-
Die
Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur
Kühlung
von Schrumpffuttern bei einer Vorrichtung zum thermischen Spannen
und Entspannen von Werkzeugen.
-
Die
Schrumpftechnik ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung hochgeschwindigkeitstauglicher
Werkzeuge für
die materialabtragende Werkstückbearbeitung.
Dabei werden sogenannte Schrumpffutter verwendet, die einen Werkzeugaufnahmeabschnitt
mit einer mindestens abschnittsweise thermisch aufweitbaren Werkzeugaufnahmeöffnung zur
Aufnahme eines Werkzeugschaftes eines Werkzeuges sowie einen zur
Aufnahme des Schrumpffutters in eine Maschinenspindel vorgesehenen
Einspannabschnitt aufweisen, der beispielsweise nach Art eines Hohlschaftkegels
oder eines Steilkegels ausgebildet sein kann. Typische Durchmesser
der einzuschrumpfenden, beispielsweise als Bohr-, Fräs- oder
Schleifwerkzeug ausgebildeten Werkzeuge können im Bereich von ca. 3 mm
bis 6 mm bis ca. 30 mm bis 40 mm liegen. Zur Herstellung eines Werkzeuges
wird mindestens ein Abschnitt des Werkzeugaufnahmeabschnittes so
stark erwärmt, daß sich durch
thermische Ausdehnung die Werkzeugaufnahmeöffnung so stark aufweitet,
daß der Werkzeugschaft
eines einzusetzenden Werkzeuges einführbar ist. Nach Einführen des
Werkzeugschaftes wird der Abschnitt derart abgekühlt, daß das Werkzeug in der durch
die Abkühlung
geschrumpften Werkzeugaufnahmeöffnung
reibschlüssig
gehalten wird. Dadurch entstehen Werkzeuge fast wie aus einem Stuck,
wobei die Verbindung zwischen Schrumpffutter und eingesetztem Werkzeug
jederzeit durch Ausschrumpfen wieder lösbar ist, indem der Werkzeugaufnahmeabschnitt
so stark erwärmt
wird, daß das
eingesetzte Werkzeug aus der sich thermisch erweiternden Werkzeugaufnahmeöffnung wieder
entnehmbar ist. In dieser Anmeldung wird in der Regel sowohl das
einzusetzende Werkzeugteil, z. B. ein Fräser, als auch die durch Zusammensetzen
von Werkzeugteil und Schrumpffutter entstehende Kombination als
Werkzeug bezeichnet.
-
Es
sind Schrumpfgeräte
bekannt, bei denen die Erwärmung
des Werkzeugaufnahmeabschnittes beim Einschrumpfen und Ausschrumpfen
mittels Heißluft
durchgeführt
wird. Durch ein mit einem Ventilator ausgestattetes, gesondertes
Kühlgerät kann die
Abkühlzeit
auf eine für
die manuelle Handhabung des Schrumpffutters geeignete Temperatur
auf ca. 10 Minuten reduziert werden. Derartige Einrichtungen sind
kostengünstig
bereitstellbar und besonders für Anwendungen
geeignet, in denen nur geringe Stückzahlen von Schrumpffuttern
pro Zeiteinheit zu handhaben sind.
-
Ein
aus der Praxis bekanntes, induktives Schrumpfgerät ist als Tischgerät konzipiert
und hat ein auf einen Tisch aufstellbares, kastenförmiges Gehäuse, dessen
Oberseite die Arbeitsfläche
des Gerätes
bildet. Über
die Arbeitsfläche
erhebt sich eine Säule
mit Vertikalführungen
für einen
Spulenhalter, an dem eine Induktionsspule oberhalb der Arbeitsstation
des Gerätes anbringbar
ist. Ein integrierter Pneumatikzylinder bewegt die säulengeführte luftgekühlte Spule
in Arbeitsposition nach unten bzw. zurück in die obere Grundposition.
Der überwiegend
interessierende Spannbereich von 6 mm bis 32 mm Werkzeugdurchmesser
wird mit drei unterschiedlichen Spulen abgedeckt, die über einen
Schnellverschluß auswechselbar
am Spulenhalter anbringbar sind. Die durch die Gehäuseoberseite
gebildete Arbeitsfläche
des Gerätes
ist als Lochplatte konzipiert, durch die hindurch ein mittels eines
im Gehäuse
angeordneten Ventilators erzeugter Luftstrom von unten durch die
Arbeitsfläche
geblasen werden kann. Auf der Arbeitsfläche sind neben der unterhalb
der Spule angeordnten Arbeitsstation mehrere kreisförmige, von
unten durchblasbare Kühlstationen
gebildet.
-
Zum
Schrumpfen wird ein Schrumpffutter in eine transportable Spannfutteraufnahmehülse gesteckt,
die mit radialen Kühlrippen
versehen ist und bei Aufstellung in der Arbeitsstation von unten
mit Luft durchströmbar
ist. Dann wird die vorher geeignete ausgewählte Induktionsspule zur Erwärmung des Schrumpffutters
auf dieses abgesenkt und die induktive Erwärmung zum Einschrumpfen oder
Ausschrumpfen wird durchgeführt.
Nach Einsetzen bzw. Entnahme des Werkzeuges wird die Spule wieder heraufgefahren.
Dann wird die das noch heiße Schrumpffutter
tragende Futteraufnahmehülse
auf eine der Kühlstationen
gestellt. Zur Beschleunigung der luftunterstützten Abkühlung kann ein den Werkzeugaufnahmeabschnitt
umschließender,
gesonderter Kühladapter
in Form einer Kühlhülse mit
Kühlrippen
aufgesetzt werden. Die freigewordene Arbeitsstation unterhalb der
Induktionsspule kann dann zum Schrumpfen des nächsten Futters genutzt werden.
-
Die
nach Art eines ”Hütchenspiels” ablaufende
Handhabung des Gerätes
ist schon als umständlich
empfunden worden. Zudem hat sich gezeigt, daß die Einrichtung für einen
schnellen Durch satz höherer
Stückzahlen
nur bedingt geeignet ist, weil sich eine langsame Erwärmung des
Gesamtsystems einstellt. Es ist von Bedienern auch schon als nachteilig empfunden
worden, dass teilweise noch heiße Spannfutter
bewegt werden müssen,
um einen höheren
Durchsatz erzielen zu können.
-
Aus
der Gebrauchsmusterschrift
DE
298 20 838 U1 sind als Reduzierhülsen bezeichnete Adapter für eine Werkzeugaufnahme
einer Schrumpfvorrichtung bekannt, welche mindestens zwei Segmente aufweisen,
die relativ zueinander beweglich sind, wobei die Segmente der Reduzierhülse durch
eine elastische Spanneinrichtung derart miteinander verbunden sind,
dass die Segmente während
des Erwärmungsvorganges
der in einem Innenraum der Reduzierhülse aufgenommenen Werkzeugaufnahme
gegen die rücktreibende
Kraft der Spanneinrichtung auseinanderbeweglich sind. Die expandierbaren
Reduzierhülsen
werden nicht als Kühladapter
eingesetzt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung zur Kühlung von
Schrumpffuttern bei einer Vorrichtung zum thermischen Spannen und
Entspannen von thermischen Werkzeugen zu schaffen, durch die Nachteile
des Standes der Technik vermieden werden, insbesondere auch bei
der Verarbeitung größerer Stückzahlen
im Dauerbetrieb.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung eine Kühleinrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Bevorzugte Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Eine
erfindungsgemäße Kühleinrichtung
der eingangs erwähnten
Art zeichnet sich also dadurch aus, dass die Kühleinrichtung zur Kühlung des
Kühladapters
mit einer Kühlflüssigkeit
ausgebildet ist. Die Abkühlung
kann also mit Hilfe einer Flüssigkeitskühlung beschleunigt
werden, die besonders wirksam Wärme
vom Werkzeugaufnahmeabschnitt abführen kann. Die wirksame Wärmeabfuhr
ist besonders vorteilhaft, da in der Regel die Dauer eines Schrumpfzyklus
wesentlich von der Abkühlzeit
bestimmt wird. Wird also die Abkühlzeit
verringert, verkürzen
sich Schrumpfzyklen, so dass höhere
Stückzahlen
von Schrumpffuttern pro Zeiteinheit verarbeitbar sind. Ein mit Kühlflüssigkeit
durchströmbarer
Kühladapter kann
nach Ende der Aufheizung auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt mit großflächigem Berührungskontakt
aufgestülpt
oder auf andere Weise an diesem angebracht werden und zieht die
Wärme schnell,
z. B. innerhalb von ca. einer Minute aus dem aufgeheizten Werkzeugaufnahmeabschnitt
ab, so daß das Schrumpffutter
danach bequem und ohne Gefahr von Verbrennungen manuell handhabbar
ist.
-
Zur
Schaffung eines großflächigen Berührungskontaktes
ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein
Kühladapter
eine vorzugsweise konische Aufnahmeöffnung hat, die der vorzugsweise
konischen Außenkontur
des Werkzeugaufnahmeabschnittes so angepaßt ist, daß eine gut wärmeleitende
Preßpassung
zwischen Werkzeugaufnahmeabschnitt und Kühladapter entsteht. Entsprechend
der Formgebung überwiegend
verwendeter Schrumpffutter hat die Aufnahmeöffnung einen spitzen Öffnungswinkel zwischen
ca. 3° und
ca. 6°,
insbesondere bei ca. 4,5°.
-
Da
gerade bei spitzen Konuswinkeln ein paßgenau aufgesetzter Kühladapter
unter Umständen
aufgrund von Selbsthemmung nur schwer wieder vom Schrumpffutter
abziehbar ist, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Aufnahmeöffnung zur
Lockerung des Berührungskontaktes
zwischen Schrumpffutter und Kühladapter aufweitbar
ist. Die Aufnahmeöffnung
kann beispielsweise durch mehrere um den Umfang der Aufnahmeöffnung verteilte,
federelastische Elemente bzw. Federzungen begrenzt sein.
-
Um
mit der Kühleinrichtung
alle handelsüblichen
Schrumpffutter in gleich wirksamer Weise kühlen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen,
daß einen
Kühladapter
mehrere auswechselbare Wechseleinsätze mit unterschiedlich dimensionierten
Aufnahmeöffnungen
zugeordnet sind. Die Wechseleinsätze
sind vorzugsweise ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen an einen kühlbaren
Teil, beispielsweise einer flüssigkeitsgeführten Hülse, auswechselbar
befestigt. Ein Wechseleinsatz kann nach Art einer geschlitzten Spannhülse ausgebildet
sein.
-
Dadurch
kann ein Einsatz mit einer aufweitbaren Aufnahmeöffnung geschaffen werden, der
gegenüber
einem ihn umgebenden, kühlbaren
Kühladapterkörper zwischen
einer Kontaktstellung und einer Freigabestellung begrenzt bewegbar
ist, wobei in der Kontaktstellung der Einsatz durch die ihn umgebende
Hülse mit
flächigem
Andruckkontakt auf das Schrumpffutter gepreßt und in der Freigabestellung das
Schrumpffutter unter Erweiterung der Aufnahmeöffnung leicht aus dem Kühladapter
freigebbar ist. Dadurch ist einerseits eine gute Wärmeübertragung zwischen
Kühladapter
und Schrumpffutter und andererseits eine jederzeit störungsfreie
Handhabung möglich.
-
Zweckmäßig ist
ein Kühladapter
an mindestens eine flexible Leitung, beispielsweise an ein Paar hitzebeständige, metallummantelte
Schläuche
angeschlossen, das die Zu- und Abfuhr von Kühlflüssigkeit sicherstellt und es
gleichzeitig ermöglicht,
daß das Kühladapter
weitgehend frei manuell bewegbar und dadurch gut handhabbar ist.
-
Eine
besonders wirksame Kühlung
von Schrumpffuttern wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
dadurch erreicht, daß die
Kühleinrichtung auch
mindestens eine flüssigkeitskühlbare Schrumpffutteraufnahme
mit einer Schrumpffutteraufnahmeöffnung
zur lagegesicherten Aufnahme des Schrumpffutters aufweist. Dadurch
kann erreicht werden, daß der
Einspannabschnitt eines aufgenommenen Schrumpffutters wirksam aktiv
gekühlt
wird, so daß er
zusätzlich
zu einem aufgesetzten Kühladapter als
Wärmesenke
bei der Abkühlung
dienen kann. Zudem wird dadurch vermieden, daß sich die beim Erwärmen eingeführte Wärme durch
die Aufnahme auf das gesamte Schrumpfgerät ausbreitet, was zu einer langsamen
Erwärmung
des Gesamtsystemes und zu Betriebsstörungen führen könnte.
-
Zweckmäßig sind
einer Schrumpffutteraufnahme mehrere auswechselbare Wechseleinsätze mit
unterschiedlich dimensionierten Aufnahmeöffnungen zur Anpassung der
Schrumpffutteraufnahme an Schrumpffutter mit unterschiedlichen Einspannabschnitten,
beispielsweise Hohlschaftkegeln oder Steilkegeln, zugeordnet, um
bequem jede Art üblicher
Schrumpffutter wirksam kühlen
zu können.
-
Die
Kühleinrichtung
kann beispielsweise mit Wasser aus einem Haushaltsleitungsnetz betrieben werden.
Zur Schonung von Resourcen kann sie einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf
aufweisen. Ggf. kann ein wahlweise zuschaltbares Kühlaggregat vorgesehen
sein, um insbesondere im Dauerbetrieb die Kühlflüssigkeit auf einer für eine wirksame
Kühlung
geeigneten Temperatur von typischerweise 15°C bis 20°C zu halten.
-
Wie
anhand des Ausführungsbeispiels
erläutert,
kann die Kühleinrichtung
in ein Schrumpfgerät integriert
sein. Es ist jedoch auch möglich,
die Kühleinrichtung
als eine separate Kühleinrichtung
auszubilden. Eine derartige vorzugsweise transportable Kühleinrichtung
kann im Zusammenhang mit den meisten herkömmlichen Schrumpfgeräten eingesetzt werden,
um beim Schrumpfen mit diesen Geräten die Abkühlzeiten deutlich zu reduzieren
und dadurch höhere
Durchsatzzahlen zu erreichen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schrägperspektivische,
schematische Ansicht einer Ausführungsform
einer induktiven Schrumpfvorrichtung mit drei Arbeitsstationen,
-
2 eine
perspektivische Darstellung von Teilen einer wasserkühlbaren
Schrumpffutteraufnahme für
eine Arbeitsstation der in 1 gezeigten
Vorrichtung zusammen mit einem darin aufnehmbaren Schrumpffutter,
-
3 eine
perspektivische Ansicht von Teilen eines einer Arbeitsstation zugeordneten,
wassergekühlten
Kühladapters
zusammen mit einem durch den Kühladapter
kühlbaren
Schrumpffutter,
-
4 einen
Vertikalschnitt durch die Induktionsspuleneinheit der in 1 gezeigten
Vorrichtung in einer Konfiguration, die für die Aufheizung von Schrumpffuttern
für Werkzeuge
mit großem
Durchmesser geeignet ist, und
-
5 einen
Vertikalschnitt durch die Induktionsspuleneinheit der in 1 gezeigten
Vorrichtung in einer Konfiguration, die für die Aufheizung von Schrumpffuttern
für Werkzeuge
mit kleinem Durchmesser geeignet ist.
-
In 1 ist
in schrägperspektivischer,
schematischer Ansicht eine auch als Schrumpfgerät bezeichnete Vorrichtung 1 zum
thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen in Schrumpffuttern gezeigt,
die es ermöglicht,
im Dauerbetrieb eine große
Anzahl von hochgeschwindigkeitstauglichen Bearbeitungswerkzeugen
in kurzer Folge mittels Schrumpftechnik zu spannen oder zu entspannen, um
beispielsweise einen vollwertigen Arbeitsplatz mit hohem Werkzeugdurchsatz
zu schaffen. Die gezeigte Ausführungsform
umfaßt
einen geschlossenen Unterschrank 2, in dem später erläuterte Versorgungseinheiten
für das
Schrumpfgerät,
wie ein Hochfrequenzgenerator zur Versorgung einer Induktionsspule,
ein Kühlaggregat
einer Wasserkühlungseinrichtung
und eine mit einem Mikroprozessor ausgestattete elektronische Steuerung
für das
Schrumpfgerät
untergebracht sind. Auf der etwa hüfthoch angeordneten Oberseite
des Unterschrankes ist ein im wesentlichen tortenstückförmiges,
geschlossenes Basisteil 3 mit einem aus Aluminiumguß hergestellten
Gehäuse
befestigt. Das Basisteil hat an seiner abgeschrägten Vorderseite ein Bedienfeld 4 mit
einer Anzahl von Drucktasten und einem optischen Display zur Einstellung
und Anzeige von für
den Betrieb des Schrumpfgerätes
vorgebbaren Betriebsparamtern. Auf der Oberseite des Basisteils
sind drei auf einem Kreisbogen nebeneinander angeordnete Arbeitsstationen 5, 6, 7 vorgesehen,
die jeweils sowohl für
eine induktive Aufheizung von darin aufgenommenen Schrumpffuttern 8, 9,
als auch für
eine aktive Abkühlung
der aufgeheizten Schrumpffutter mit Hilfe einer Wasserkühlung ausgelegt
sind. Hierzu weist jede der Arbeitsstationen eine flüssigkeitskühlbare Schrumpffutteraufnahme 10, 11, 12 auf,
deren Aufbau in Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert wird. Jeder
Arbeitsstation ist außerdem
ein manuell bequem handhabbarer, auf ein Schrumpffutter von oben
aufsetzbarer Kühladapter 13, 14, 15 zugeordnet,
wobei die zu den einzelnen Arbeitsstationen gehörenden Kühladapter jeweils aus Bedienersicht
vor der zugeordneten Arbeitsstation in einer kreisförmigen Ausnahmeöffnung an
der Basisteiloberseite abgestellt sind. Aufbau und Funktion der
Kühladapter werden
in Zusammenhang mit 3 näher erläutert.
-
Über dem
Basisteil erhebt sich, aus Bedienersicht hinter den Arbeitsstationen,
eine allseitig verkleidete Säule 16,
von deren bedienerzugewandter Vorderseite eine Induktionsspuleneinheit 17 mit einer
wassergekühlten
Induktionsspule 18 (4, 5)
horizontal so abragt, daß die
vertikale Zentralachse 19 der Spule mit dem Kreisbogen 20 zusammenfällt, der
die vertikalen Zentralachsen der Arbeitsstationen 5, 6, 7 verbindet.
Die Säule 16 ist
um eine vertikale Säulenschwenkachse 21 schwenkbar gelagert
und kann mit Hilfe eines an der Vorderseite des Basisteiles herausragenden
Bedienhebels 22 so verschwenkt werden, daß die Induktionsspule 18 wahlweise
direkt oberhalb bzw. konzentrisch mit einer der Arbeitsstationen
angeordnet werden kann, wobei sich mit Hilfe einer Rastung die zentrierte
Position nach Loslassen des Bedienhebels 22 selbsttätig einstellt.
-
Die
als Erwärmungseinheit
dienende Induktionsspuleneinheit 17 ist mit Hilfe eines
durch die Steuerung des Schrumpfgerätes ansteuerbaren, innerhalb
des Säulengehäuses untergebrachten
Elektromotors 23 zwischen der gezeigten, oberen Grundposition
und einer später
im Zusammenhang mit 4 und 5 näher erläuterten
unteren Arbeitsposition vertikal (Pfeil 24) verfahrbar.
Hierzu ist ein vom Elektromotor 23 angetriebener, nicht
gezeigter Spindeltrieb vorgesehen, der auf die an einer vertikalen
Führungsstange 25 geführte Induktionsspuleneinheit wirkt.
Die flexiblen Flüssigkeitsleitungen
zur Wasserkühlung
der Induktionsspule sowie die elektrischen Leitungen zur Verbindung
der Spule mit dem im Unterschrank 2 untergebrachten Generator
sind in einem flexiblen Kabelschlepp 26 geschützt geführt, der vom
Inneren der Säule
durch das Basisteil bis in den Unterschrank 2 führt.
-
Neben
dem Basisteil ist auf der oberen Arbeitsfläche des Unterschrankes in Reichweite
des Bedieners 2 ein um eine vertikale Achse schwenkbares,
schräggestelltes
Magazin (27) mit sechzehn Aufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme
unterschiedlich dimensionierter Wechseleinsätze 28 für die Kühladapter
vorgesehen, deren Aufbau und Funktion in Zusammenhang mit 3 näher erläutert wird.
Eine seitliche Schublade 30 kann beispielsweise dazu genutzt
werden, die im Zusammenhang mit 2 näher erläuterten
Wechseleinsätze 30 für die Schrumpffutteraufnahmen
der Arbeitsstationen 5, 6, 7 und/oder
weitere beim Schrumpfen eventuell benötigte Teile, wie Werkzeuge
o. dgl. aufzubewahren.
-
Anhand
von 2 wird nun ein typischer Aufbau eines Schrumpffutters 8 erläutert, das
in dem Schrumpfgerät 1 verarbeitbar
ist. Ein Schrumpffutter ist üblicherweise
aus einem geeigneten Stahlwerkstoff hergestellt und hat einen im
Beispiel kegelstumpfförmigen
Werkzeugaufnahmeabschnitt 35, in dem zentrisch eine Werkzeugaufnahmeöffnung bzw. Werkzeugaufnahmebohrung 36 eingebracht
ist, die zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes eines in die Aufnahmebohrung
einsetzbaren Werkzeuges (beispielsweise Werkzeuge 37 oder 38 in 4 bzw. 5)
einführbar
ist. Der Spanndurchmesser der Werkzeugaufnahmeöffnung ist zweckmäßig für eine Schafttoleranz
h6 ausgelegt, um ein problemloses Ausschrumpfen und Einschrumpfen
von Aufnahmeschäften
zu gewährleisten,
die ebenfalls eine Toleranz von h6 (Mittentoleranz) haben sollten.
Der Durchmesser der Werkzeugaufnahmeöffnung ist dabei so dimensioniert,
daß er
im kalten Zustand des Schrumpffutters geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
des einzuspannenden Werkzeugschaftes ist, jedoch bei Aufwärmung des
Werkzeugaufnahmeabschnittes auf Temperaturen von beispielsweise 200° bis 300° sich durch
Wärmeausdehnung
so stark erweitert, daß ein
Einführen
eines (kalten bzw. kühleren)
Werkzeugschaftes möglich
ist. Die Außenkontur des
Werkzeugaufnahmeabschnittes ist im an die vordere Mündung 40 der
Werkzeugaufnahmeöffnung anschließenden Abschnitt
kegelförmig
mit einem Kegelwinkel von 4,5°,
wobei jedoch der Durchmesser des Kegelstumpfabschnittes in Abhängigkeit
vom Durchmesser des aufzunehmenden Werkzeuges variieren kann. Typische
Werkzeugschaftdurchmesser liegen im Bereich zwischen ca. 6 mm und
ca. 25 bis 30 mm.
-
Am
gegenüberliegenden
Ende ist ein zur Aufnahme des Schrumpffutters in eine Maschinenspindel
eines Bearbeitungswerkzeuges ausgebildeter Einspannabschnitt 39 vorgesehen,
der im Beispiel als Hohlschaftkegel ausgebildet ist, bei anderen
Ausführungsformen
aber auch als Steilkegel oder Abschnitt mit anderen, beispielsweise
zylindrischen Formen und Dimensionen ausgebildet sein kann.
-
Das
Schrumpfgerät 1 ist
für eine
besonders effektive Kühlung
derartiger, ggf. unterschiedlich dimensionierter Schrumpffutter
ausgelegt. Die integrierte Kühleinrichtung
arbeitet mit flüssigem
Kühlmittel,
in der Regel Wasser mit Zusätzen,
und dient sowohl der Kühlung
der Schrumpffutteraufnahmen 10 bis 12, als auch
der Kühladapter 13 bis 15 und auch
der Induktionsspule 18, indem diese Teile an einen ggf.
geschlossenen Kühlmittelkreislauf
anschließbar
sind. Eine flüssigkeitsgekühlte Schrumpffutteraufnahmeeinrichtung
(2) umfaßt
ein mit umlaufenden Kühlmittelkanälen ausgestattetes,
hülsenförmiges Kühlaußenteil 45,
das in eine kreisrunde Aufnahmeöffnung
des Basisteiles 3 so einsetzbar ist, daß ein umlaufender Ringbund 46 auf
der Basisteiloberseite aufsetzt. Die in der Hülsenwandung umlaufenden Kühlmittelkanäle sind über in 1 gestrichelt
angedeutete Kühlmittelleitungen 47,
beispielsweise in Form flexibler Schläuche, an eine in 1 schematisch
angedeutete Wasserversorgung 48 angeschlossen. Das aus
gut wärmeleitendem
Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigte Kühlaußenteil 45 hat an
seiner Oberseite eine sich nach unten trichterförmig verjüngende, kegelstumpfförmige Aufnahmeöffnung 49,
in die auswechselbare, ebenfalls aus Aluminium gefertigte Wechseleinsätze 30 paßgenau einsetzbar
sind.
-
Ein
Wechseleinsatz 30 hat einen kegelstumpfförmigen Einführabschnitt 50,
der unter Flächenpassung
in die Aufnahmeöffnung 49 einführbar ist,
sowie einen nach außen
abragenden Ringbundabschnitt 51, der bei eingeführtem Wechseleinsatz auf
der Oberseite des Kühlaußenteils 45 aufliegt
und ggf. durch Schrauben auf diesem befestigbar ist. Im Wechseleinsatz 30 ist
eine sich nach unten verjüngende
Schrumpffutteraufnahmeöffnung 52 vorgesehen,
deren Innendimensionen den Außendimensionen
des Einspannabschnittes 39 so angepaßt sind, daß diese paßgenau in die Aufnahmeöffnung 52 einführbar ist.
Durch den großflächigen Berührungskontakt
der ineinanderschiebbaren Teile im Bereich der kegeligen Sitzflächen wird
eine gute Wärmeleitung zwischen
dem aktiv gekühlten
Kühlaußenteil 45 und dem
Einspannabschnitt 39 des Schrumpffutters möglich. Wenn
Schrumpffutter mit anderem Einspannabschnitt, beispielsweise Steilkegel,
verarbeitet werden sollen, so ist es lediglich erforderlich, den
Wechseleinsatz 30 gegen einen anderen Wechseleinsatz auszutauschen,
dessen Schrumpffutteraufnahmeöffnung
den Außenkonturen
des Steilkegels entsprechend angepaßt ist.
-
Die
Kühleinrichtung
dient auch der aktiven Wasserkühlung
der zum Abkühlen
der Werzeugaufnahmeabschnitte von Schrumpffuttern vorgesehene Kühladapter
(3). Ein Kühladapter
hat ein im wesentlichen hülsenförmiges Kühlaußenteil 55,
in dessen Wandung Kühlmittelkanäle verlaufen,
die über
in 1 gestrichelt angedeutete Kühlmittelleitungen 56 in
Form flexibler Kunststoffschläuche
an die Wasserversorgung 48 angeschlossen sind. Eine sich
nach unten kegelförmig
erweiternde Aufnahmeöffnung 57 im
Inneren des Kühlaußenteiles
dient der Aufnahme auswechselbarer Wechseleinsätze 28, die von unten in
das Kühlaußenteil
einführbar
sind und eine generell konische Außenfläche haben, die mit flächigem Berührungskontakt
an die Innenseite der Aufnahmeöffnung 57 anpreßbar ist.
Am oberen Ende des in Form einer geschlitzten Kegelstumpfhülse ausgebildeten
Wechseleinsatzes ist eine umlaufende Ringnut 58 vorgesehen,
in die bei in das Kühlaußenteil
eingesetztem Wechseleinsatz ein am Kühlaußenteil 55 vorgesehenes
Verriegelungsglied einrastet, das durch Betätigung eines am Außenumfang
des Kühlaußenteiles
vorgesehenen Schiebers 59 zur Freigabe des Wechseleinsatzes
aus dem Kühlaußenteil
betätigbar
ist.
-
Im
Wechseleinsatz 28 ist eine sich nach unten erweiternde,
konische Aufnahmeöffnung 60 ausgebildet,
deren Konuswinkel von ca. 4,5° im
wesentlichen dem Konuswinkel des Werkzeugaufnahmeabschnittes des
Schrumpffutters entspricht, auf den der Kühladapter bzw. der Wechseleinsatz
von oben aufsetzbar ist. Durch die Längsschlitze entstehen am Wechseleinsatz
zwischen den Längsschlitzen
sechs federelastische Zungen 61, die im Bereich der Ringnut
fest miteinander verbunden sind und nach unten gerichtete freie
Enden haben, so daß die
von den Federzungen eingeschlossene bzw. begrenzte Aufnahmeöffnung 60 geringfügig elastisch
aufweitbar ist.
-
Beim
Einsetzen eines Wechseleinsatzes 28 in das Kühlaußenteil
rastet die Verriegelungseinrichtung ein und hält den Wechseleinsatz im Kühlaußenteil
fest, wobei jedoch ein geringfügiges
Bewegungsspiel möglich
ist. Wird nun der Kühladapter
auf ein Schrumpffutter aufgesetzt, so stülpt sich zunächst die noch
geringfügig
bewegliche Hülse über den
Werkzeugaufnahmeabschnitt, bis die Innenseiten der Zungen 61 großflächig auf der äußeren Konusfläche des Werkzeugaufnahmeabschnitts
aufsitzen. Bei weiterer Absenkung des Kühlaußenteils relativ zum Wechseleinsatz
werden die Zungen 61 nach Art eines Spannfutters durch
den Kühlaußenteil
in festen Berührungskontakt
mit dem Schrumpffutter gepreßt,
so daß der
Kühladapter
fest auf dem Schrumpffutter aufsitzt und eine gute Wärmeleitung
zwischen Werkzeugaufnahmeabschnitt und dem aktiv gekühlten Kühlaußenteil 45 durch
die aus gut wärmeleitendem Metall,
beispielsweise Aluminium bestehende Wechselhülse 28 besteht. Nach
erfolgter Abkühlung
wird der Kühladapter
vom Schrumpffutter abgehoben, wobei sich zunächst das Kühlaußenteil geringfügig nach oben
vom Wechseleinsatz abhebt und dadurch die Federzungen 61 vom
Außendruck
entlastet, so daß sich
die Aufnahmeöffnung 60 erweitern
kann und ein problemloses Abheben des Kühladapters vom Schrumpffutter
möglich
ist. Ohne diese zweckmäßige Aufweitung
der Aufnahmeöffnung 60 könnte es
bei den spitzkegeligen Werkzeugaufnahmeabschnitten aufgrund von
Selbsthemmung dazu kommen, daß ein
mit flächigem
Paßkontakt
aufgesetzter Kühladapter
nicht oder nur mit Hilfe größerer Zugkräfte vom Schrumpffutter
abziehbar ist.
-
Anhand
der 4 und 5 wird nun die Induktionsspuleneinheit 17 näher erläutert. Bei
dieser ist in einem aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff bestehenden
Gehäuse 65 ein
Erwärmerteil
untergebracht, das für
die Erwärmung
eines einzelnen Schrumpffutters mit maximalem Außendurchmesser von ca. 53 mm
ausgelegt ist. Es umfaßt
im wesentlichen die Induktionsspule bzw. den Induktor 18 sowie einen
Schwingkreiskondensator, die über
durch den Kabelschlepp 26 geführte Leitungen an dem im Unterschrank
untergebrachten Hochfrequenzgenerator bzw. an die Wasserversorgung
angeschlossen sind und zusammen einen Parallel-Schwingkreis bilden. Der
Induktor besteht aus einer wassergekühlten Spule 17 aus
Kupferrohr, die zur elektrischen Isolierung mit Trafolack beschichtet
ist, einen lichten Innendurchmesser von ca. 65 mm und eine axiale
Spulenlänge
von ca. 50 mm hat. Der Induktor ist mit dem wassergekühlten Schwingkreiskondensator
zu einer Einheit zusammengeschraubt, die mit einem Kühlwasservorlauf
und -rücklauf
versehen ist.
-
Die
Spule 18 sitzt in einem nach unten offenen Innenraum des
Gehäuses 65,
der nach oben mittels einer wegnehmbare Abdeckplatte 66 abgeschlossen
ist, die koaxial mit der Zentralachse 19 der Spule eine
sich nach oben konisch erweiternde Werkzeugdurchführöffnung 67 aufweist.
Unterhalb der oberen Gehäuseabdeckung 66 ragt
ein Flachschieber 68 in den Bereich oberhalb der Induktionsspule 18.
Der senkrecht zur Spulenachse verschiebbare Schieber aus elektrisch
nicht leitendem Material hat im Bereich der Spulenachse 19 eine
stufenzylindrische Aufnahmeöffnung 69,
in die auswechselbare Scheiben 70 einlegbar sind. Eine
Einlegescheibe 70 hat einen Zylinderrohrabschnitt 71 mit
einem Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
des größten ein-
bzw. auszuspannenden Werkzeuges sowie einen nach außen abragenden
Ringbundabschnitt 72, mit dem die Scheibe in der stufenzylindrischen
Aufnahmeöffnung 69 so aufliegt,
daß die
Oberseite der Scheibe an der Unterseite der oberen Abdeckung 66 anliegt.
-
Der
Flachschieber 68 und die von ihm getragene auswechselbare
Scheibe 70 sind wesentliche Elemente einer automatischen
Positioniereinrichtung, durch die auf vollmechanischem Wege sichergestellt
wird, daß unabhängig vom
Schrumpffutterdurchmesser ein Einspannabschnitt des Schrumpffutters
bei Absenken der Induktionseinheit in Richtung Arbeitsposition in
einer optimalen Axialposition bzgl. der Induktionsspule liegt, wobei
in der optimalen Arbeitsposition ein mündungsnaher Abschnitt des Werkzeugaufnahmeabschnittes
auf Höhe
der axialen Spulenmitte liegt bzw. die Mündungs-Stirnseite 73 des
Schrumpffutters geringfügig
oberhalb der Spulenmitte liegt. Dies wird durch mechanischen Anschlag
der Mündungsstirnseite
eines Schrumpffutters an die als Anschlagscheibe dienende Scheibe 70 gewährleistet.
Diese wird mittels des Schiebers 68 bei Wekrzeugen mit
großem
Durchmesser (4) in eine zentrische Position
gestellt, so daß die
die Werkzeugaufnahmeöffnung
umgebende Stirnseite des Schrumpffutters ringförmig an die Unterseite des
Zylinderabschnittes 71 der Anschlagscheibe 70 trifft.
Ist dagegen der Schrumpffutterdurchmesser im Bereich der Mündungsstirnseite 73 kleiner
als der Innendurchmesser der Anschlagscheibe 70, so würde bei zentrischer
Position der Anschlagscheibe das Schrumpffutter teilweise von unten
in die Anschlagscheibe eindringen und dadurch in Bezug auf die Induktionsspule
höher liegen
als bei der optimalen Arbeitsposition. Daher wird bei Schrumpffuttern
mit kleinerem Durchmesser die Anschlagscheibe 70 mittels des
Schiebers 68 in die in 5 gezeigte
exzentrische Position verschoben, so daß nur noch ein Teilringabschnitt
der Scheibe 70 als Axialanschlag für das Schrumpffutter dient.
-
Die
Anschlagscheibe 70 ist zweckmäßig aus einem elektrisch nicht
leitenden, wärmefesten
und anschlagsdämpfenden
Material gefertigt, beispielsweise aus einem asbestfreien, durch
Kautschuk und Spezialharz gebundenen Reibmaterial ohne Metallbeimischung,
wie es auch für
Brems- und Kupplungsbeläge
verwendbar ist. Durch das metallfreie Material wird auch der Feldverlauf
des von der Spule erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes nicht
beeinflußt.
-
In
Fällen,
bei denen eine Beeinflussung des Induktionsfeldverlaufes erwünscht ist,
beispielsweise beim Schrumpfen von HSS- oder Stahlwerkzeugen mit
einem Schaftdurchmesser von weniger als 16 mm, kann anstatt der
nichtleitenden Scheibe 70 auch ein das Induktionsfeld beeinflussendes,
aus elektrisch leitendem und/oder magnetisierbarem Material bestehendes
Element, beispielsweise aus Ferrit, eingesetzt werden, das die Funktion
eines Feldkonzentrators übernimmt,
um die induktiv eingebrachte Heizleistung auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt des
Schrumpffutters zu konzentrieren.
-
Der
im Unterschrank 2 untergebrachte, für eine feste Nennleistung von
8 kW bei Arbeitsfrequenzen bis maximal ca. 60 kHz ausgelegte, wassergekühlte Hochfrequenzgenerator
hat eingangsseitig einen Netzfilter und arbeitet im Leistungsteil
mit einem Gleichrichter und einem anschließenden Wechselrichter, die
beide wassergekühlt
sind, wobei der Kühlwasserdurchfluß mittels
eines Durchflußtrichters
und die Temperatur der Teile mit einem Temperaturwächter überwacht
werden. Zwischen Leistungsteil und Generatorausgang ist ein mittels
Ventilator luftgekühlter
Ferritkern-Übertrager
vorgesehen. Die mit den Bedienfeldelementen verbundene, elektronische Steuerung
des Generators umfaßt
einen Mikroprozessor, der auch sämtliche
Steuerfunktionen des Schrumpfgerätes übernimmt.
Die Bedienung erfolgt über
Bedientasten des Bedienfeldes 4, wobei die mit den Tasten
eingestellten Funktionen auf dem Display angezeigt werden. In der
Steuereinheit sind verschiedene, voreingestellte Programmabläufe gespeichert, die
die optimalen Geräteeinstellungen
zum Einschrumpfen bzw. Ausschrumpfen bei verschiedenen Werkzeug-
und Spannfutterdurchmessern umfassen. Eine z. B. durch zweifaches
kurzzeitiges Drücken
einer Taste einleitbare Nachheizfunktion kann dazu genutzt werden,
im Bedarfsfalle nochmals über
eine fest einprogrammierte Zeit von z. B. 2 bis 4 Sekunden nachzuerwärmen, um
beispielsweise ein Spannfutter für
die Entnahme eines Werkzeuges noch zu erweitern.
-
Die
Generatorsteuerung erlaubt eine automatische Erkennung des Typs
eines in den Wirkbereich der Induktionsspule gelangenden Schrumpffutters
und eine davon abhängige
automatische Anpassung des Generatorbetriebes derart, daß eine optimale
Einkopplung der induktiven Heizenergie in das Schrumpffutter gegeben
ist. Hierzu ist vorgesehen, daß die
Generatorelektronik mit mehreren, beispielsweise zwei oder drei
unterschiedlichen, fest voreingestellten Ausgangsspannungen arbeiten
kann. Dadurch wird es möglich,
daß für alle im
vorgesehenen Durchmesserbereich vorkommenden Futterdurchmesser bzw.
Werkzeugdurchmesser mit einer einzigen Induktionsspule gearbeitet
werden kann. Ein Induktorwechsel ist dadurch entbehrlich. Die Elektronik erkennt
als Antwort auf eine entsprechende Ankopplung zwischen Induktor
und Schrumpffutter, ob sich ein Futterdurchmesser unterhalb eines
vorgegebenen Durchmessers im Induktor befindet und bewirkt ggf.
eine vollautomatische Umschaltung auf eine höhere Ausgangsspannung, mit
welcher die Leistung wieder auf die Nennleistung angehoben werden kann.
Diese automatische Anpassung macht das Ein- und Ausschrumpfen von
kleineren Futterdurchmessern erheblich schneller und ist besonders
vorteilhaft für
das Ausschrumpfen von Stahlwerkzeugen mit kleineren Durchmessern.
-
Mit
Hilfe des erläuterten
Mehrstationen-Schrumpfgerätes
können
im Dauerbetrieb große Stückzahlen
von Werkzeugen ein- bzw.
ausgespannt werden, wobei pro Schrumpfvorgang typische Zykluszeiten
zwischen ca. einer halben und einer Minute erreichbar sind. Dabei
kann wie folgt verfahren werden. Zunächst wird ein Schrumpffutter,
beispielsweise Schrumpffutter 8, in eine mit einem entsprechend
angepaßten
Wechseleinsatz 30 versehene Schrumpffutteraufnahme 10 einer
Arbeitsstation 5 von oben eingesetzt. Vorher oder nachher
wird die spulentragende Säule 16 mit
Hilfe des Bedienhebels 22 so verschwenkt und eingerastet,
daß die
Induktionsspule in oberer Grundstellung über dem Schrumpffutter sitzt.
Anschließend
werden über
entsprechende Tasten des Bedienfeldes 4 der Werkstofftyp
des einzuspannenden Werkzeuges (z. B. HSS oder Hartmetall) sowie
der zugehörige
Werkzeugdurchmesser bzw. Durchmesserbereich (z. B. kleiner als ein
Durchmessergrenzwert oder größer als
ein Durchmessergrenzwert) eingegeben. In Abhängigkeit von dieser Eingabe
wird der Schieber 68 der Positioniereinrichtung automatisch
so eingestellt, daß die
Anschlagscheibe 70 entweder zentrisch zur Spulenachse (bei
großen
Durchmessern, 4) oder exzentrisch zur Spulenachse
(bei kleinen Werkzeug- bzw. Schrumpffutterdurchmessern, 5)
angeordnet ist.
-
Nach
Drücken
einer Starttaste senkt sich die Induktionseinheit 17, über den
Elektromotor 23 angetrieben, auf das zu erwärmende Schrumpffutter
ab, bis die Anschlagsscheibe 70 auf der Mündungsstirnseite 73 des
Schrumpffutters aufsitzt, wodurch der Absenkantrieb automatisch
abgeschaltet wird. Dann beginnt automatisch der Heizbetrieb, bei
dem die Induktionsspule zunächst
bei der niedrigsten der voreingestellten Spannungsstufen und fester
Frequenz mit Strom beaufschlagt wird. Die vom Schrumpffutter aufgenommene
Leistung wird über
den Generatorstrom überwacht.
Liegt die abgezapfte Leistung unter einem Schwellenwert, so wird
automatisch in die nächst
höhere
Spannung geschaltet, bis eine Ausgangsspannung erreicht ist, die
eine optimale Leistungsabnahme sicherstellt. Der Aufheizvorgang
ist auf diese Weise nach typischerweise drei bis sechs Sekunden
so weit fortgeschritten, daß durch
die Werkzeugdurchführöffnung 67 und
den Anschlagring 70 ein Werkzeug in die thermisch erweiterte
Werkzeugaufnahmeöffnung
des Schrumpffutters einführbar
ist. Sobald das Werkzeug eingeführt
ist, wird der Heizvorgang automatisch beendet und die Induktionsspule
fährt automatisch
in die obere Grundstellung zurück.
-
Während des
gesamten Aufheizvorganges bleibt der fest in der wassergekühlten Schrumpffutteraufnahme
sitzende Einspann-Normkegel
des Schrumpffutters im wesentlichen bei der typischerweise im Bereich
zwischen 15°C
und 20°C
liegenden Temperatur der Schrumpffutteraufnahme. Zur schnellen Abkühlung des
konischen Wekrzeugaufnahmeabschnittes wird der am Ende flexibler Schlauchleitungen 56 angebrachte
und damit begrenzt frei bewegliche Kühladapter 13 per Hand
auf das Schrumpffutter aufgesetzt, wobei die geschlitzte Innenhülse durch
das gegenüber
dieser bewegliche Kühlaußenteil
zur Verbesserung des Wärmeüberganges
zwischen Kühladapter
und Schrumpffutter fest auf dem Werkzeugaufnahmeabschnitt aufgepreßt wird.
-
Während nun
das fertig gestellte Werkzeug in der ersten Arbeitsstation 5 bis
auf eine für
eine manuelle Handhabung des Schrumpffutters geeignete Temperatur
wassergekühlt
abkühlt,
kann schon in der danebenliegenden zweiten Arbeitsstation 6 ein entsprechender
Schrumpfvorgang eingeleitet und durchgeführt werden. Falls hierzu anders
dimensionierte Schrumpffutteraufnahmen und/oder Kühladapter
erforderlich sind, können
diese Teile durch entsprechende Auswechslung der Wechseleinsätze an die
Form des zu verarbeitenden Schrumpffutters angepaßt werden.
Da die induktive Erwärmung
des in der zweiten Arbeitsstation aufgenommenen Schrumpffutters
durchführbar
ist, während
das in der ersten Arbeitsstation aufgenommene Futter abkühlt, können Schrumpfzyklen
(Erwärmen,
Werkzeugeinführung
bzw. Entnahme, Abkühlung)
bei dieser Schrumpfvorrichtung einander überlappend durchgeführt werden,
wobei in keinem Fall ein noch heißes Schrumpffutter vom Bediener
bewegt werden muß. Es
ist also ein sehr bedienerfreundlich und ergonomisch aufgebauter
Schrumpfarbeitsplatz geschaffen, dessen Teile sich auch im Dauerbetrieb
bei hohem Werkzeugdurchsatz nicht erwärmen, da alle in Wärmeleitungskontakt
mit den Schrumpffuttern kommenden Teile wassergekühlt sind.
Dabei ist nur eine einzige Induktionsspule 18 für alle Schrumpfdurchmesser
im Bereich von beispielsweise zwischen 6 mm und 25 mm bis ca. 32
mm Durchmesser notwendig, wobei diese Spule durch Verschwenkung
des Induktionsturmes jeweils zur nächsten Arbeitsstation gebracht
werden kann, so daß eine
Bewegung heißer Schrumpffutter
nicht erforderlich ist.
-
Ein
nicht bildlich dargestelltes Schrumpfgerät mit einfacherem Aufbau verzichtet
auf die motorische Vertikalverschiebung der Induktionsspuleneinheit.
Stattdessen ist ein mit der Induktionsspuleneinheit verbundener,
nach vorne ragender Handgriff vorgesehen, an dem sich ein Druckknopf
befindet, der auf eine Halteeinrichtung wirkt, mit der die Induktionsspuleneinheit
auf beliebigen Höhen
der Vertikalführung 25 festklemmbar
ist. Beim Drücken
des Knopfes wird die Spuleneinheit zur Vertikalverschiebung freigegeben
und hält
bei Freigabe des Knopfes in der eingestellten Höhenposition fest. Durch ein
mit der Induktionsspuleneinheit über
ein rollengeführtes Seil
gekoppeltes Gegengewicht ist eine leichte Vertikalverschiebung ohne
besonderen Kraftaufwand möglich.
Es ist auch möglich,
anstatt der gezeigten drei Arbeitsstationen mehr als drei oder weniger
als drei, beispielsweise zwei oder auch nur eine Arbeitsstation
vorzusehen. Bei einfachen Geräten
kann ggf. auch auf eine Wasserkühlung
der Schrumpffutteraufnahme einer Arbeitsstation verzichtet werden.
Wenn schnelle Abkühlzeiten
nicht erforderlich sind, kann ggf. auf die gesamte den Arbeitsstationen
zugeordnete Kühleinrichtung
inklusive der Kühladapter 13, 14, 15 verzichtet
werden.
-
Es
ist auch möglich,
anstatt der beschriebenen integrierten Kühleinrichtung eine separate
Kühleinrichtung
vorzusehen, bei der z. B. die ggf. mit einem Kühlaggregat ausgestattete Wasserversorgung 48 in
einem eigenen Gehäuse
untergebracht ist, wobei an die Wasserversorgung ein oder mehrere
Kühladapter
der beschriebenen Art mittels flexibler Schlauchleitungen o. dgl.
angeschlossen sind. Eine derartige, gesonderte Kühleinrichtung kann neben einem
Schrumpfgerät
ohne Kühleinrichtung
aufgestellt werden, um mit Hilfe der gut handhabbaren, flüssigkeitsgekühlten Kühladapter
die mittels des Schrumpfgerätes
induktiv oder auf andere Weise, beispielsweise mittels Heißluft, aufgeheizten Schrumpffutter
schnell und wirksam abzukühlen.
Zu der separaten Kühleinrichtung
können
ggf. auch an einem beliebigen Schrumpfgerät anbringbare, wassergekühlte Schrumpffutteraufnahmen
gehören,
wie sie anhand der 1 und 2 hier beispielhaft
beschrieben wurden.