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 트랜스미션 구성 요소(FS)는 트랜스미션 구성 요소(FS)와 기어 기구 구성 요소(CS)를 서로에 대해 회전 가능하게 장착하는 피봇 베어링(30)의 내부 베어링 링(6)과 토크 방지 방식으로(torque-proof manner) 연결된다. 피봇 베어링(30)의 외부 베어링 링(5)은 토크 방지 방식으로 기어 기구 구성 요소(CS)에 연결된다. 마찬가지로 트랜스미션 구성 요소(FS)과 토크 방지 방식으로, 플러그(41)는 도 1의 우측에 도시된 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 출력 측에서 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 단부를 형성한다.

스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 구성 요소들이 작동 중에 회전하는 기어 축(26)을 따라, 구동 구성 요소(WG)가 레이스되어 있는(laced) 기어 기구 입력 샤프트(19)는 플러그(41)의 반대쪽에 놓인다. 외부 입력 샤프트(도시되지 않음)를 연결하기 위해, 기어 기구 입력 샤프트(19)는 스터브(stub) 샤프트가 기어 기구 입력 샤프트(19)의 관통 구멍(42) 내에 고정될 수 있는 하나 이상의 그러브(grub) 스크류(18)를 갖는다.

기어 기구 입력 샤프트(19) 상에 배치된 구동 구성 요소(WG)는 기어 축(26)을 향하는 타원형 형태를 가지며, 웨이브 발생기의 대응하여 형성된 베어링(10)에 끼워진다. 웨이브 발생기 베어링(10)은 트랜스미션 구성 요소(FS)가 타원형 형태를 취하고 큰 타원형 축의 영역에서 기어 기구 구성 요소(CS)의 내부 치형 시스템(8)과 맞물리도록 그 내부에서 트랜스미션 구성 요소(FS)에 인접한다.

기어 축(26) 주위에서 기어 기구 입력 샤프트(19)를 작동시킬 때, 트랜스미션 구성 요소(FS)는 구동 구성 요소(WG)에 의해 주기적으로 변형되어, 시프팅 치형 맞물림을 통해 트랜스미션 구성 요소(FS)와 기어 기구 구성 요소(CS) 사이의 상대 이동이 존재한다.

2 개만큼 이탈하는 치형의 갯수로 인해, 기어 기구 구성 요소(CS)의 내부 치형 시스템(8) 및 트랜스미션 구성 요소(FS)의 외부 치형 시스템(9)은 실질적으로 반경 방향(29)으로 정렬되며, 기어 기구 입력 샤프트(19)에서의 운동과, 출력으로서 기능하는 피봇 베어링(30)의 내부 베어링 링(6)의 회전 운동 사이에서 높은 감소를 야기한다. 기어 기구 구성 요소(CS) 및 외부 베어링 링(5)은 기어 기구의 입력 및 출력 측에 대해 토크 방지 방식으로 고정된다. 이 경우, 기어 기구 출력 측에서의 회전 운동은 입력 측에서의 회전 운동과 반대이다.

도 1에 도시된 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 발췌도가 도 2에 확대되어 있다. 여기서, 피봇 베어링(30)은 베어링 링(5, 6) 사이의 베어링 중간 공간(16)에 수용되는 롤러 요소를 위한 외부 베어링 링(5) 및 내부 베어링 링(6) 상에 베어링 트랙(17)을 갖는 것을 알 수 있다. 피봇 베어링(30)은, 롤러 베어링 대신에, 슬라이드 베어링 또는 자석 베어링으로 형성될 수 있다. 슬라이드 베어링 또는 롤러 베어링으로서의 형성에서, 베어링 윤활제는 롤러 베어링 요소와 베어링 표면의 움직임 동안 각각의 마찰 감소에 사용된다.

베어링 윤활제가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해, 외부 시일(11)은 여기에 도시된 바와 같이 외부 베어링 링(5)과 내부 베어링 링(6) 사이의 베어링 중간 공간(16)을 밀봉할 수 있다. 이 경우, 외부 시일(11)은, 베어링 링(5) 내의 리세스(43) 상에 외부에서 반경 방향으로 지지되고 반대 측에서는 밀봉 표면(44)으로 형성된 내부 베어링 링(6)의 측 방향 표면에 밀봉 에지(45)에 의해 인접하는 반경 방향 샤프트 밀봉 링으로서 형성된다.

베어링 중간 공간(16)의 반대쪽에서, 내부 베어링 링(6)의 단부 면은, 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 내부 공간(28)에 배열된 내부 시일(12)이 밀봉을 제공하는 밀봉 표면(2)으로서 형성된다. 내부 시일(12)에 의해 베어링 중간 공간(16)에 대해 밀봉된 내부 공간(28)의 나머지 부분은 특히 치형 영역(20)을 통해 내부 공간(28)으로 들어갈 수 있는 재료를 위한 저장소(46)를 형성한다. 저장소(46)는 내부 공간(28)에서 작은 십자 형태로 교차 해칭에 의해 도 2, 도 4 및 도 6에 표시되어 있다.

도 7에 더 상세히 도시된 바와 같이, 이 내부 시일(12)은 밀봉 립(31)으로부터 돌출하는 베이스 본체(32)를 갖는다. 설치된 상태에서, 밀봉 립(31)은 밀봉 표면(2)을 겨냥한 프리 스트레인을 자체 프리 스트레인의 형태로 형성하기 위해 밀봉 표면(2)으로부터 벤딩 방향(33)으로 벤딩된다. 밀봉 립(31)은 이어서 중첩 영역(38)에서 밀봉 표면(2) 상에 놓이고, 따라서 베어링 중간 공간(16)에 대해 내부 공간(28)을 밀봉한다.

트랜스미션 구성 요소 FS의 반경 방향 내부 측면에서는, 트랜스미션 구성 요소(FS)의 이동 시 기어 기구 윤활제로서 이송되는 윤활제 매스(7)가 적용되며, 이러한 방식으로 내부 치형 시스템(8) 및 외부 치형 시스템(9)에서의 치형 맞물림을 윤활시킨다. 지속적인 치아 맞물림을 통해, 윤활제는 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 내부 공간(28)으로 이송되어, 그곳에 정착된다. 이 과정에서 윤활제는 치형 플랭크로부터의 그릿(grit)을 픽업하며, 오류의 경우에, 임의의 쉐이빙(shavings)이 출현하지만 그러나 베어링 중간 공간(16)으로 들어가거나 또는 이를 통해 움직이도록 의도되지 않는다.

내부 시일(12)은 사용된 윤활제가 내부 공간(28)으로 유입되는 것을 방지한다. 너무 많이 사용된 윤활제가 내부 시일(12)에 도포되는 것을 피하거나 줄이기 위해, 내부 베어링 링(6) 상에 모따기 형태의 추가의 챔버(27)가 제공되며, 이를 통해 내부 공간(28)의 부피가 증가되고 윤활제 매스(7)로 조정될 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 8은 내부 시일(12)이 베어링 중간 공간(16)에 대해 내부 공간(28)을 밀봉하는 가스켓(4)으로서 형성된다는 점에서 제 1 실시예와 본질적으로 다른 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 이 경우, 가스켓은 간극 밀봉의 원리에 따라 기능하며, 여기서 가스켓(4)의 밀봉 섹션(3)의 영역에 약 0 내지 0.2 mm의 환형 간극이 제공된다. 간극은 내부 베어링 링(6)의 밀봉 섹션(40)과 가스켓(4)의 밀봉 섹션(3) 사이에 형성된다. 가스켓은 추가적인 O- 링(35)에 의해 피봇 베어링(30)과 기어 기구 구성 요소(CS) 사이에 유지되며, 동시에 기어 기구 구성 요소(CS)와 피봇 베어링 사이에 존재하는 갭을 정적으로 밀봉한다.

이 경우, 외부 베어링 링은 베어링 링 반부(15, 25)에 의해 두 부분으로 형성된다. 예시적인 제 1 실시예에서와 같이, 베어링 링 반부(15)는 내부 베어링 링(6)에 대해 외부 베어링 링 반부(15)를 밀봉하는 외부 시일(11)을 구비한다.

도 5, 도 6 및 도 9는 본 발명의 제 3 예시적인 실시예를 도시한다.

제 3 예시적인 실시예는 내부 시일(12)이 O-링(23) 및 O-링(24)으로서 형성된 2 개의 인접 섹션의 영역에서 트랜스미션 구성 요소(FS)와 외부 베어링 링(5) 사이에 삽입되고 유지된다는 점에서 2 개의 제 1 예시적인 실시예와 본질적으로 상이하다. 내부 시일(12)은 중첩 영역(38)에서 내부 베어링 링(6)의 밀봉 표면(2)에 인접하는 2 개의 밀봉 러그(21, 22)를 갖는 O- 링(23, 24)에 연결된 섹션을 갖는다. O- 링(23, 24)은 유사하게 중첩 영역(39)에서 피봇 베어링(30)과, 여기에서 외부 베어링 링(5)과 접촉한다. 중첩을 형성하기 위해, O- 링(23, 24) 및 밀봉 에지(21, 22)는 각각 기어 축(26) 방향으로 압착되는데, 즉 트랜스미션 구성 요소(FS)와 베어링 링(5, 6) 사이의 갭 내로 과도하게 삽입된다. 밀봉 에지(21, 22)를 갖는 구조화된 가스켓(37)의 섹션은 O- 링(23, 24)을 갖는 섹션에 유연하게 연결된다. 밀봉 에지(21, 22)의 압착에 필요한 프리 스트레인은 기어 축(26)의 방향으로 트랜스미션 구성 요소(FS)에 의해 형성된다.

그러나, 구조화된 가스켓(37)이 견고하게 형성되고, 밀봉 에지(21, 22)가 밀봉 표면(2)에 인접하여 가스켓(37)의 자체 프리 스트레인으로서 형성되는 프리 스트레인이 고려될 수도 있다. 트랜스미션 구성 요소에 의한 자체 프리 스트레인 및 지지의 조합이 또한 고려될 수 있다.

도 6은 기어 기구를 통한 윤활유의 움직임을 자세히 보여준다. 이러한 움직임은 모든 예시적인 실시예로 전달될 수 있다. 여기서, 윤활제는 전달 구성 요소(FS)의 단부 면 주위에서 유동 방향(14)으로 윤활제 매스(7)로부터 그리고 외부 치형 시스템(9)과 내부 치형 시스템(8) 사이의 치형 영역(20)을 통해 이동한다. 트랜스미션 구성 요소(FS)의 내부로부터 그 외부로의 윤활제의 이송은 또한 하우징 섹션(도시되지 않음)이 트랜스미션 구성 요소(FS)의 전방 단부 및 기어 기구 구성 요소(CS)에 제공된다는 사실에 의해 지원된다. 이는 유동 방향(14)으로 윤활유 흐름을 재-지향시킨다. 그 후, 윤활제는 톱니 영역(20)을 통해 유동 방향(13)으로 그리고 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 내부 공간(28) 내로 통과하고, 거기에서 나머지 스트레인 웨이브 기어 기구의 수명 동안 또는 다음 유지 보수 이벤트까지 유지된다.

제 2 및 제 3 예시적인 실시예에서도, 윤활제 흡입을 위해 내부 공간(28)의 부피를 증가시키는 추가의 챔버(27)가 제공된다. 제 2 예시적인 실시예에서, 챔버(27)는 백 형태를 갖는다. 제 3 예시적인 실시예에서, 챔버(27)는 반경 방향(29)으로 리세스로서 형성된다.

여기에 설명된 3 개의 실시예는 통상적인 구성 방식의 스트레인 웨이브 기어 기구에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 전술한 이점을 갖는 편평한 구조 또는 외부 회전자 기어 기구에서 스트레인 웨이브 기어 기구에 사용될 수 있다.

1 스트레인 웨이브 기어 기구
2 밀봉 표면
3 밀봉 섹션
4 가스켓
5 베어링 링(외부)
6 베어링 링(내부)
7 윤활제 매스
8 내부 치형 시스템
9 외부 치형 시스템
10 웨이브 발생기 베어링
11 외부 시일
12 내부 시일
13 유동 방향
14 유동 방향
15 베어링 링 반부
16 베어링 중간 공간
17 베어링 트랙
18 그러브 스크류
19 기어 기구 입력 샤프트
20 치형 영역
21 밀봉 러그
22 밀봉 러그
23 O-링
24 O-링
25 베어링 링 반부
26 기어 축
27 챔버
28 내부 공간
29 반경 방향
30 피봇 베어링
31 밀봉 립
32 베이스 본체
33 벤딩 방향
34 가스켓
35 O-링
36 밀봉 표면
37 구조화된 가스켓(림프)
38 중첩 영역
39 중첩 영역
40 밀봉 섹션
41 플러그
42 관통 구멍
43 리세스
44 밀봉 표면
45 밀봉 에지
46 저장소
CS 기어 기구 구성 요소(원형 스플라인)
FS 트랜스미션 구성 요소(플렉스 스플라인)
WG 구동 구성 요소(웨이브 발생기)

Claims (17)

1. 기어 기구 구성 요소(CS) 및 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소(FS)를 갖는 스트레인 웨이브 기어 기구(1)로서, 상기 탄성 변형 가능한 트랜스미션 구성 요소는 반경 방향(29)으로 상기 기어 기구 구성 요소와 적어도 부분적으로 정렬되고, 상호 작용하는 구동 구성 요소(WG)에 의해 타원형으로 변형될 수 있어, 상기 기어 기구 구성 요소(CS) 및 상기 트랜스미션 구성 요소(FS) 상에 제공되는 내부 또는 외부 치형 시스템(8, 9)이 타원형 축의 대향하는 영역에서 맞물릴 수 있어 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 기어 기구 구성 요소(CS)를 서로에 대해 회전시킬 수 있고, 상기 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 상기 기어 기구 구성 요소(CS)는 베어링 중간 공간(16)을 갖는 피봇 베어링(30)에 의해 서로에 대해 회전될 수 있도록 장착되는, 상기 스트레인 웨이브 기어 기구에 있어서,
   상기 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 내부 공간(28)은 상기 트랜스미션 구성 요소(FS) 및 상기 내부 또는 외부 치형 시스템(8, 9)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 피봇 베어링(30)에 인접하며, 상기 내부 공간은, 본질적으로 엘라스토머로 이루어지고 상기 피봇 베어링(30)의 상기 베어링 중간 공간(16)에 대해 동적 시일로 형성되는 내부 시일(12)에 의해 밀봉되며,
   상기 내부 시일(12)은 가스켓(34, 37)으로서 형성되고, 또한 부분적으로 정적 시일로서 형성되고, 회전 방지 방식으로 연결된 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 2 개의 부분 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부 시일은 부분적으로 적어도 하나의 O- 링(23, 24)을 갖는 정적 시일로서 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 상기 트랜스미션 구성 요소(FS)와 상기 피봇 베어링(30)의 베어링 링(5, 6) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 밀봉 러그(21, 22) 및/또는 하나의 밀봉 표면(36)에 의해 상기 베어링 링(5, 6)에 밀봉 방식으로 인접하는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 프리 스트레인 하에 상기 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 밀봉 표면(2)에 인접하는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 상기 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 밀봉 표면(2)에 대해 하나의 영역(38)에서 중첩부를 갖는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 적어도 하나의 밀봉 러그(21, 22)의 영역에서 상기 밀봉 표면(2)과 상기 스트레인 웨이브 기어 기구(1)의 추가의 구성 요소 사이에 과도하게 삽입되어 상기 적어도 하나의 밀봉 러그(21, 22)는 프리 스트레인 하에 상기 밀봉 표면(2)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
7. 제 5 항에 있어서,
   적어도 하나의 밀봉 러그(21, 22)의 영역에서의 내부 시일(12)의 초과 치수는 0 내지 0.4 mm의 중첩부에 대응하는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 0 mm 내지 0.2 mm의 거리에서 상기 밀봉 표면(2)의 밀봉 섹션(40)에 대향하여 위치되는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내부 시일(12)은 O- 링(23, 24), 밀봉 러그(21, 22), 및 시일 립(31) 중 이중 시일로서 작용하는 적어도 2 개를 갖는 것을 특징으로 하는 스트레인 웨이브 기어 기구.
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