具有内密封件的应力波齿轮机构的制作方法
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的应力波齿轮机构。
背景技术：
这种齿轮机构以各种方式使用在多个技术领域中，它们尤其经常使用在机器人技术和假肢技术中。这里示例性地参考申请人的harmonie
在应力波齿轮机构的传统的结构类型中，在那里被称为椭圆形的“波发生器”的驱动构件通过滚动轴承使被称为外啮合的柔轮的传递构件变形，该传递构件在椭圆长轴线的对置区域中与内啮合的、被称为刚轮的齿轮机构构件啮合。随着波发生器转动，椭圆长轴线和由此齿啮合区域移位。因为应力波齿轮机构的柔轮比刚轮少两个齿，在波发生器转动半圈期间在柔轮和刚轮之间的相对运动相差一个齿地进行，而在整圈转动期间相差两个齿地进行，由此能够实现高传动比。在刚轮固定的情况下，柔轮作为从动元件相对于驱动装置反向地转动。在此，刚轮能够以可固定的方式布置在轴承环上。
在扁平结构类型中，柔轮实施为薄壁的、可弹性变形的环，该环通过波发生器具有椭圆形状。柔轮的外齿部与刚轮的内齿部以及与附加设置的动态轮的内齿部啮合。动态轮是具有与柔轮相同的齿数的内啮合的空心轮。所述动态轮与柔轮沿相同的转动方向并且以相同的转速旋转，并且在减速运行时用作为从动元件。
应力波齿轮机构除了传统的结构类型之外也能够以所谓的扁平结构类型或以相反的结构类型、即所谓的外转子实施。
在这里，柔轮实施为柔性的、内啮合的构件，该构件在啮合区域中由椭圆形成形的波发生器以及滚动轴承围绕。在此，柔轮的内齿部啮合到实施为齿轮的刚轮的外齿部中。与传统的应力波齿轮机构不同，在这里内啮合的柔轮和波发生器之间的彼此的齿接触出现在其椭圆形状的扁圆侧上、即在短半轴的区域中。
在本申请的框架中，概念齿轮机构构件、刚轮和简称“cs”同义地使用。此外，概念驱动构件、波发生器、以及简称“wg”同义地使用。此外，概念传递构件、柔轮以及简称“fs”同义地使用。
在应力波齿轮机构中特别有利的是，所述应力波齿轮机构在它的整个使用寿命期间实际上在啮合部中的间隙不增大并且具有小于一角分的突出的定位精度和仅几角秒的重复精度。此外，应力波齿轮机构比传统的齿轮机构明显更紧凑和更轻，使得所述应力波齿轮机构特别适用于在机器人、假肢和类似的技术领域中的使用，在其中必须实现在非常小的空间上的高精度旋转运动。为了实现齿轮机构的两个构件之间的旋转运动，所述齿轮机构要么与旋转轴承连接或者本身形成旋转轴承的至少一部分。
因为力传递在大的齿啮合区域上进行，应力波齿轮机构在类似的结构尺寸中通常可以比传统的齿轮机构传递更高的转矩。在最简单的情况下，通过仅三个主要的构件、即柔轮、刚轮和波发生器以一级实现30:1至320:1的减速。在额定运行时，达到直至85％的效率。应力波齿轮机构通常不自锁并且一般不具有或几乎不具有粘滑行为。为了实现这些特定的优点，这种齿轮机构经常设有部分设置用作为使用寿命润滑的润滑剂量，该润滑剂量尤其用于对啮合部以及驱动构件进行润滑。
为此，将润滑剂例如施加到柔性传递构件的与啮合部相对置的一侧上。在运行时由传递构件所实施的“行走运动(walkbewegung)”支持地，润滑剂达到在啮合部和驱动构件轴承处的期望的润滑部位。由于同样出现在啮合部处的行走运动，“所消耗的”润滑剂从啮合部的区域中出来并且积聚在齿轮机构内部。
在确定的应用情况中可以发生，所消耗的润滑剂在齿轮机构内部移动、例如达到齿轮机构的旋转轴承并且穿过在那里存在的轴承中间空间。轴承中间空间可以在需要时借助外径向轴密缝环密封以防止不期望的材料进入或滚动轴承润滑脂流出。然而这种密封环经常不能承受住大量齿轮机构润滑剂的加载，以至于会出现不期望的润滑剂泄漏。这种润滑剂泄漏会导致，在齿轮机构内部在远离啮合部的一侧几乎不出现所消耗的润滑剂的回流，由此提高由于行走运动而额外要求的润滑剂量并且齿轮机构会过早地干运行。
技术实现要素：
由前面所述的缺点出发，本发明的任务在于，提出改善的应力波齿轮机构，在该应力波齿轮机构中可以可靠地减小润滑剂泄漏的危险和/或过早的干运行的危险。
该任务通过根据权利要求1所述的应力波齿轮机构解决。
依此，应力波齿轮机构设有齿轮机构构件和与齿轮机构构件在径向方向上至少部分重叠的、可弹性变形的传递构件。传递构件通过与其共同作用的驱动构件可以这样椭圆形地变形，使得设置在齿轮机构构件和传递构件上的内齿部或外齿部可以在椭圆轴线的相对置的区域中进行啮合，以便使传递构件和齿轮机构构件相对彼此扭转。传递构件和齿轮机构构件借助于具有轴承中间空间的旋转轴承相对彼此可转动地受支承。本发明的特征在于，应力波齿轮机构的由传递构件以及内齿部或外齿部至少部分包围的并且邻接于旋转轴承的内部空间借助于内密封件相对于旋转轴承的轴承中间空间密封。
这具有以下优点：在齿轮机构内部空间中可能存在的并且对于旋转轴承可能不利的物质被聚集在内部空间中并且防止或至少强烈地减少这种物质进入到旋转轴承中或穿过旋转轴承。这样可以阻碍可能的润滑脂、齿磨粒、碎屑或聚集在齿轮机构的内部空间中的其他杂质进入到旋转轴承中。此外，防止或至少强烈地减少由此可能的、穿过旋转轴承的泄漏。也可以设置为，在此内密封件甚至一定程度上尤其对于润滑剂是能穿透的，使得润滑剂可以从应力波齿轮机构的内部空间以受控的方式穿过并且用于旋转轴承的润滑。密封也能够通过以下方式进行，使得尽可能没有齿轮机构润滑剂进入到旋转轴承中。当旋转轴承不同于齿轮啮合地干运行地构造时，例如构造为干润滑的滑动轴承或滚动轴承或构造为磁体轴承时，这尤其是有利的。当齿轮机构润滑剂和在旋转轴承中使用的轴承润滑剂在化学方面或由于其他原因不兼容时，针对齿轮机构润滑剂穿过旋转轴承的密封是特别有利的。
在本发明的构型中可以设置为，内密封件构造为动态密封件、优选构造为轴密封环、尤其构造为轴向轴密封环或径向轴密缝环或密封垫圈。已证明为，作为内密封件的这些替代方案是特别耐久和少磨损的。此外，轴向轴密封环和密封垫圈特别好地适用，因为在好的密封作用的同时显现出小的所需的结构空间。
优选设置为，内密封件基本上由弹性体或吸收了润滑剂
在本发明的扩展方案中可以设置为，内密封件也区段式地构造为静态密封件并且装入应力波齿轮机构的两个相互抗扭转地连接的部件之间。以该方式，内密封件可以同时实现多个密封功能，由此减小安装花费并且同时也减小结构尺寸。在这里尤其可以设置为，内密封件构造有至少一个o形环，使得内密封件通过将o形环固定在齿轮机构内部已经被保持在期望的安装位置中。
有利地可以设置为，内密封件布置在传递构件和旋转轴承的轴承环之间并且尤其通过至少一个密封突出部和/或密封唇和/或密封面优选密封地贴靠在轴承环上。由此可以在装配期间以小的花费将密封件集成到应力波齿轮机构中。
优选地，内密封件可以在预紧力的作用下、优选在弹动的预紧力的作用下、尤其在自预紧力的作用下贴靠在应力波齿轮机构的密封面上。以该方式，还可以进一步提高并且有针对性地调节密封作用的可靠性。
此外，内密封件可以在一区域中具有相对于应力波齿轮机构的密封面的重叠。类似于过盈配合的重叠能够实现特别好的和可靠的密封作用，因为由此可以精确地调节密封面和内密封件之间的相互作用。
此外，内密封件可以具有基体，该基体在安装状态中固定在应力波齿轮机构内部，其中，由基体伸出的密封唇在建立基本上通过弯曲产生的自预紧力的情况下贴靠在密封面上。这具有以下优点：内密封件本身施加对于密封作用所需的预紧力作为固有应力。通过内密封件、尤其密封唇的相应造型，可以有针对性地调节所述重叠和由此所引起的预紧力。
在此，密封唇的产生自预紧力的弯曲相应于约0mm至1.5mm的重叠。该值范围已证明为特别有利的。
替代地可以设置为，内密封件在至少一个密封突出部的区域中以过盈的方式装入在密封面和应力波齿轮机构的另外的构件之间，使得所述至少一个密封突出部在预紧力的作用下接触密封面。在这里尤其有利的是，密封面的预紧力可以通过内密封件的过盈来有针对性地调节。该解决方案特别适用于小的安装空间并且由于主要受压应力的密封棱边在很大程度上相对于密封材料的蠕变不敏感。
已经证明为特别有利的是，这样调节内密封件在至少一个密封突出部的区域中的过盈，使得所述过盈相应于约0至约0.4mm的重叠、优选约80μm至约240μm的重叠。该值范围已经证明为在密封作用和密封材料中的蠕变性能方面是特别有利的。
内密封件也可以替代地构造为密封垫圈，该密封垫圈与密封面的密封区段相对置。本发明的该变型方案与“间隙密封”的密封概念相应地起作用。不需要内密封件的朝着密封面的方向的预紧，因为密封作用基于经过要密封的间隙的理论流动路径的延长。由此明显地提高抵抗例如润滑剂穿过的流动阻力。该变型方案特别适用于非常小的结构空间。在此，密封区段优选以约0mm至约0.2mm的距离与密封面相对置。
也证明为有利的是应力波齿轮机构的以下构型，在该构型中内密封件自支承地、尤其摩擦锁合地保持在应力波齿轮机构内部。在此，内密封件施加自预紧力到应力波齿轮机构内部的支撑部上，使得可以取消单独设置的预紧部，否则必须通过应力波齿轮机构的其他部件产生该预紧部。
应力波齿轮机构优选也可以这样构造，使得内部空间形成用于接收进入到内部空间中的材料、尤其是润滑剂的储存部。可能通过啮合进入到应力波齿轮机构的内部空间中的材料可以聚集在内部空间中。如果内部空间的尺寸定得足够大，可能通过设置凹部、坡口(fasen)、凸肩或袋，那么可以接收大量积压的材料、主要是润滑剂，而这不会不必要地加载内密封件并且由此不损害密封作用。以该方式能够使在应力波齿轮机构的使用寿命期间设置的密封作用变得更有效。
在此也可以设置为，在应力波齿轮机构中和/或上设置有用于润滑内齿部和外齿部和/或旋转轴承和/或波发生器轴承的润滑剂量，其中，润滑剂量的容积小于或等于或者最大以约1.1倍大于内部空间的容积。以该方式，内部空间可以用作为用于消耗的或未消耗的润滑脂的储存部并且可靠地避免或至少明显地减少内密封件以润滑脂的过量加载。
为了避免或减少应力波齿轮机构由于出现在内密封件上的摩擦力而引起的效率的恶化，可以设置为，至少区域式地降低摩擦地处理内密封件和/或与内密封件共同作用的密封面。可以通过表面处理的使用至少明显地减小由于内密封件所造成的拖曳力矩。例如可以在内密封件和/或与该内密封件相应的密封面上设置有涂层或也设置有减少摩擦的滑动漆。也可能的是，针对内密封件作为完整构件使用摩擦优化的材料、例如聚四氟乙烯(ptfe)作为密封材料。替代地，摩擦优化的材料也可以局部地施加，即例如仅在密封唇或密封棱边区域中施加，使得内密封件构造为双组分密封件。在这里可以考虑，例如仅在密封唇区域中附加地设置有聚四氟乙烯(ptfe)。替代地，也可以摩擦优化地处理金属齿轮机构构件的表面。例如可以对表面进行气体氮化、离子注入或银钛氮化(silbertitannitriert)，以便使与密封共同出现的摩擦最小化。在离子注入时例如可以使用氮或氩作为离子气体。
内密封件和/或密封面的改变摩擦的表面处理尤其也对静摩擦和滑动摩擦之间的过渡、即所谓的粘滑效应产生有利作用，这刚好在机器人技术的应用中是有利的。
根据本发明的变型方案，内密封件可以具有至少一个、优选两个作用为双密封件的o形环和/或密封突出部和/或密封唇。由此也可以提高密封的可靠性和使用寿命。当内密封件以其密封唇布置在通过在传递构件上的循环的、弹性变形可相对彼此运动的两个构件之间时，也能够显著地提高密封作用。
附图说明
本发明的其他目标、优点、特征和应用可能性由下面对实施例的描述参照附图得出。在此，所有描述的和/或图像示出的特征本身或以任意的有意义的组合形成本发明的主题，也与它们在权利要求中的概括或其引用关系无关。
在此，部分示意性地示出：
图1根据第一实施方式的应力波齿轮机构的截面视图，
图2根据图1的应力波齿轮机构的局部放大图，
图3根据第二实施方式的应力波齿轮机构的截面视图，
图4根据图3的应力波齿轮机构的局部放大图，
图5根据第三实施方式的应力波齿轮机构的侧截面视图，
图6根据图5的应力波齿轮机构的局部放大图，
图7根据图1的应力波齿轮机构在内密封件的区域中的局部放大图，
图8根据图3的应力波齿轮机构在内密封件的区域中的局部放大图，和
图9示出根据图5的应力波齿轮机构在内密封件的区域中的局部放大图。
相同的或功能相同的构件在下面所示出的附图中设有附图标记，以改善可读性。
具体实施方式
图1示出应力波齿轮机构1的第一实施例，其具有构造为内齿轮的齿轮机构构件cs，该齿轮机构构件在它的内齿部8的区域中与传递构件fs的外齿部9重叠并且区域式地啮合。传递构件fs与旋转轴承30的内轴承环6抗扭地连接，该旋转轴承使传递构件fs和齿轮机构构件cs相对彼此可旋转地受支承。旋转轴承30的外轴承环5与齿轮机构构件cs抗扭地连接。与传递构件fs同样抗扭地设有塞子41，该塞子使应力波齿轮机构1相对于应力波齿轮机构1的位于图1右边的从动侧闭锁。
沿着传动轴线26，应力波齿轮机构1的构件在运行时围绕该传动轴线转动，齿轮机构输入轴19与塞子41相对置，驱动构件wg放置到该齿轮机构输入轴上。为了接合到外部的、未示出的输入轴上，齿轮机构输入轴19具有一个或多个平头螺钉18，通过该平头螺钉能够将轴端固定在齿轮机构输入轴19的贯通孔42内部。
在传动轴线26的方向上看，放置到齿轮机构输入轴19上的驱动构件wg具有椭圆形状，该椭圆形状装配到波发生器的与此相应成形的轴承10中。波发生器轴承10在内侧这样贴靠在传递构件fs上，使得传递构件fs呈现椭圆形状并且在椭圆长轴线的区域中与齿轮机构构件cs的内齿部8啮合。
在齿轮机构输入轴19围绕传动轴线26运行时，传递构件fs通过驱动构件wg周期性地变形，使得由于移位的齿啮合出现传递构件fs和齿轮机构构件cs之间的相对运动。
沿径向方向29基本上重叠的齿轮机构构件cs的内齿部8和传递构件fs的外齿部9通过两个齿的不同齿数引起在齿轮机构输入轴19上的运动和用作为从动装置的旋转轴承30的内轴承环6的旋转运动之间的高减速。在此，齿轮机构构件cs以及外轴承环5关于齿轮机构的输入侧和输出侧抗扭地固定。在这种情况下，在齿轮机构从动侧上的旋转运动与在输入侧上的旋转运动反向。
在图1中示出的应力波齿轮机构1在图2中局部放大地示出。在此可看出，旋转轴承30在它的外轴承环5和它的内轴承环6上具有用于滚动体的轴承滚道17，该轴承滚道接收在轴承环5、6之间的轴承中间空间16中。替代于滚动轴承，旋转轴承30也可以构造为滑动轴承或磁体轴承。在构造为滑动轴承或滚动轴承时使用轴承润滑剂，该轴承润滑剂用于在滚动轴承体或轴承面运动时减少摩擦。
为了防止轴承润滑剂向外流出，外密封件11可以密封外轴承环5和内轴承环6之间的轴承内部空间16，如这里示出的那样。在当前情况下，外密封件11构造为径向轴密缝环，该径向轴密缝环在轴承环5内部在径向上支撑在凸肩43的外侧上并且相对置地以密封棱边45密封地贴靠在内轴承环6的构造为密封面44的周面上。
在轴承中间空间16的对置侧上，内轴承环6的端侧构造为密封面2，布置在应力波齿轮机构1的内部空间28中的内密封件12相对于该密封面密封。内部空间28的剩余的、由内密封件12相对于轴承中间空间16密封的部分形成用于材料的储存部46，所述材料尤其可以通过啮合区域20进入到内部空间28中。储存部46在图2、4和6中通过在内部空间28中的作为小十字示出的阴影线来表明。
如在图7中更详细地示出，该内密封件12具有基体32，由该基体伸出密封唇31。在装入状态中，密封唇31在弯曲方向33上远离密封面2地弯曲，以便建造朝着密封面2指向的、呈自预紧形式的预紧部。密封唇31贴放在密封面2上的重叠区域38中并且因此相对于轴承内部空间16密封内部空间28。
在传递构件fs的径向内置侧上涂覆有润滑剂量7，该润滑剂量作为齿轮机构润滑剂在传递构件fs运动时被输送并且这样润滑在内齿部8和外齿部9上的齿啮合。通过连续的齿啮合将润滑剂输送到应力波齿轮机构1的内部空间28中并且在那里储存。在此润滑剂也带走齿腹的磨粒并且在故障情况下也带走产生的碎屑，而它们不会进入到轴承内部空间16中或穿过该轴承内部空间。
内密封件12防止进入到内部空间28中的、被消耗的润滑剂穿过。为了避免或减小内密封件12加载以过多消耗的润滑剂，在内轴承环6上设置有呈坡口形式的附加腔27，由此增大内部空间28的容积并且可以适配于润滑剂量7。
在图3、4和8中示出本发明的第二实施例，该第二实施例与第一实施的区别主要在于，这里的内密封件12构造为密封垫圈4，该密封垫圈使内部空间28相对于轴承内部空间16密封。在当前情况下，密封垫圈依照间隙密封的原理起作用，其中，在密封垫圈4的密封区段3的区域中存在约0至0.2mm的环形间隙，该环形间隙构造在内轴承环6上的密封区段40和密封垫圈4的密封区段3之间。密封垫圈通过附加的o形环35保持在旋转轴承30和齿轮机构构件cs之间并且同时静态密封存在于齿轮机构构件cs和旋转轴承之间的间隙。
在当前情况下，外轴承环两件式地构造有轴承换半部15和25。轴承换半部15类似于第一实施例地设有外密封件11，该外密封件使外轴承换半部15相对于内轴承环6密封。
图5、6和9示出本发明的第三实施例。
第三实施例与两个第一实施例的区别主要在于，在此内密封件12在传递构件fs和外轴承环5之间装入并保持在两个并排的、构造为o形环23和o形环24的区段的区域中。内密封件12具有与o形环23、24连接的区段，该区段具有两个密封突出部21、22，所述密封突出部在重叠区域38中贴靠在内轴承环6的密封面2上。o形环23、24同样在重叠区域39中与旋转轴承30接触、在这里与外轴承环5接触。为了形成重叠，o形环23、24或密封棱边21、22在传动轴线26的方向上受压缩，即以过盈的方式装入到传递构件fs和轴承环5、6之间的间隙中。结构化的密封垫圈37的具有密封棱边21、22的区段与具有o形环23、24的区段柔性地连接。为了压缩密封棱边21和22所需的预紧力通过传递构件fs沿传动轴线26的方向施加。
然而也可以考虑，结构化的密封垫圈37本身抗弯曲地构造并且用于将密封棱边21、22贴靠到密封面2上的预紧力作为密封垫圈37的自预紧力施加。但是也可以考虑自预紧力和通过传递构件的支撑的组合。
在图6中详细示出润滑剂经过齿轮机构的运动。该运动能够转移到所有实施例上。在这里润滑剂量7的润滑剂在流动方向14上围绕传递构件fs的端侧并且穿过外齿部9和内齿部8之间的啮合区域20。对于润滑剂从传递构件fs的内侧到其外侧上的输送也有利的是，在传递构件fs和齿轮机构构件cs的端侧上设置有未示出的壳体区段。该壳体区段使润滑剂流沿流动方向14的方向转向。然后润滑剂穿过啮合区域20沿流动方向13进入到应力波齿轮机构1的内部空间28中并且针对应力波齿轮机构的剩余使用寿命或直至下一次维护保留在那里。
在第二和第三实施例中也设置有附加腔27，所述附加腔增大内部空间28的容积以接收润滑剂。在第二实施例中，腔27具有袋形状。在第三实施例中，腔27构造为沿径向方向29的凸肩。
这里所述的三个实施方式涉及传统结构类型的应力波齿轮机构。但本发明也能够在具有上述优点的情况下实施为扁平结构类型的应力波齿轮机构或在外转子齿轮机构中实施。
附图标记列表
1应力波齿轮机构(谐波齿轮机构)
2密封面
3密封区段
4密封垫圈
5(外)轴承环
6(内)轴承环
7润滑剂量
8内齿部
9外齿部
10波发生器轴承
11外密封件
12内密封件
13流动方向
14流动方向
15轴承换半部
16轴承中间空间
17轴承滚道
18平头螺钉
19齿轮机构输入轴
20啮合区域
21密封突出部
22密封突出部
23o形环
24o形环
25轴承换半部
26传动轴线
27腔
28内部空间
29径向方向
30旋转轴承
31密封唇
32基体
33弯曲方向
34密封垫圈
35o形环
36密封面
37(柔性的)结构化的密封垫圈
38重叠区域
39重叠区域
40密封区段
41塞子
42贯通孔
43凸肩
44密封面
45密封棱边
46储存部
cs齿轮机构构件(刚轮)
fs传递构件(柔轮)
wg驱动构件(波发生器，wavegenerator)
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