-
Die
Erfindung betrifft eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp,
wobei die Zahnradeinrichtung ein hochverschleißfestes starres Zahnrad mit
Innenverzahnung aufweist.
-
Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zahnradeinrichtung
vom flexiblen Eingriffstyp mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
-
Eine
typische Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp weist ein
ringförmiges
starres Zahnrad mit Innenverzahnung, ein verformbares Zahnrad mit
Außenverzahnung,
das innerhalb des ringförmigen
starren Zahnrads mit Innenverzahnung angeordnet ist, und einen Wellengenerator
zum Verformen des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung, beispielsweise
Verformen in ein Ellipsoid, auf, um dieses mit dem starren Zahnrad
mit Innenverzahnung teilweise in Eingriff zu bringen. Der Wellengenerator
wird durch einen Motor angetrieben, um die zwischen den Zahnrädern in
Eingriff befindlichen Bereiche in Umfangsrichtung zu bewegen, so
daß eine
relative Drehung zwischen diesen Zahnrädern gemäß der Differenz in der Zähnezahl
zwischen den Zahnrädern
erfolgt.
-
Das
ringförmige
starre Zahnrad mit Innenverzahnung ist normalerweise an einem Gehäuse der
Einrichtung befestigt, wobei eine relative Ausgangsdrehung von dem
verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung
erzeugt wird. Typischerweise beträgt die Differenz in der Zähnezahl
zwischen den Zahnrädern
2n (n = positive ganze Zahl) und beispielsweise ist die Zähnezahl
des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung um zwei geringer
als diejenige des ringförmigen
starren Zahnrads mit Innenverzahnung. In diesem Fall ist das Untersetzungsverhältnis der
Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp durch die folgende
Gleichung ausgedrückt: i = 1/R
= (Zf – Zc)/Zf
= –2/Zf,worin
- Zc
- = Zähnezahl
des ringförmigen
starren Zahnrads mit Innenverzahnung und
- Zf
- = Zähnezahl
des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung.
-
Unter
der Voraussetzung, daß Zc
= 202 und Zf = 200, wird das Untersetzungsverhältnis i = –1/100, worin das Symbol "–" bedeutet, daß die Richtung der Ausgangsdrehung
zu derjenigen der Eingangsdrehung entgegengesetzt ist, während das
Symbol "+" bedeutet, daß die Richtung
der Ausgangsdrehung dieselbe wie diejenige der Eingangsdrehung ist.
-
Bei
einer Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp werden die entsprechenden äußeren Zähne des
verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung
wiederholt in der radialen Richtung verformt, um mit den inneren
Zähnen
des starren Zahnrads mit Innenverzahnung intermittierend in Eingriff
zu kommen. Infolgedessen erleiden die Zähne beider Zahnräder eine
wesentlich stärkere
Abnutzung als diejenige von gewöhnlichen Zahnradgetriebemechanismen.
Um die Verschleißfestigkeit
einer Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp zu erhöhen, ist
es erforderlich, das Zahnrad mit Innenverzahnung und das Zahnrad
mit Außenverzahnung
mit einer hohen Verschleißfestigkeit
zu versehen. Jedoch ist eine zufriedenstellende Oberflächenbehandlung,
welche bei dem Zahnrad mit Innenverzahnung sowie dem Zahnrad mit
Außenverzahnung
angewendet werden kann, um die Verschleißfestigkeit des Zahnrads mit
Innenverzahnung sowie des Zahnrads mit Außenverzahnung zu verbessern,
bisher nicht vorgeschlagen worden, ohne hierdurch Mängel zu
verursachen, z. B. Verschlechterung der dimensionsmäßigen Genauigkeit
der Zahnräder,
Herabsetzung der Ermüdungsfestigkeit
des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung und dergleichen
mehr.
-
Aus
der JP 63-266250 A ist in Übereinstimmung
mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Zahnradeinrichtung vom
flexiblen Eingriffstyp bekannt, bei der die Außenverzahnung des verformbaren
Zahnrads zum Zweck der Lebensdauer erhöhung mit einer Metallplattierbeschichtung
versehen ist. Im Hinblick darauf könnte sich nun der Fachmann
veranlasst sehen, zusätzlich
zu den Zähnen
des verformbaren Zahnrads auch diejenigen des starren Innenzahnrads
mit einer Metallplattierbeschichtung zu versehen.
-
Mit
Rücksicht
auf den wie oben geschilderten Stand der Technik besteht eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen
Eingriffstyp zu schaffen, welche sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit
auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp zu schaffen,
welche ein hochverschleißfestes
Zahnrad mit Innenverzahnung sowie ein hochverschleißfestes
Zahnrad mit Außenverzahnung
aufweist, ohne dass die dimensionsmäßige Genauigkeit der Zähne beider
Zahnräder
verschlechtert würde.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp zu schaffen, welche sowohl
ein Zahnrad mit Innenverzahnung mit hoher Verschleißfestigkeit
als auch ein Zahnrad mit Außenverzahnung
mit hoher Verschleißfestigkeit
aufweist, ohne dass die Ermüdungsfestigkeit
des Zahnrads mit Außenverzahnung
vermindert würde.
-
Zur
Lösung
der oben definierten Erfindungsaufgaben wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp vorgeschlagen,
welche aufweist: Ein ringförmiges
starres Zahnrad mit Innenverzahnung, das an einer Innenumfangsseite
innere Zähne
aufweist, ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung, das an einer
Außenumfangsseite äußere Zähne aufweist,
wobei die äußeren Zähne mit
den inneren Zähnen
in Eingriff kommen können,
sowie einen Wellengenerator zum Verformen des verformbaren Zahnrads
mit Außenverzahnung
in radialer Richtung, damit dessen äußeren Zähne mit den inneren Zähnen des
starren Zahnrads mit Innenverzahnung teilweise in Eingriff kommen,
und zum Bewegen der in Eingriff befindlichen Bereiche der Zähne in Umfangsrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die inneren Zähne des
starren Zahnrads mit Innenverzahnung mit einer Metallplattierbeschichtung
versehen sind.
-
Als
Metallplattierung kann eine elektrolytische oder stromlose Plattierung
von Ni, Cr und dergleichen zur Anwendung kommen. Stattdessen kann
eine Dispersions-PTFE-Metallplattierbeschichung verwendet werden.
-
Die
Dicke der Metallplattierbeschichtung liegt vorzugsweise in dem Bereich
von 2 Mikrometer bis 20 Mikrometer. Die Beschichtungshärte der
Metallplattierbeschichtung ist insbesondere im Bereich von –100 Hv bis
+100 Hv (Vickershärte)
in bezug auf die Oberflächenhärte der äußeren Zähne des
verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung.
Die Beschichtungshärte
liegt vorzugsweise im Bereich –50
Hv bis +50 Hv.
-
Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Zahnprofil
der inneren Zähne
des starren Zahnrads mit Innenverzahnung vor dem Metallplattieren
gegenüber
einem erwünschten
Zahnprofil der inneren Zähne
so modifiziert, daß ein
durch eine Oberfläche
der inneren Zähne
definiertes Zahnprofil nach dem Metallplattieren dem erwünschten
Zahnprofil der inneren Zähne
entspricht.
-
Aufgrund
der vorliegenden Erfindung kann, weil die inneren Zähne des
Zahnrads mit Innenverzahnung ein modifiziertes Zahnprofil unter
Berücksichtigung
der Dicke der Metallplattierbeschichtung an den inneren Zähnen aufweisen,
ein präziser
Eingriff zwischen dem Zahnrad mit Innenverzahnung und dem Zahnrad
mit Außenverzahnung
aufrechterhalten werden, nachdem die inneren Zähne des Zahnrads mit Innenverzahnung
der Metallplattierung unterworfen worden sind.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird. Dabei zeigen:
-
1 eine
Längsschnittansicht
einer Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp sowie vom Zylinderhuttyp;
-
2 eine
schematische Seitenansicht der Zahnradeinrichtung nach 1;
und
-
3 einen
Bereich der inneren Zähne
des Zahnrads mit Innenverzahnung in vergrößerter Darstellung.
-
Wie
aus 1 und 2 zu ersehen ist, ist eine Zahnradeinrichtung 1 vom
flexiblen Eingriffstyp im Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Zahnradeinrichtung von einem Zylinderhuttyp,
welche ein ringförmiges
starres Zahnrad mit Innenverzahnung 2 mit inneren Zähnen 21,
die an der Innenumfangsseite des Zahnrads 2 gebildet sind,
ein verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung 3 mit äußeren Zähnen 31,
die mit den inneren Zähnen 21 kämmen können und
an der Außenumfangsseite
des Zahnrads 3 gebildet sind, sowie einen Wellengenerator 4 mit
elliptischem Profil aufweist.
-
Das
verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 3 ist
von einer zylinderhutförmigen
Gestalt und weist einen ringförmigen
Körper 32,
eine kreisförmige
Membrane 33, die sich nach auswärts und radial von einem offenen
Ende des Körpers 32 aus
erstreckt, sowie eine kreisförmige
Nabe 34 auf, die an dem äußeren Umfangsende der Membrane 33 einstückig ausgebildet
ist. Die äußeren Zähne 31 sind
an der Außenumfangsseite
des Körpers 32 an
seiner anderen offenen Endseite ausgebildet.
-
Das
verformbare Zahnrad mit Außenverzahnung 3 wird
in ein Ellipsoid verformt, damit seine äußeren Zähne 31, die an einer
Hauptachse des Ellipsoids angeordnet sind, mit den inneren Zähnen 21 in
Eigriff kommen. Bei einer typischen Anwendung, bei welcher das Zahnrad
mit Innenverzahnung 2 fest ist und der Wellengenerator 4 mit
einem Motor verbunden ist, wird von dem Zahnrad mit Außenverzahnung 3 in Übereinstimmung
mit der Differenz in der Zähnezahl
zwischen dem Zahnrad mit Innenverzahnung und dem Zahnrad mit Außenverzahnung
ein Rotationsausgang mit einer erheblich reduzierten Drehzahl abgeleitet.
Untersetzungsmechanismen dieses Typs von Zahnradgetrieben sind wohl
bekannt, so daß in
dieser Beschreibung auf deren nähere
Erläuterung
verzichtet wird.
-
Bei
Betrieb werden die entsprechenden äußeren Zähne 31 des verformbaren
Zahnrads mit Außenverzahnung 3 wiederholt
in der radialen Richtung während
der Drehung des Wellengenerators 4 verformt. Infolgedessen
sind die inneren Zähne 21 sowie
die äußeren Zähne 31 starken
Verschleißbedingungen
unterworfen.
-
In Übereinstimmung
mit der Zahnradeinrichtung 1 vom flexiblen Eingriffstyp gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
sind lediglich die inneren Zähne 21 des
starren Zahnrads mit Innenverzahnung 2 an diesem mit einer
Metallplattierbeschichtung 21a versehen. Als Metallplattierung
kann ein elektrolytisches oder stromloses Plattieren von Nickel
(Ni), Chrom (Cr) und dergleichen angewendet werden. Alternativ hierzu
kann eine Dispersions-PTFE-Metallplattierbeschichtung angewendet
werden. Die Dicke der Beschichtung 21a liegt vorzugsweise
in dem Bereich von 2 bis 20 Mikrometer. Ferner ist die Beschichtungshärte der
Metallplattierbeschichtung 21a vorzugsweise in dem Bereich
von –100
Hv bis +100 Hv als Vickershärte
in bezug auf die Oberflächenhärte der äußeren Zähne 31 des
verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung 3 und
noch mehr bevorzugt in dem Bereich von –50 bis +50 Hv.
-
Die
Erfinder zur vorliegenden Anmeldung haben eine Vielzahl von Versuchen
durchgeführt,
um die Verschleißfestigkeitseigenschaften
der inneren Zähne
bzw. der äußeren Zähne des
Zahnrads 2 bzw. 3 zu ermitteln, wobei in Übereinstimmung
mit diesen Versuchen festgestellt worden ist, daß dann, wenn lediglich das starre
Zahnrad mit Innenverzahnung 2 metallplattiert ist, die
Verschleißfestigkeit
sowohl der inneren Zähne 21 als
auch der äußeren Zähne 31 erheblich
verbessert wird, während
die Ermüdungsfestigkeit
beider Zahnräder 2, 3 aufrechterhalten
wird. Insbesondere hat man ermittelt, daß der Zahnbereich des Zahnrads
mit Außenverzahnung 3 in
einem bevorzugten Zustand hinsichtlich seiner Ermüdungsfestigkeit
aufrechterhalten wird.
-
In
der Tabelle 1 sind die Ergebnisse eines Beispiels von durch die
Erfinder durchgeführten
Versuchen angegeben, wobei eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen
Eingriffstyp untersucht worden ist und wobei es sich hierbei um
eine Zahnradeinrichtung handelt, welche durch das Produkt Nr. CSF-40-100-2A-GR
identifiziert wird, das durch denselben Rechtsnachfolger bezüglich der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Wie sich aus Tabelle 1
ersehen läßt, ist
die Verschleißfestigkeit
der Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung außerordentlich
verbessert.
-
Tabelle
1 Dauerhaftigkeitstest
bei schwankender Last (getestetes Produkt: CSF-40-100-2A-GR/Schmiermittel:
Fett)
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist, wie in 3 gezeigt, das Zahnprofil 211 der
inneren Zähne 21 vor
dem Metallplattieren unter Berücksichtigung
der Dicke t der Metallplattierbeschichtung 21a in der Weise modifiziert,
daß ein
Zahnprofil 212, das durch die Oberfläche der Beschichtung 21a an
den inneren Zähnen 21 definiert
ist, nach dem Metallplattieren einem erwünschten Zahnprofil entspricht,
um ein genaues Kämmen zwischen
den inneren Zähnen 21 und
den äußeren Zähnen 31 zu
erzeugen.
-
3 veranschaulicht
beispielsweise einen Fall, in welchem die Metallplattierbeschichtung 21a im
wesentlichen die selbe Dicke an ihren entsprechenden Bereichen aufweist.
In diesem Fall sind die inneren Zähne 21 so hergestellt,
daß sie
das Zahnprofil 211 aufweisen, wie durch eine Kurve definiert,
die zu derjenigen ähnlich
ist, welche das erwünschte
Zahnprofil 212 definiert.
-
Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
entspricht das Zahnprofil 212 der inneren Zähne 21 nach
dem Metallplattieren dem erwünschten
Zahnprofil, um ein genaues Kämmen
der Zähne
zwischen dem Zahnrad mit Innenverzahnung und dem Zahnrad mit Außenverzahnung
zu gewährleisten.
Infolgedessen kann ein genauer Eingriff zwischen den beiden Zahnrädern aufrechterhalten
werden, nachdem das Zahnrad mit Innenverzahnung dem Metallplattieren
unterworfen worden ist. Im Gegensatz hierzu wird einem genauen Eingriff der
Zahnräder
keine Aufmerksamkeit geschenkt, nachdem die Zahnräder oberflächenbehandelt
sind, um die Verschleißfestigkeit
bei einer herkömmlichen
Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp zu verbessern, und infolgedessen
kann hier ein genauer Eingriff der Zahnräder nach deren Oberflächenbehandlung
nicht gewährleistet
werden, insbesondere dann, nachdem die Zahnräder hieran mit einer verschleißfesten
Beschichtung dicker als 2 Mikrometer ausgebildet worden sind.
-
Wie
oben erläutert,
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Zahnradeinrichtung vom flexiblen Eingriffstyp mit
einer hohen Verschleißfestigkeit
realisiert werden, während
eine hohe Ermüdungsfestigkeit
des verformbaren Zahnrads mit Außenverzahnung und ein genauer
Eingriff der Zahnräder
aufrechterhalten wird.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zahnradeinrichtung
vom flexiblen Eingrifftyp sowie vom Zylinderhuttyp erläutert worden
ist, so kann sie ebenfalls bei anderen Arten von Zahnradgetrieben
vom flexiblen Eingriffstyp mit einem unterschiedlich gestalteten,
verformbaren Zahnrad mit Außenverzahnung
zur Anwendung gelangen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung
auch bei einer verformbaren Zahnradeinrichtung mit Außenverzahnung
von einem Topftyp zur Anwendung kommen, wobei diese Einrichtung
ein topfförmiges,
verformbares Zahnrad mit Außenverzahnung
aufweist.