DE102019109359A1

DE102019109359A1 - Ball screw drive with adjustable preload

Info

Publication number: DE102019109359A1
Application number: DE102019109359.7A
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Bei einem Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter bestehend aus zwei Mutterteilen mit einstellbarer Vorspannung sind eine erste piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 und eine zweite mechanische Einstellvorrichtung EV2 vorgesehen, um den Abstand A der beiden Mutterteile 6a, 6b einzustellen. Die zweite mechanische Einstellvorrichtung EV2 erlaubt die Einstellung eines Ausgangsabstands A0, die piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 erlaubt die Einstellung des Abstandes A und damit der Vorspannung im laufenden Betrieb des Kugelgewindetriebs.In a ball screw drive with a double nut consisting of two nut parts with adjustable preload, a first piezoelectric adjustment device EV1 and a second mechanical adjustment device EV2 are provided to adjust the distance A between the two nut parts 6a, 6b. The second mechanical setting device EV2 allows the setting of an initial distance A0, the piezoelectric setting device EV1 allows the setting of the distance A and thus the preload during operation of the ball screw.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit einstellbarer Vorspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a ball screw drive with adjustable preload according to the preamble of claim 1.

Die Vorspannung des Kugelgewindetriebs ist verantwortlich für die Steifigkeit und damit für die Präzision des Bearbeitungsprozesses.The preload of the ball screw drive is responsible for the rigidity and thus for the precision of the machining process.

Kugelgewindetriebe werden bei Werkzeugmaschinen vielfach eingesetzt, um Lasten schnell linear zu bewegen bzw. genau zu positionieren. Dabei wird die Drehbewegung einer motorgetriebenen Spindel mittels einer Mutter in eine Linearbewegung, z. B. eines Flansches an dem ein Werkzeugtisch angeschraubt ist oder eines Spindelkastens, umgesetzt. In der Spindelmutter werden die Kugeln in einer schraubenförmigen Laufbahn geführt.Ball screw drives are widely used in machine tools to move loads linearly or to position them precisely. The rotary movement of a motor-driven spindle is converted into a linear movement, e.g. B. a flange to which a tool table is screwed or a headstock implemented. The balls are guided in a helical track in the spindle nut.

Es gibt auch Spindeln mit einer Doppelmutter, die zweigeteilt ist, um über ein zwischengeschaltetes Federpaket oder ein nachstellbares Gewinde, eine Vorspannung zu erzielen. Diese Vorspannung ist im Wesentlichen unabhängig von Fertigungstoleranzen und vom Verschleiß.There are also spindles with a double nut, which is split in two, in order to achieve a preload via an interposed spring assembly or an adjustable thread. This preload is essentially independent of manufacturing tolerances and wear.

Zunehmend werden aber auch Einzelmuttern verwendet, bei denen die Vorspannung durch ein entsprechendes Übermaß der Kugeln von wenigen Mikrometern erzeugt wird. Da in dieser Ausführung die Kugeln an 4 Punkten anliegen (4-Punkt-Kontakt), werden diese im Betrieb zum Gleiten gezwungen, was natürlich zu einem gewissen Abrieb führt. Dadurch verringert sich die Vorspannung während der Lebensdauer. Die verringerte Vorspannung kann bei kritischen Bearbeitungsprozessen z. B. bei Einsatz in einer Werkzeugmaschine zu unzulässigen Arbeitsergebnissen an den Bearbeitungsoberflächen führen. Erwähnt sei hier das Schleifen von Zahnrädern, wo die Anforderung an die Genauigkeit und Oberfläche der Flanken extrem hoch ist.However, single nuts are also increasingly being used, in which the preload is generated by a corresponding oversize of the balls of a few micrometers. Since the balls are in contact at 4 points in this version (4-point contact), they are forced to slide during operation, which of course leads to a certain amount of abrasion. This reduces the preload over the service life. The reduced preload can be used in critical machining processes such. B. when used in a machine tool lead to impermissible work results on the machining surfaces. The grinding of gears should be mentioned here, where the demands on the accuracy and surface of the flanks are extremely high.

Störend bei hochgenauen Bearbeitungsprozessen sind auch Fehlstellen wie Grübchen (Pitting) bzw. Rattermarken im Spindeltrieb, die durch Materialermüdung oder durch Überbeanspruchung entstehen können, da diese einen diskontinuierlichen Vorschub an der Werkzeugmaschine verursachen.Defects such as dimples (pitting) or chatter marks in the spindle drive, which can result from material fatigue or overstressing, as these cause discontinuous feed on the machine tool, are also disturbing in high-precision machining processes.

Ein Kugelgewindetrieb ist ein empfindliches Bauteil und stellt immer einen Kompromiss dar zwischen hoher Steifigkeit und Genauigkeit durch eine hohe Vorspannung bzw. schnelles Verfahren nach einer Bearbeitung bei niedrigerer Genauigkeit und geringer Vorspannung.A ball screw drive is a sensitive component and always represents a compromise between high rigidity and accuracy due to high preload or a fast process after machining with lower accuracy and low preload.

Bei Anwendungen die sowohl eine hohe Positioniergeschwindigkeit und eine hohe Steifigkeit erfordern, bzw. unkontrollierten Überlastungen ausgesetzt sind, ist nicht auszuschließen, dass der Kugelgewindetrieb durch hohen Verschleiß bzw. Überbeanspruchung frühzeitig und unplanbar ausfällt. Insbesondere bei speziellen Maschinen sogenannten Engpassmaschinen bzw. solchen mit einem hohen Verfügbarkeitsanspruch, kann ein plötzlicher Ausfall zu einem großen wirtschaftlichen Schaden führen.In applications that require both high positioning speed and high rigidity or are exposed to uncontrolled overloads, it cannot be ruled out that the ball screw may fail prematurely and unpredictably due to high wear and tear or excessive stress. Particularly in the case of special machines, so-called bottleneck machines or machines with a high availability requirement, a sudden failure can lead to major economic damage.

Aus DE102013225467 ist eine Vorspannungsüberwachung bei Systemen mit einer 4 Punkt Kugel Auflage bekannt. Die heute teilweise im Einsatz befindlichen Systeme zur Vorspannungsüberwachung durch indirekte Kraftmessungen über den Strom des Antriebsmotors sind sehr ungenau, und infolge hoher Trägheitsmomente nicht dynamisch genug, um Schädigungen der Kugelgewindetriebe im frühen Stadium messen zu können.Out DE102013225467 a preload monitoring for systems with a 4 point ball support is known. The systems for preload monitoring by indirect force measurements via the current of the drive motor, some of which are in use today, are very inaccurate and, due to high moments of inertia, not dynamic enough to be able to measure damage to the ball screw drives at an early stage.

Aus der EP0569959 ist ein Kugelgewindetrieb mit einer einstellbaren Vorspannung bekannt. Zwischen den zwei Mutterteilen ist ein Aktor vorgesehen, mit Hilfe dessen die Vorspannung einstellbar ist. Beispielhaft sind als Aktoren Piezoelemente genannt. Die Herstellung der Piezoelemente für solche Spaltmaße mit der notwendigen Präzision ist nur mit extrem hohem Aufwand möglich.From the EP0569959 a ball screw drive with an adjustable preload is known. An actuator is provided between the two nut parts, with the aid of which the preload can be adjusted. Piezo elements are named as actuators by way of example. The production of the piezo elements for such gap dimensions with the necessary precision is only possible with extremely high effort.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Kugelgewindetrieb mit einstellbarer Vorspannung anzugeben, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der für den Dauereinsatz in rauen Maschinenumgebungen geeignet ist und der einfach und kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is to specify a ball screw drive with adjustable preload which does not have the disadvantages mentioned above, which is suitable for continuous use in harsh machine environments and which can be produced simply and inexpensively.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.

Es zeigen schematisch:

1 herkömmlicher Kugelgewindetrieb ohne einstellbare Vorspannung mit einer Mutter
2 erster Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter im Längsschnitt
3 zweiter Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter im Längsschnitt
4 erster Kugelgewindetrieb gemäß 2 in sehr schematisierter Darstellung
5 zweiter Kugelgewindetrieb Gemäß 2 in sehr schematisierter Darstellung
6 schematische Darstellung eines Kugelgewindetriebs mit zwei separat ansteuerbaren Piezopaketen
7a Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter und erfindungsgemäßen Rad ialkraftverstellung
7b Schnitt im Bereich der Klauen gemäß 7a

They show schematically:

1 conventional ball screw drive without adjustable preload with a nut
2 first ball screw drive with a double nut in longitudinal section
3 second ball screw drive with a double nut in longitudinal section
4th first ball screw according to 2 in a very schematic representation
5 second ball screw according to 2 in a very schematic representation
6th Schematic representation of a ball screw drive with two separately controllable piezo packs
7a Ball screw drive with a double nut and radial force adjustment according to the invention
7b Section in the area of the claws according to 7a

In 1 ist ein herkömmlicher Kugelgewindetrieb 1, der einen speziellen Wälzschraubentrieb darstellt, mit einer Spindel 5 und einer Flanschmutter 6 dargestellt. Die Spindel 5 mit einem typischen Durchmesser von 30 mm- 60 mm weist eine Laufrille 7a auf, die zusammen mit einer in der Mutter 6 vorgesehenen nicht dargestellten Laufrille eine Laufbahn 7 bildet. An der Flanschseite der Mutter 6 ist eine Endkappe 14 mit Dichtung vorgesehen. Der eigentliche Motor für den Spindelantrieb ist nicht dargestellt. An der Mutter 6 kann z. B. ein Flansch oder ein Spindelkasten für ein Werkstück vorgesehen sein. Als Wälzkörper dienen mehrere Kugeln 12, die in einem Rückführsystem mit einem Rücklaufkanal 8 kontinuierlich umlaufen.In 1 is a conventional ball screw 1 , which represents a special rolling screw drive with a spindle 5 and a flange nut 6th shown. The spindle 5 with a typical diameter of 30 mm - 60 mm has a running groove 7a on that along with one in the mother 6th provided running groove, not shown, a raceway 7th forms. On the flange side of the nut 6th is an end cap 14th provided with seal. The actual motor for the spindle drive is not shown. To the mother 6th can e.g. B. be provided a flange or a headstock for a workpiece. Several balls serve as rolling elements 12 that are in a feedback system with a return duct 8th circulate continuously.

Durch die Drehbewegung der Spindel 5 kann die Mutter 6 linear verfahren werden.By rotating the spindle 5 can the mother 6th be moved linearly.

Es gibt auch Kugelgewindetriebe mit einer Doppelmutter.There are also ball screws with a double nut.

In 2 ist ein erster Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter im Längsschnitt dargestellt. Die Doppelmutter besteht aus zwei Mutterteilen 6a, 6b, die über ein Gewinde GW als mechanische Einstellvorrichtung EV2 miteinander verschraubt sind. In 2 a first ball screw with a double nut is shown in longitudinal section. The double nut consists of two nut parts 6a , 6b that have a thread GW as a mechanical adjustment device EV2 are screwed together.

Zwischen den beiden Mutterteilen 6a, 6b ist ein Ringstapel von Piezoelementen P1-Pn als piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 vorgesehen, mit denen die Vorspannung während des Betriebs des Kugelgewindetriebs einstellbar ist. Die Piezoelemente werden in bekannter Weise elektrisch angesteuert.Between the two nut parts 6a , 6b is a ring stack of piezo elements P1-Pn provided as a piezoelectric adjustment device EV1, with which the preload can be adjusted during operation of the ball screw drive. The piezo elements are controlled electrically in a known manner.

Über einer Fixierschraube FS kann die relative Lage der beiden Gewindeelemente hier der beiden Mutterteile 6a, 6b und damit die mechanische Einstellvorrichtung EV2 fixiert werden. Über die piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 können die beiden Mutterteile auseinandergedrückt werden, was zu einer Erhöhung der Vorspannung führt. Die Wirkrichtung der Spannkraft auf die einzelnen Kugeln ist durch Striche angedeutet. Die Spindel steht hierbei unter Zugspannung (O-Anordnung). Mit einem Dehnungsmessstreifen DMS kann die Vorspannung detektiert werden. Als Ausschnittvergrößerung ist das Gewindespiel an einem Gewindekegel dargestellt. Die piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 nutzt dieses Spiel aus, um eine Abstandsänderung zu generieren.The relative position of the two threaded elements here of the two nut parts can be determined via a fixing screw FS 6a , 6b and thus the mechanical adjustment device EV2 be fixed. The two nut parts can be pushed apart via the piezoelectric adjustment device EV1, which leads to an increase in the preload. The direction of action of the clamping force on the individual balls is indicated by lines. The spindle is under tension (back-to-back arrangement). The preload can be detected with a strain gauge. The thread play on a thread cone is shown as an enlarged section. The piezoelectric adjustment device EV1 uses this play to generate a change in distance.

In 3 ist ein zweiter Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter als Längsschnitt dargestellt. Die Doppelmutter besteht hier ebenfalls aus zwei Mutterteilen 6a, 6b. Zusätzlich ist ein separates zweites Gewindeelement GE2 das mit dem Mutterteil 6b mittels des Gewindes GW verschraubt ist. Auch hier dient das Gewinde GW als mechanische Einstellvorrichtung EV2.In 3 a second ball screw with a double nut is shown as a longitudinal section. The double nut here also consists of two nut parts 6a , 6b . In addition, there is a separate second threaded element GE2 the one with the mother part 6b by means of the thread GW is screwed. The thread is also used here GW as a mechanical adjustment device EV2 .

Am Gewindeelement GE2 stützt sich das Mutterteil 6a ab. Zwischen dem Gewindeelement GE und dem Mutterteil 6a ist wiederum ein Ringstapel von Piezoelementen P1-Pn als piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 vorgesehen, mit denen die Vorspannung während des Betriebs einstellbar ist.On the threaded element GE2 the mother part is supported 6a from. Between the threaded element GE and the nut part 6a is again a ring stack of piezo elements P1-Pn provided as a piezoelectric adjustment device EV1, with which the preload can be adjusted during operation.

Über die Fixierschraube FS wird die mechanische Einstellvorrichtung EV2 ebenfalls fixiert. Über diese piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 können die beiden Mutterteile zueinander gedrückt werden, was zu einer Erhöhung der Vorspannung führt. Die Wirkrichtung der Spannkraft auf die einzelnen Kugeln ist durch Striche angedeutet. Die Spindel steht unter Druckspannung (X-Anordnung). Mit dem Dehnungsmessstreifen DMS kann die Vorspannung detektiert werden. Als Ausschnittvergrößerung ist das Gewindespiel an einem Gewindekegel dargestellt.The mechanical adjustment device is via the fixing screw FS EV2 also fixed. The two nut parts can be pressed towards one another via this piezoelectric adjustment device EV1, which leads to an increase in the preload. The direction of action of the clamping force on the individual balls is indicated by lines. The spindle is under compressive stress (X-arrangement). The pre-tension can be detected with the strain gauge DMS. The thread play on a thread cone is shown as an enlarged section.

Die Figuren 4 und 5 zeigen entsprechend den Figuren 2 und 3 die jeweiligen Kugelgewindetriebe in sehr schematische Darstellung.The figures 4th and 5 show according to the figures 2 and 3 the respective ball screw drives in a very schematic representation.

4 zeigt in schematischer Ausschnittsdarstellung eines Kugelgewindetriebs, wobei die Vorspannung durch eine über das Piezopaket erzeugte Druckspannung generiert wird. Die relative Abstandsänderung zwischen den beiden Mutterteilen ist zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. 4th shows a schematic detail of a ball screw drive, the preload being generated by a compressive stress generated by the piezo package. The relative change in distance between the two nut parts is shown exaggerated for clarity.

5 zeigt in schematischer Ausschnittsdarstellung eines Kugelgewindetriebs, wobei die Vorspannung durch eine über das Piezopaket erzeugte Zugspannung generiert wird. Die relative Abstandsänderung zwischen den beiden Mutterteilen ist zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. 5 shows a schematic detail of a ball screw drive, the preload being generated by a tensile stress generated by the piezo package. The relative change in distance between the two nut parts is shown exaggerated for clarity.

6 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kugelgewindetriebs mit zwei Piezopaketen PP1 und PP2, wobei die zwei Pakete für zwei verschiedene Belastungssituationen separat ansteuerbar sind. Denkbar sind auch drei separat ansteuerbare Piezopakete. 6th shows a schematic representation of a ball screw drive with two piezo packs PP1 and PP2 , whereby the two packages can be controlled separately for two different load situations. Three separately controllable piezo packs are also conceivable.

In 7a ist ein Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter und erfindungsgemäßen Radialverstelleinrichtung dargestellt. Der Abstand A der beiden Mutterteilen 6a, 6b lässt sich über ein axiales Fixierelement z. B. eine Überwurfmutter Ü mit einem gegenläufigen Gewinde (Links-/ Rechtsgewinde) variabel einstellen. Die Überwurfmutter kann mit einem Arretierelement (Madenschraube) an einem Mutterteil 6a fixiert werden.In 7a shows a ball screw drive with a double nut and radial adjustment device according to the invention. The distance A the both nut parts 6a , 6b can be via an axial fixing z. B. set a union nut Ü with a counter-rotating thread (left / right thread) variably. The union nut can with a locking element (grub screw) on a nut part 6a be fixed.

Die Mutterteilen 6a, 6b weisen endseitig jeweils Klauen Ka, Kb auf, die ähnlich einer Klauenkupplung ineinandergreifen, wobei eine Verdrehung der beiden Mutterteilen 6a, 6b relativ zueinander noch möglich ist, weil die Klauen Ka, Kb nicht formschlüssig ineinandergreifen. Die Radialverstelleinrichtung besteht aus den Klauen Ka, Kb und mehreren Kraftelementen, die so auf die Klauen wirken, dass ein Drehmoment erzeugt wird, das eine Vorspannung generiert.The mother parts 6a , 6b each end have claws Ka , Kb on, which mesh like a claw coupling, with a rotation of the two nut parts 6a , 6b relative to each other is still possible because the claws Ka , Kb do not interlock positively. The radial adjustment device consists of the claws Ka , Kb and a plurality of force elements that act on the claws to generate a torque that generates a preload.

Bei den Kraftelementen kann es sich zum Beispiel um Piezoelemente bzw. Hydraulikelemente handeln.The force elements can be piezo elements or hydraulic elements, for example.

Auch hier ist eine mechanische Einstellvorrichtung EV2 und eine piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1, wobei aufgrund der besonderen Gestaltung der Radialverstelleinrichtung auch eine hydraulische Verstellung möglich ist.Again, there is a mechanical adjustment device EV2 and a piezoelectric adjustment device EV1, with hydraulic adjustment also being possible due to the special design of the radial adjustment device.

7b zeigt einen radialen Schnitt im Bereich der Klauen. Beispielhaft ist als Kraftelement nur ein Hydraulikelement HE eingezeichnet. Tatsächlich sind mehrere Hydraulikelemente vorgesehen. Anstatt Hydraulikelemente können als Kraftelemente auch Piezoelemente vorgesehen werden. 7b shows a radial section in the area of the claws. As an example, only one hydraulic element HE is shown as the force element. In fact, several hydraulic elements are provided. Instead of hydraulic elements, piezo elements can also be provided as force elements.

Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert. Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass neben der piezoelektrischen Einstellvorrichtung EV1 eine zweite mechanische Einstellvorrichtung EV2 vorgesehen ist, die eine Einstellung eines Ausgangsabstands A0 zwischen den beiden Mutterteilen 6a, 6b erlaubt. Bei diesem Abstand A0 wirkt keine größere Kraft zwischen den Mutterteilen, gleichzeitig ist der Piezostapel minimal eingespannt. Diese zweite mechanische Einstellvorrichtung EV2 wird nachdem der Ausgangsabstand A0 eingestellt wurde mit Hilfe einer Fixierschraube FS verriegelt, so dass sich die beiden Mutterteile 6a, 6b nicht mehr relativ zueinander verdrehen können.The function of the invention is explained in more detail below. The main idea of the invention is that, in addition to the piezoelectric adjustment device EV1, a second mechanical adjustment device EV2 it is provided that an adjustment of an initial distance A0 between the two nut parts 6a , 6b allowed. At this distance A0 there is no greater force acting between the nut parts, at the same time the piezo stack is minimally clamped. This second mechanical adjustment device EV2 will after the initial distance A0 set was locked with the help of a fixing screw FS so that the two nut parts 6a , 6b can no longer rotate relative to each other.

Beim Ausgangsabstand A0 liegt üblicherweise keine oder nur eine geringe Vorspannung vor. Mit V(A) sei die Vorspannung als Funktion des Abstands A bezeichnet. Es gilt also V(A0) < Vg, wobei Vg einem geringen Vorspannungswert entspricht.At the exit distance A0 there is usually no or only a slight bias. Let V (A) denote the bias voltage as a function of the distance A. Thus V (A0) <Vg applies, where Vg corresponds to a low bias value.

In diesem Zustand ist ein schnelles Verfahren des Kugelgewindetriebs mit geringem Verschleiß möglich.In this state, the ball screw can be moved quickly with little wear.

Üblicherweise besteht die piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 aus einem Stapel (Paket) von einzelnen Piezoelementen P1-Pn.The piezoelectric adjustment device EV1 usually consists of a stack (package) of individual piezo elements P1-Pn .

Die Piezoelemente können als Vollringe oder Segmente oder Blöcke aus mehreren Schichten gestapelt sein, um das notwendige Kraft-Weg Verhältnis erzeugen zu können. Die dazu notwendige Spannungsversorgung wird außerhalb der Spindelmutter erzeugt und über Kabelverbindungen zugeführt.The piezo elements can be stacked as full rings or segments or blocks of several layers in order to be able to generate the necessary force-displacement ratio. The voltage supply required for this is generated outside the spindle nut and supplied via cable connections.

Die mechanische Einstellvorrichtung EV2 besteht aus zwei Gewindeelementen, wobei in einem Fall die beiden Mutterteile 6a, 6b direkt über das Gewinde GW miteinander verschraubt sind und im anderen Fall das Mutterteil 6b mit dem zweiten Gewindeelement GE2 verschraubt ist. Das Mutterteil 6b als erstes Gewindeelement bildet und zusammen mit dem zweiten Gewindeelement GE2 eine Kammer, in der die piezoelektrische Einstellvorrichtung EV1 und das zweite Mutterteil 6a gekammert sind. Durch Ansteuerung der ersten piezoelektrischen Einstellvorrichtung EV1, die eine Ausdehnung der Piezoelemente bewirkt, kann der Abstand A zwischen den beiden Mutterteilen 6a, 6b verringert und dadurch die Vorspannung V erhöht wird. The mechanical adjustment device EV2 consists of two threaded elements, in one case the two nut parts 6a , 6b directly over the thread GW are screwed together and in the other case the nut part 6b with the second threaded element GE2 is screwed. The mother part 6b forms as a first threaded element and together with the second threaded element GE2 a chamber in which the piezoelectric adjuster EV1 and the second nut part 6a are chambered. By controlling the first piezoelectric adjustment device EV1, which causes the piezo elements to expand, the distance A between the two nut parts can be adjusted 6a , 6b and thereby the bias voltage V is increased.

Zur Aufnahme der Vorspannkraft dient das Dehnungsmesselement DMS. Der Kugelgewindetrieb wird durch eine Steuereinheit zentral angesteuert, insbesondere auch die Piezoelemente. Der Steuereinheit wird auch die Information über die aktuelle Vorspannung zugeführt.The strain gauge DMS is used to absorb the pretensioning force. The ball screw drive is controlled centrally by a control unit, especially the piezo elements. The control unit is also supplied with information about the current preload.

Mit der Erfindung wird eine Vielzahl von Vorteilen realisiert.A number of advantages are realized with the invention.

Eine hohe Vorspannung ist erforderlich, um eine Spielfreiheit und hohe Steifigkeit des Kugelgewindetriebs zu gewährleisten. Die Vorspannung nimmt verschleißbedingt über die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs ab. Eine nicht angepasste Vorspannung kann zu erhöhter Reibung und Erwärmung führen, was den Verschleiß erhöhen und auch die Präzision negativ beeinflussen kann. Gemäß einer Lebensdauerberechnung nach DIN ISO 3408-5 geht die Vorspannkraft reziprok in der dritten Potenz in die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs ein.A high preload is required to ensure that the ball screw drive is free from play and has a high degree of rigidity. The preload decreases over the life of the ball screw due to wear. An unadjusted preload can lead to increased friction and heating, which can increase wear and also have a negative effect on precision. According to a service life calculation in accordance with DIN ISO 3408-5, the preload force is included in the service life of the ball screw drive reciprocally in the third power.

Durch Adaption der Vorspannung während des Betriebs kann die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs signifikant erhöhen werden. Darüber hinaus kann Reibung sich sowohl negativ auf die Positioniergenauigkeit wie auch auf die Vorspannung selbst auswirken.By adapting the preload during operation, the service life of the ball screw drive can be increased significantly. In addition, friction can have a negative effect on the positioning accuracy as well as on the preload itself.

Bei der vorliegenden Erfindung kommt ein Piezostapel im Kraftfluss zwischen den zwei Einzelmuttern zum Einsatz.In the present invention, a piezo stack is used in the force flow between the two single nuts.

Die Erfindung ist für die Praxis sehr geeignet, da sie den hohen Anforderungen an eine steife und kostengünstig integrierbare Aktorik gerecht wird und zusätzlich eine hohe Dynamik aufweist.The invention is very suitable for practical use, since it meets the high requirements placed on a rigid and inexpensive integrable actuator system and, in addition, has high dynamics.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013225467 [0009]
EP 0569959 [0010]

Claims

Ball screw drive with adjustable preload, with a double nut consisting of two separate nut parts 6a and 6b, the distance A between the two nut parts 6a, 6b defining the preload V (A) of the double nut, characterized in that the two nut parts 6a, 6b have a axial fixing element are connected to one another and the nut parts 6a, 6b each have claws Ka, Kb at the end, which engage in one another similar to a claw coupling, whereby a rotation of the two nut parts 6a, 6b relative to one another is possible, since the claws Ka, Kb do not interlock positively and that a radial adjustment device is provided which consists of the claws Ka, Kb and several force elements Ki, which act on the claws in such a way that a torque can be generated which generates a pretension.

Ball screw according to Claim 1 , characterized in that the axial fixing element is designed as a union nut Ü with an opposing thread.

Ball screw according to Claim 1 or 2 characterized in that the force elements are designed as hydraulic elements

Ball screw according to Claim 1 or 2 characterized in that the force elements are designed as piezo elements.