DE19734043A1 - Ball screw for use in machine tools - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a ball screw according to Preamble of claim 1.
Derartige Kugelgewindetriebe weisen eine Gewindespindel und zwei darauf sitzende Gewindemuttern auf, die über in Gewindegängen von Spindel und Mutter angeordnete Kugel miteinander gekoppelt und relativ zueinander um die Spindellängsachse drehbar sind. Die Muttern sind hierbei in einem Gehäuse aufgenommen, in dem die Muttern und über die Kugel auch die Spindel unter axialer Vorspannung gelagert sind. Die Vorspannung wird hierbei durch eine Druckeinrichtung auf der Basis eines Piezo-Kristalles aufgebracht; vgl. wt Werkstattstechnik, Band 80, 1990, Seiten 366 bis 368.Such ball screws have a threaded spindle and two threaded nuts on it, which over in Threads of spindle and nut arranged ball coupled with each other and relative to each other around the Spindle longitudinal axis are rotatable. The nuts are in housed in a housing in which the nuts and over the Ball also the spindle are mounted under axial preload. The preload is applied by a pressure device applied to the base of a piezo crystal; see. wt Werkstattstechnik, Volume 80, 1990, pages 366 to 368.
Die Vorspannung hat eine wesentliche Einflußgröße auf das Betriebsverhalten des Kugelgewindetriebes. Sie bringt sowohl Vorteile für die Steifigkeit als auch Nachteile in Bezug auf Reibung und Verschleiß. Während des Eilgangs des Vorschubantriebes einer Werkzeugmaschine ist die große Steifigkeit nicht erforderlich, und umgekehrt ist bei der Bearbeitung die Geschwindigkeit kleiner und es wird eine maximale Steifigkeit benötigt. Vorspannungs-Regelungs-Systeme auf der Basis von Piezo-Kristallen sind teuer und bedürfen sowohl zusätzliche Peripheriegeräte wie Hochspannungs- Verstärker, Meßtechnik als auch Regel-Elektronik.The preload has a significant influence on the Operating behavior of the ball screw drive. It brings both Advantages for rigidity as well as disadvantages in terms of Friction and wear. During the rapid traverse of the The feed drive of a machine tool is the big one Stiffness is not required, and vice versa in the Process the speed lower and it becomes a maximum rigidity required. Bias control systems based on piezo crystals are expensive and require both additional peripheral devices such as high voltage Amplifier, measuring technology as well as control electronics.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der die Vorspannungskräfte bei steigenden Drehzahlen automatisch reduziert werden, so daß eine optimale Funktion des Kugelgewindetriebes erreicht wird. The invention has for its object a Specify ball screw of the type in question with which the prestressing forces automatically with increasing speeds be reduced so that an optimal function of the Ball screw drive is reached.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is according to the invention by the features of Claim 1 solved.
Demnach ist zur Übertragung der axialen Vorspannung auf die Gewindemutter zumindest ein axial wirkendes Druckelement vorgesehen, das mit dem drehenden Teil des Kugelgewindetriebes verbunden ist und dessen axiale Länge die Vorspannung im Wesentlichen bestimmt. Ferner wird das Druckelement so ausgelegt, daß dessen axiale Länge beim Drehen durch die dabei wirksame Zentrifugalkraft verändert wird und eine bei steigender Drehzahl Verringerung der axialen Vorspannung hervorruft. Das Druckelement ist vorzugsweise als spreizbuchsenartiger Zentrifugal-Regler mit kleinem Steigungswinkel des Bogenprofils hergestellt, mit dem Ziel, das Verhältnis zwischen Zentrifugal- und Axialkräften einerseits und die axiale Steifigkeit des Reglers andererseits zu vergrößern.Accordingly, the axial preload is transferred to the Thread nut at least one axially acting pressure element provided that with the rotating part of the ball screw is connected and the axial length of the bias in Essentially determined. Furthermore, the printing element is so designed that its axial length when rotating through it effective centrifugal force is changed and a increasing speed reduction of the axial preload evokes. The pressure element is preferably as Centrifugal regulator with a small expansion sleeve Slope angle of the arch profile made with the aim of Relationship between centrifugal and axial forces on the one hand and the axial stiffness of the controller on the other hand enlarge.
Es ist möglich, die Druckeinrichtung zwischen der Stirnfläche der Gewindemutter und einem äußeren Ansatz des Gehäuses anzubringen, so daß diese Druckeinrichtung als "äußerer" Zentrifugal-Regler bezeichnet werden kann. Es ist auch möglich, diesen zentrifugal-Regler zwischen die Stirnfläche der Gewindemutter und dem inneren Ansatz des Gehäuses anzuordnen, so daß hier von einem "inneren" zentrifugal-Regler gesprochen werden kann. Im Falle des inneren Reglers reduziert die axiale Steifigkeit dieses Reglers die Steifigkeit des Kugelgewindetriebes unter der Wirkung der äußeren Belastung. Im Falle des äußeren Reglers wird für die Reduzierung der Steifigkeit ein zusätzliches federndes Element, z. B. eine Durchschlitzfeder mit rechteckigem Querschnitt verwendet, das ausreichend steif ausgebildet ist, so daß die Steifigkeit des Kugelgewindetriebes nicht allzu stark reduziert wird.It is possible to place the pressure device between the end face the threaded nut and an outer shoulder of the housing to attach, so that this printing device as "outer" Centrifugal controller can be called. It is also possible, this centrifugal controller between the face of the Arrange the nut and the inner shoulder of the housing, so that here spoken of an "inner" centrifugal controller can be. In the case of the inner regulator, the axial is reduced Stiffness of this controller the stiffness of the Ball screw under the effect of the external load. in the Case of the outer controller is used for reducing the Stiffness an additional resilient element, e.g. Legs Slotted spring with a rectangular cross section is used is sufficiently rigid so that the rigidity of the Ball screw drive is not reduced too much.
Falls beim Kugelgewindetrieb die Spindel gedreht wird, ist eine Anwendung von Lagern, auf die sich der Regler stützt und über die die gesamte Steifigkeit reduziert wird, notwendig. Für eine derartige Konstruktion ist die Anwendung eines äußeren Reglers zweckmäßig. Eine Anwendung des inneren Reglers ist hingegen in Konstruktionen mit einer sich drehenden Mutter gerechtfertigt. Natürlich sind diese Aussagen nicht unabdingbar. Wenn z. B. die Anwendung des inneren Reglers bin einer Konstruktion mit einer sich drehenden Mutter zu einer großen Reduzierung der Steifigkeit führt, kann die Konstruktions-Variante mit einem äußeren Regler benutzt werden.If the spindle is rotated on the ball screw drive, one is Use of bearings on which the controller is based and over which reduces the overall rigidity. For one such construction is the use of an external regulator expedient. However, an application of the inner controller is in Constructions justified with a rotating nut. Of course, these statements are not essential. If e.g. B. the Application of the inner regulator in a construction with a turning mother to a big reduction in the The construction variant can be used with a stiffness external controller can be used.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further refinements of the invention result from the Sub-claims emerge.
Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:The invention is in exemplary embodiments with reference to the drawing explained in more detail. In this represent:
Fig. 1 einen Axial-Halbschnitt durch einen Kugelgewindetrieb gemäß der Erfindung mit einem äußeren Zentrifugal- Regler mit einer sich drehenden Spindel; Figure 1 is an axial half-section through a ball screw according to the invention with an outer centrifugal controller with a rotating spindle.
Fig. 2 einen Schnitt längs A-B in Fig. 1; FIG. 2 shows a section along AB in FIG. 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs C-D in Fig. 1; Fig. 3 is a section CD in Fig. 1;
Fig. 4 einen Axial-Schnitt durch einen Kugelgewindetrieb mit einem inneren Regler mit einer sich drehenden Gewindemutter; Figure 4 shows a axial section through a ball screw with an internal controller with a rotating nut.
Fig. 5 einen Schnitt längs E-F in Fig. 4; FIG. 5 shows a section along EF in FIG. 4;
Fig. 6 einen Schnitt längs E-A in Fig. 4; und FIG. 6 shows a section along EA in FIG. 4; and
Fig. 7 einen Axialschnitt durch einen Kugelgewindetrieb mit einem äußeren Regler mit einer sich drehenden Gewindemutter. Fig. 7 is an axial section through a ball screw drive with an external regulator with a rotating nut.
Ein Kugelgewindetrieb mit einem äußeren Regler entsprechend Fig. 1 weist eine drehende Spindel 1, darauf laufende Gewindemuttern 2 und 3 sowie Kugeln 4 auf, die in korrespondierende Gewindegänge von Spindel und Gewindemutter eingefügt sind und über zusätzliche Gänge in der Gewindemutter zwischen den jeweils ersten und letzten Gewindegängen rückgeführt werden. Die Gewindemutter 2 ist an einen inneren Ansatz eines Gehäuses 5 gedrückt, wobei das Gehäuse aus fertigungstechnischen Gründen zweiteilig hergestellt werden kann. Zwischen der Gewindemutter 3 und dem inneren Ansatz des Gehäuses 5 ist als zusätzliches federndes Element eine Durchschlitzfeder 6 mit einem rechteckigen Querschnitt vorgesehen.A ball screw drive with an external regulator according to FIG. 1 has a rotating spindle 1 , threaded nuts 2 and 3 running thereon, and balls 4 , which are inserted into corresponding thread turns of the spindle and threaded nut and via additional threads in the threaded nut between the first and last ones Threads are returned. The threaded nut 2 is pressed against an inner shoulder of a housing 5 , the housing being able to be produced in two parts for manufacturing reasons. A slot spring 6 with a rectangular cross section is provided as an additional resilient element between the threaded nut 3 and the inner shoulder of the housing 5 .
Der Zentrifugal-Regler zur Einstellung der Vorspannung des Gewindetriebes ist als federnde Axial-Spreizbuchse ausgebildet und besteht aus um die Spindel angeordneten inertialen Massen 7 sowie Druckringen 8 und 9 und ferner einem durch Zentrifugalkräfte deformierbarem Element. Das deformierbare Element besteht aus mehreren, um den Umfang der Spindel verteilten Stäben 10 mit einem Querschnitt mit sich stufenweise verändernder Höhe. Der zentrale Teil jedes einzelnen Stabes 10 ist starr, wohingegen seine Enden 11 eine geringe Dicke aufweisen und somit quasi federnde Winkelgelenke bilden. Die Stäbe 10 sind jeweils zwischen dem Druckring 8 bzw. 9 und einer inertialen Masse 7 eingespannt.The centrifugal controller for adjusting the preload of the screw drive is designed as a resilient axial expansion bushing and consists of inertial masses 7 arranged around the spindle as well as pressure rings 8 and 9 and also an element deformable by centrifugal forces. The deformable element consists of a plurality of rods 10 distributed around the circumference of the spindle and having a cross section with a gradually changing height. The central part of each individual rod 10 is rigid, whereas its ends 11 have a small thickness and thus form quasi resilient angle joints. The rods 10 are each clamped between the pressure ring 8 or 9 and an inertial mass 7 .
Steht der Kugelgewindetrieb still, so sind die Stäbe 10 gerade ausgerichtet, wie das in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Stäbe 10 sind paarweise so miteinander verbunden, daß die elastische Linie der Stäbe Bögen mit konkavem Profil bilden. Eine solche Form ergibt sich und wird dadurch sichergestellt, daß der Radius der radialen Einspannung der Stab-Enden in den Druckringen 8 und 9 größer ist als der Radius an den Einspann- Enden der Stäbe in den inertialen Massen 7. Die Druckringe 8 und 9 sind in Lagern 12 und 13 angeordnet, die sich an dem Gehäuse 5 abstützen. Der beschriebene Regler ist mit Hilfe eines Deckels 14 am Abschluß des Gehäuses leicht vorgespannt. Außerdem ist innerhalb des Druckringes 8 eine Buchse 15 mit Öffnungen vorgesehen, deren Zentren auf der Schraubenlinie liegen. Diese Buchse ist mit dem Druckring 8 verbunden und übernimmt die Rolle eines Käfigs für Kugeln 16, die in Gewindegängen in der Innenfläche einer Buchse 17, die mit der Mutter 3 verbunden ist, laufen.If the ball screw is stationary, the rods 10 are aligned, as shown in FIG. 1. The rods 10 are connected in pairs so that the elastic line of the rods form arcs with a concave profile. Such a shape results and is ensured by the fact that the radius of the radial clamping of the rod ends in the pressure rings 8 and 9 is larger than the radius at the clamping ends of the rods in the inertial masses 7 . The pressure rings 8 and 9 are arranged in bearings 12 and 13 which are supported on the housing 5 . The controller described is slightly biased with the help of a cover 14 at the end of the housing. In addition, a bushing 15 with openings is provided within the pressure ring 8 , the centers of which lie on the helix. This socket is connected to the pressure ring 8 and takes on the role of a cage for balls 16 which run in threads in the inner surface of a socket 17 which is connected to the nut 3 .
Mit den inertialen Massen 7 sind noch zusätzliche Massen 18 fest verbunden, wie dieses aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht.Additional masses 18 are also firmly connected to the inertial masses 7 , as can be seen from FIGS. 1 and 2.
Zur Erzeugung einer Grundvorspannung des Kugelgewindetriebes wird die Gewindemutter 3 auf die Spindel 1 aufgeschraubt. Mit ihrer Stirnseite drückt die Mutter 3 auf die Durchschlitzfeder 6 und biegt diese; die Mutter 3 wird so weit geschraubt, bis die maximale Grundvorspannung vorliegt.To generate a basic preload of the ball screw drive, the threaded nut 3 is screwed onto the spindle 1 . With its end face, the nut 3 presses on the slot spring 6 and bends it; the nut 3 is screwed until the maximum basic prestress is present.
Im Betrieb wird bei der Drehung der Spindel 1 der Zentrifugal- Regler durch den Käfig 15 in Drehung versetzt. Die inertialen Massen 7 und die damit verbundenen zusätzlichen Massen 18, die ebenfalls mitdrehen, rufen zentrifugale Kräfte hervor, wodurch sich die Anordnung aus den Stäben 10 und den Massen 7 und 18 verbiegt, so daß horizontale Zwangskräfte an den Stellen der Stabverankerungen in den Druckringen 8 und 9 auftreten und die Länge der Spreizbuchse größer wird. Da die Druckringe 8 und 9 auf die inneren Ringe der Lager 12 und 13 drücken, drückt der äußere Ring des Lagers 12 bei diesem Verbiegen auf die Stirnfläche der Gewindemutter 3. Auf diese Weise deformieren die Zwangskräfte die Durchschlitzfeder 6, verschieben dadurch die Mutter 3 relativ zur Spindel 1 und reduzieren die Größe der Vorspannung des Kugelgewindetriebes.In operation, when the spindle 1 rotates, the centrifugal controller is rotated by the cage 15 . The inertial masses 7 and the associated additional masses 18 , which also rotate, cause centrifugal forces, whereby the arrangement of the rods 10 and the masses 7 and 18 bends, so that horizontal constraining forces at the locations of the rod anchors in the pressure rings 8 and 9 occur and the length of the expansion bushing increases. Since the pressure rings 8 and 9 press on the inner rings of the bearings 12 and 13 , the outer ring of the bearing 12 presses on the end face of the threaded nut 3 during this bending. In this way, the constraining forces deform the slot spring 6 , thereby displacing the nut 3 relative to the spindle 1 and reducing the size of the preload of the ball screw.
In den Fig. 4, 5 und 6 ist ein Kugelgewindetrieb beschrieben, bei dem die Gewindespindel 1 steht und die Gewindemuttern 2,3 zusammen mit dem Gehäuse 5 gedreht werden. Der Zentrifugal-Regler weist wiederum inertiale Massen 7 sowie fest mit diesen verbundene zusätzliche Massen 18 auf, die über dünne Stäbe 10 an Schnauzen 19 bzw. 20 eingespannt sind, die dem Gehäuse 5 und der Gewindemutter 3 anliegen. Somit ist der Zentrifugal-Regler zwischen der Stirnseite der Gewindemutter 3 und dem inneren Ansatz des Gehäuses 5 eingespannt. Die Stäbe 10, die hier insgesamt als dünne Stäbe ausgebildet sind, sind wiederum paarweise so miteinander verbunden, daß die elastische Linie der Stäbe Bögen mit konvexem Profil bilden oder, wie in Fig. 2 gezeigt, auf einer Geraden liegen.In Figs. 4, 5 and 6, a ball screw is described in which the threaded spindle is 1 and the nuts 2 are rotated together with the housing 5. 3 The centrifugal controller in turn has inertial masses 7 and additional masses 18 firmly connected to them, which are clamped by means of thin rods 10 to snouts 19 and 20 , which abut the housing 5 and the threaded nut 3 . The centrifugal controller is thus clamped between the end face of the threaded nut 3 and the inner shoulder of the housing 5 . The rods 10 , which are designed here as thin rods, are in turn connected in pairs so that the elastic line of the rods form arcs with a convex profile or, as shown in FIG. 2, lie on a straight line.
Bei der Erzeugung der Grundvorspannung wird die Mutter 3 auf die Spindel 1 aufgeschraubt, wobei die Stäbe 10 des Zentrifugal-Reglers zusammengedrückt werden. Bei der Drehung des Gehäuses 5 und des Zentrifugal-Reglers rufen die inertialen Massen 7 und 18 Zentrifugalkräfte hervor, die wiederum, wie oben beschrieben, horizontale Zwangskräfte auslösen, wodurch sich die Stäbe 10 des Reglers biegen und die Druckringe 8 und 9 zueinander hingezogen werden und somit die Länge der Spreizbuchse kleiner wird. Dies hat zur Folge, daß die Größe der Vorspannung reduziert wird.When generating the basic preload, the nut 3 is screwed onto the spindle 1 , the rods 10 of the centrifugal controller being pressed together. When the housing 5 and the centrifugal regulator rotate, the inertial masses 7 and 18 produce centrifugal forces which, as described above, trigger horizontal constraining forces, causing the rods 10 of the regulator to bend and the pressure rings 8 and 9 to be pulled towards one another and thus the length of the expansion bush becomes smaller. As a result, the magnitude of the preload is reduced.
In der Fig. 7 ist ein Kugelgewindetrieb mit äußerem Regler gezeigt, bei dem die Gewindespindel 1 steht und die Gewindemuttern 2, 3 gedreht werden. Die Positionen in der Fig. 7 stimmen mit entsprechenden Positionen in den Fig. 1 bis 6 überein. Zur Erzeugung einer Grundvorspannung des Kugelgewindetriebes wird die Gewindemutter 3 auf die Spindel 1 aufgeschraubt. Mit ihrer Stirnseite drückt die Mutter 3 auf die Durchschlitzfeder 6 und biegt diese; die Mutter wird so lange verschraubt bis die maximale Grundvorspannung vorliegt. Bei der Drehung der Gewindemutter 2, 3 und des Gehäuses 5 wird der Zentrifugal-Regler in Drehung versetzt. Die Anordnung aus den Stäben 10 und den Massen 7 und 18 verbiegt sich, so daß die Länge der Spreizbuchse größer wird. Auf diese Weise deformieren die Zwangskräfte die Durchschlitzfeder 6, verschieben dadurch die Mutter 3 relativ zur Spindel 1 und reduzieren die Größe der Vorspannung des Kugelgewindetriebes.In FIG. 7, a ball screw is shown with external controller, wherein the threaded spindle is 1 and the nuts 2, 3 are rotated. The positions in FIG. 7 correspond to corresponding positions in FIGS. 1 to 6. To generate a basic preload of the ball screw drive, the threaded nut 3 is screwed onto the spindle 1 . With its end face, the nut 3 presses on the slot spring 6 and bends it; the nut is screwed on until the maximum basic prestress is reached. When the threaded nut 2 , 3 and the housing 5 rotate, the centrifugal controller is set in rotation. The arrangement of the rods 10 and the masses 7 and 18 bends, so that the length of the expansion bushing is greater. In this way, the constraining forces deform the slot spring 6 , thereby displacing the nut 3 relative to the spindle 1 and reducing the size of the preload of the ball screw.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997134043 DE19734043A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Ball screw for use in machine tools |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997134043 DE19734043A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Ball screw for use in machine tools |
Publications (1)
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DE19734043A1 true DE19734043A1 (en) | 1999-02-25 |
Family
ID=7838162
Family Applications (1)
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DE1997134043 Ceased DE19734043A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Ball screw for use in machine tools |
Country Status (1)
Country | Link |
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