DE102007007885A1

DE102007007885A1 - Constant tension creator for ball-in-thread spindle transmission has second nut turned against first nut, and constant torque created by torque setting member

Info

Publication number: DE102007007885A1
Application number: DE102007007885A
Authority: DE
Inventors: Günter Prof. Dr.-Ing. Pritschow; Karl-Heinz Dr.-Ing. Wurst; Oliver Dipl.-Ing. Kurz
Original assignee: FISW STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: FISW STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-09-04

Abstract

The constant tension creator is for a double-nut spindle. One nut (1) is fixed to a linearly movable setting element (5). The second nut (2) is turned against the first nut, and constant torque is created by a torque setting member consisting of a lever (6) with the second nut on it, on which a force created by a force setting element (7) acts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung für Kugelrollspindeln mit Doppelmutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a device for generating a bias voltage for ball screw spindles with double nut according to the generic term of claim 1.

Solche Kugelrollspindeln mit Doppelmutter und Vorspannung sind typischerweise im Werkzeugmaschinenbau oder in der Robotertechnik bekannt, um die rotatorische Bewegung eines Antriebsmotors in eine translatorische Bewegung zu wandeln. Bei Werkzeugmaschinen wird auf diese Weise z. B. ein linear geführter Tisch (5) bewegt, der entweder das Werkstück, das Werkzeug oder eine weitere Achse trägt. Die Vorspannung zwischen den beiden Kugelrollmuttern wird aufgebracht, um das Spiel der Mutter zu beseitigen oder um die Steifigkeit der Spindelmutterverbindung gegenüber der Spindel (3) zu erhöhen.Such ball screws with double nut and bias are typically known in machine tools or in robotics to convert the rotational movement of a drive motor in a translational movement. For machine tools in this way z. B. a linear table ( 5 ), which carries either the workpiece, the tool or another axis. The bias between the two ball nuts is applied to eliminate the play of the nut or to the stiffness of the spindle nut connection with respect to the spindle ( 3 ) increase.

Nach dem Stand der Technik wird heute zur Vorspannungserregung typischerweise eine Mutter (1) mit dem Tisch (5) fest verbunden und die zweite Mutter (2) ist linear verschieblich zur Spindelachse aber blockiert gegen Verdrehen ebenfalls mit dem Tisch fixiert, wobei die Vorspannung über einen Keil erzeugt wird, der zwischen die erste und die zweite Mutter geschoben wird. Die Einstellung der Vorspannung erfolgt über die Verschiebung des Keils und indirekt über Reibung zwischen Mutter und Spindel, die sich mit steigender Vorspannung erhöht. Die Reibung beeinflusst das Spindeldrehmoment. Über die Höhe des Spindeldrehmomentes wird typischer Weise die Vorspannung eingestellt.According to the state of the art, biasing excitation typically involves a mother ( 1 ) with the table ( 5 ) and the second mother ( 2 ) is linearly displaceable to the spindle axis but blocked against rotation also fixed to the table, wherein the bias voltage is generated via a wedge, which is pushed between the first and the second nut. The adjustment of the preload via the displacement of the wedge and indirectly via friction between the nut and spindle, which increases with increasing bias. The friction influences the spindle torque. About the height of the spindle torque is typically set the bias.

Die Vorspannung ist damit über die feste Stellung des Keiles fixiert, der den geometrischen Abstand der beiden Kugelrollmuttern bestimmt. Die Vorspannung ist allerdings vielfältigen Einflüssen unterworfen. Sie wird durch die Steigung der Spindel bestimmt, die Toleranz- und Temperaturschwankungen unterliegt. Zum anderen bestimmt aber auch der Verschleiß der Kugelbahnen und der Kugeln in den Mutter die Vorspannung zwischen den Mutter. Die Vorspannung unterliegt so starken Schwankungen, die bei Unter schreitung einer Mindestspannung zum Standzeitende des Kugelrollspindelsystems führen. Um für den Verschleiß einen Vorspannungsvorhalt zu gewährleisten, wir i. a. eine neue Spindel mit einem Vorspannungsüberschuß eingestellt, der den zwei- bis dreifachen Betrag der Vorspannung beträgt, die für eine brauchbare Steifigkeit einzustellen ist. Da die Lebensdauer einer Kugelrollspindel mit der dritten Potenz der Vorspannung abnimmt, ist dieser Vorhalt extrem nachteilig für die Standzeitdauer. Besonders störend ist auch die konstante Einstellung der Vorspannung, denn bei Eilgangbewegung entsteht eine hohe Erwärmung, die den Verschleiß besonders fördert, obwohl hier praktisch keine Vorspannung benötigt wird.The Preload is thus beyond the fixed position of the wedge fixed, the the geometric distance of the two ball rolling nuts certainly. The bias is, however, diverse influences subjected. It is determined by the pitch of the spindle, the Tolerance and temperature fluctuations subject. For another purpose but also the wear of the ball tracks and the balls in the mother the preload between the mother. The bias is subject to such strong fluctuations, which falls below one Minimum voltage lead to end of life of the ball screw system. Around to ensure a preload allowance for the wear, we i. a. set a new spindle with a bias excess, which is two to three times the amount of bias, which is to be adjusted for a useful rigidity. There the life of a ball screw with the cube of the Preload decreases, this lead is extremely disadvantageous for the service life. Particularly disturbing is the constant Adjustment of preload, because with rapid traverse movement creates a high Warming that promotes wear, although virtually no bias is needed here.

Eine Variante zur Keilvorspannung ist in der Patentschrift DE 3204 919 C1 beschrieben, wobei anstelle eines Keiles die beiden Mutter an ihren gegenüberliegenden Enden mit gegenläufigen Teilgewinden versehen sind, die über einen Sicherungsring nach Art einer Kontermutter mit entsprechend gegenläufigem Innengewinde die beiden Mutter zueinander verspannt. Diese Variante erbringt gegenüber der Keilverspannung hinsichtlich der nachteiligen Vorspannungsschwankungen keinerlei Vorteile.A variant of the wedge bias is in the patent DE 3204 919 C1 described, instead of a wedge, the two mother are provided at their opposite ends with opposite partial threads, which braces the two mother to each other via a locking ring in the manner of a lock nut with corresponding counter-rotating internal thread. This variant provides no advantages over the wedge clamping in terms of adverse bias voltage fluctuations.

In der Offenlegungsschrift DE 3900121 A1 wird eine Vorrichtung zur Einstellung der Vorspannung vorgestellt, das ein variables Spannelement enthält, das aus scheibenförmigen Piezoelementen besteht. Mit diesen Piezoelementen ist es möglich, die Vorspannung variabel zu steuern und damit auf Schwankungen der Vorspannung aktiv zu reagieren. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Aufwand für diese Stelleinrichtung, die i. a. den Wert der Kugelrollspindeleinheit übertrifft.In the published patent application DE 3900121 A1 is presented a device for adjusting the bias voltage, which includes a variable clamping element, which consists of disc-shaped piezo elements. With these piezoelectric elements, it is possible to variably control the bias voltage and thus to actively respond to fluctuations in the bias voltage. A disadvantage of this method is the high cost of this adjusting device, which generally exceeds the value of the ball screw unit.

Ein weiteres aktives Element zur Vorspannungseinstellung wird über die European Patent Application EP 0799 672 A beschrieben. Auf einer stationär ruhenden eingespannten Spindeleinheit sind die beiden Kugelrollmuttern jeweils Teil des Rotors eines Motors, dessen Stator mit dem beweglichen Tisch verbunden sind. Mit einem Motor wird hier die Bewegung erzeugt, der zweite Motor wirkt zur Vorspannungserzeugung mit seinem Motormoment gegen den ersten Motor, wodurch die Vorspannung einstellbar wird. Diese Art der aktiven Einstellung ist sehr aufwendig und nur einsetzbar für stillstehende Spindeln, die in der Anwendung Ausnahmefälle darstellen.Another active element for bias adjustment is via the European Patent Application EP 0799 672 A described. On a stationary stationary clamped spindle unit, the two ball rolling nuts are each part of the rotor of a motor whose stator are connected to the movable table. With one motor, the movement is generated here, the second motor acts to generate bias with its motor torque against the first motor, whereby the bias voltage is adjustable. This type of active adjustment is very complicated and only usable for stationary spindles, which represent exceptional cases in the application.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die es erlaubt, die Vorspannung der Spindelmuttern der vorbeschriebenen Art auch im Betrieb an unterschiedliche Betriebsbedingungen z. B. programmgesteuert anzupassen, wobei deren Aufbau mit geringem Aufwand zu realisieren ist.Of the Invention has for its object to provide a device which allows the bias of the spindle nuts of the type described above also in operation to different operating conditions z. B. programmatically adapt, with their construction to realize with little effort is.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung gemäß 1 und 2 zwei Kugelrollmuttern enthält, wobei eine Mutter (1) fest mit dem linear beweglichen Element (5) verbunden ist, das z. B. als Tisch ausgeprägt sein kann, und die zweite Mutter (2) mit einem konstanten einstellbaren Moment gegen die erste Mutter verdreht wird. Damit diese Verdrehung zur Vorspannungserzeugung ohne Reibungsverluste erfolgen kann, wird die zweite Mutter zur ersten Mutter reibungsmäßig über ein Axiallager (4) entkoppelt.The object is achieved in that the device according to 1 and 2 contains two ball rolling nuts, with a nut ( 1 ) fixed to the linearly movable element ( 5 ) is connected, the z. B. may be pronounced as a table, and the second mother ( 2 ) is twisted against the first nut at a constant adjustable moment. In order for this twisting to produce the prestressing without frictional losses, the second nut is friction-locked to the first nut via a thrust bearing ( 4 ) decoupled.

Das einstellbare Moment kann auf unterschiedliche Weise aufgebracht werden, z. B. über einen Hebelarm (6) an der zweiten Mutter (2) und ein Kraftstellelement (7) zwischen dem Hebel (6) und dem linear beweglichen Element (5), das ausgeprägt sein kann:

• als Druckzylinder, der hydraulisch oder pneumatisch mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden kann;
• als magnetisches Stellelement;
• als Piezosteller;
• als einstellbares Federelement.

The adjustable torque can be applied in different ways, eg. B. via a lever arm ( 6 ) on the second mother ( 2 ) and a Force actuator ( 7 ) between the lever ( 6 ) and the linearly movable element ( 5 ), which can be pronounced:

• as a pressure cylinder, which can be subjected to different pressures hydraulically or pneumatically;
• as a magnetic actuator;
• as a piezo plate;
• as adjustable spring element.

Das einstellbare Moment kann aber auch aufgebracht werden über eine Spiralfeder, die zwischen der zweiten Mutter und einer Fixierung an dem linear beweglichen Element liegt. Diese Fixierung kann örtlich einstellbar gestaltet werden, um die Vorspannung den Betriebsbedingungen anzupassen. Für besondere Belastungsfälle kann die Mutter (2) aber auch einfach gegen Verdrehung über eine dafür vorgesehene Vorrichtung (8) oder über das Kraftstellelement blockiert werden. Eine solche Blockade lässt sich beispielsweise einfach über einen doppelt wirkenden hydraulischen Druckzylinder erzeugen, wenn beide Zuführungen über Ventile gesperrt sind.The adjustable torque can also be applied via a coil spring which lies between the second nut and a fixation on the linearly movable element. This fixation can be made locally adjustable to adjust the bias to the operating conditions. For special load cases, the mother ( 2 ) but also against rotation via a device provided for this purpose ( 8th ) or blocked by the force control element. Such a blockage can be easily generated, for example, via a double-acting hydraulic pressure cylinder, if both feeders are blocked by valves.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3204919 C1 [0005]
- DE 3900121 A1 [0006]
- EP 0799672 A [0007]

Claims

Apparatus for generating a preload for a ball screw with double nut, wherein a nut ( 1 ) fixed to the linearly movable actuator ( 5 ), characterized in that the second nut ( 2 ) is rotated with a constant adjustable torque against the first nut and the constant torque is generated by means of a torque actuator.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the torque actuator from a lever ( 6 ) at the second nut ( 2 ) is applied, on which a force acts by means of a force adjustment element ( 7 ) is generated between the lever and the linearly movable element.

Device according to claim 2, characterized in that that the force adjustment element is a pressure cylinder with different Pressing is applied.

Device according to claim 2, characterized in that that the force adjustment element is a spring.

Device according to claim 2, characterized in that the force adjustment element is a piezo plate.

Device according to claim 2, characterized in that the force adjustment element is magnetically adjustable.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the stroke of the force control element via a corresponding device ( 8th ) can be blocked controlled.

Device according to claim 1, characterized in that that the constant moment is applied by a coil spring, between the second nut and a fixation on the linearly movable Element lies.

Device according to claim 8, characterized in that that the fixation is made mobile.

Device according to claim 1, characterized in that that the constant moment is applied by a torque motor.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the second nut to the first nut frictionally via a thrust bearing ( 4 ) is decoupled.