DE10025007A1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von WerkzeugenInfo
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Abstract
Ein Schrumpfgerät (1) zum thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen in Schrumpffuttern hat eine vorzugsweise induktiv arbeitende Erwärmungseinrichtung (17) zur Erwärmung von Werkzeugaufnahmeabschnitten von Schrumpffuttern sowie eine Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung der erwärmten Schrumpffutter. Das Gerät hat mehrere, insbesondere drei Arbeitsstationen (5, 6, 7), wobei in jeder Arbeitsstation sowohl eine Erwärmung des Schrumpffutters als auch eine aktive Kühlung des aufgenommenen Schrumpffutters möglich ist. Durch Verschwenkung einer die Erwärmungseinrichtung tragenden Säule (16) kann zwischen den Arbeitsstationen gewechselt werden. Mit der Schrumpfvorrichtung ist es möglich, im Dauerbetrieb große Stückzahlen von Werkzeugen in Schrumpftechnik zu verarbeiten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen in
Schrumpffuttern.
Die Schrumpftechnik ist ein bekanntes Verfahren zur Herstel
lung hochgeschwindigkeitstauglicher Werkzeuge für die mate
rialabtragende 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 Ab
schnitt des Werkzeugaufnahmeabschnittes so stark erwärmt, daß
sich durch thermische Ausdehnung die Werkzeugaufnahmeöffnung
so stark aufweitet, daß der Werkzeugschaft eines einzusetzen
den Werkzeuges einführbar ist. Nach Einführen des Werkzeug
schaftes wird der Abschnitt derart abgekühlt, daß das Werk
zeug in der durch die Abkühlung geschrumpften Werkzeugaufnah
meöffnung reibschlüssig gehalten wird. Dadurch entstehen
Werkzeuge fast wie aus einem Stück, wobei die Verbindung
zwischen Schrumpffutter und eingesetztem Werkzeug jederzeit
durch Ausschrumpfen wieder lösbar ist, indem der Werkzeugauf
nahmeabschnitt so stark erwärmt wird, daß das eingesetzte
Werkzeug aus der sich thermisch erweiternden Werkzeugaufnah
meöffnung 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 Aus
schrumpfen 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 Zeit
einheit zu handhaben sind.
Während das Einschrumpfen und insbesondere das Ausschrumpfen
von Hartmetallwerkzeugen mittels Heißluftgeräten aufgrund der
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkzeug
materials und des Schrumpffuttermaterials in der Regel
unproblematisch ist, können bei Werkzeugen mit HSS- und
Stahlschäften insbesondere beim Ausschrumpfen Probleme
auftreten, da in diesem Fall das Wärmeausdehnungsverhalten
von Werkzeugmaterial und Futtermaterial ähnlich ist und bei
langsamer Aufwärmung sich der Werkzeugschaft in der sich
erweiternden Werkzeugaufnahmeöffnung ebenfalls so weit
vergrößern kann, daß das Werkzeug durch die sich erweiternde
Aufnahmeöffnung weiterhin festgehalten wird und nicht oder
nur mit Gewalt entfernt werden kann.
Zur Vermeidung dieser Probleme ist es schon vorgeschlagen
worden, die Schrumpffutter beim thermischen Spannen und
Entspannen induktiv zu erwärmen. Der Vorgang der Energie
einbringung mittels einer das Schrumpffutter umgebenden
Induktionsspule kann dabei so schnell ablaufen, daß eine
Temperaturerhöhung eingeschrumpfter Werkzeuge durch Wärmelei
tung nur in geringem Umfang stattfinden kann. Dies ermöglicht
neben dem Ausschrumpfen von Hartmetallwerkzeugen zuverlässig
auch das Ausschrumpfen von Werkzeugen, die im wesentlichen
das gleiche Temperaturausdehnungsverhalten zeigen wie das
Material des typischerweise aus Stahl bestehenden Schrumpf
futters.
Ein bekanntes, induktives Schrumpfgerät ist als Tischgerät
konzipiert und hat ein auf einen Tisch aufstellbares, kasten
förmiges 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 Werkzeug
durchmesser 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 Arbeits
fläche geblasen werden kann. Auf der Arbeitsfläche sind neben
der unterhalb der Spule angeordneten Arbeitsstation mehrere
kreisförmige, von unten durchblasbare Kühlstationen gebildet.
Zum Schrumpfen wird ein Schrumpffutter in eine transportable
Spannfutteraufnahmehülse gesteckt, die mit radialen Kühl
rippen 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 durchge
führt. 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 Abkühlung kann
eine den Werkzeugaufnahmeabschnitt umschließende, gesonderte
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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von
Werkzeugen in Schrumpffuttern zu schaffen, die ein entspann
tes und ermüdungsarmes Arbeiten beim Schrumpfen ermöglichen,
insbesondere auch bei der Verarbeitung größerer Stückzahlen
im Dauerbetrieb.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren
mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit
den Merkmalen von Anspruch 9 vor. Bevorzugte Weiterbildung
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut
sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der
Beschreibung gemacht.
Beim erfindungsgemäßen thermischen Spannen oder Entspannen
von Werkzeugen in Schrumpffuttern erfolgt also zunächst eine
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnittes eines in einer
ersten Arbeitsstation eines Schrumpfgerätes aufgenommenen
ersten Schrumpffutters. Danach wird beim Einschrumpfen der
Werkzeugschaft eines einzuschrumpfenden Werkzeuges in die
Werkzeugaufnahmeöffnung eingeführt bzw. es wird beim Aus
schrumpfen ein eingeschrumpftes Werkzeug entfernt. Auch ein
Werkzeugteilwechsel, d. h. die Entnahme eines Werkzeugteils
und direkt folgend die Einführung eines anderen Werkzeug
teils, ist bei erweiterter Werkzeugaufnahmeöffnung möglich.
Danach erfolgt eine aktive Kühlung des erwärmten Werkzeug
aufnahmeabschnittes des ersten Schrumpffutters in der ersten
Arbeitsstation. Weiterhin wird eine Erwärmung des Werkzeug
aufnahmeabschnittes eines zweiten Schrumpffutters durchge
führt, das in einer von der ersten Arbeitsstation gesonderten
zweiten Arbeitsstation aufgenommen ist.
Es sind also mehrere, d. h. mindestens zwei Arbeitsstationen
vorgesehen, an denen sowohl eine Aufheizung des Werkzeugauf
nahmeabschnittes, als auch eine aktive Abkühlung desselben
durchgeführt werden kann, wobei die Abkühlung zweckmäßig so
lange dauert, bis der Werkzeugaufnahmeabschnitt eine für die
manuelle Handhabung des Schrumpffutters geeignete, ungefähr
liche Temperatur von z. B. weniger als 40°C oder 30°C erreicht
hat. Die Bereitstellung von mehreren, beispielsweise zwei,
drei oder vier Arbeitsstationen ermöglicht eine gegenüber
bekannten Lösungen deutlich verbesserte Werkzeuglogistik
sowie eine verbesserte, für einen Bediener wesentlich ange
nehmere Handhabung, da es auch bei einem angestrebten, hohen
Werkzeugdurchsatz nicht mehr erforderlich ist, ein noch
warmes und damit schlecht manuell handhabbares Werkzeug von
einer Arbeitsstation wegzunehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere auch
ein weitgehend paralleles bzw. nur wenig zeitversetztes
Arbeiten mit mehreren Schrumpffuttern, da die Erwärmung des
in der zweiten Arbeitsstation aufgenommenen Schrumpffutters
mindestens teilweise schon während der Abkühlung des in der
ersten Station aufgenommenen ersten Schrumpffutters erfolgen
kann. Hierdurch sind besonders hohe Durchsatzleistungen
möglich. Es können mehrere Schrumpfzyklen (Erwärmung, Einfüh
rung und/oder Entnahme eines Werkzeuges, Abkühlung bis auf
Handhabungstemperatur) weitgehend parallel bzw. nur gering
gegeneinander zeitversetzt und einander zeitlich überlappend
durchgeführt werden.
Im Hinblick darauf, daß in der Regel die Dauer eines
Schrumpfzyklus wesentlich von der Abkühlzeit bestimmt wird,
wird bei bevorzugten Varianten die Abkühlung mit Hilfe einer
Flüssigkeitskühlung beschleunigt, die besonders wirksam Wärme
vom Werkzeugaufnahmeabschnitt abführen kann. Hierzu kann
jeder Arbeitsstation ein mit Kühlflüssigkeit durchströmbarer
Kühladapter zugeordnet sein, der nach Ende der Aufheizung auf
den Werkzeugaufnahmeabschnitt mit großflächigem Berührungs
kontakt aufstülpbar ist und dadurch die Wärme schnell, z. B.
innerhalb von ca. einer Minute aus dem aufgeheizten Werk
zeugaufnahmeabschnitt abzieht. Zweckmäßig ist auch eine der
Arbeitsstation zugeordnete Schrumpffutteraufnahme, in die
das Schrumpffutter für den Spannvorgang eingesetzt wird,
flüssigkeitskühlbar, um eine Erwärmung der nicht für die
Einspannung genutzten Teile des Schrumpffutters sowie eine
Erwärmung der gesamten Schrumpfeinrichtung im Bereich der
Arbeitsstation zu verhindern.
Obwohl jede geeignete Art der Schrumpffuttererwärmung möglich
ist, beispielsweise mittels Heißluft, ist bei bevorzugten
Ausführungsformen eine induktive Erwärmung vorgesehen, die
eine besonders schnelle Aufheizung des Werkzeugaufnahmeab
schnitts von außen ermöglicht und damit insbesondere das
Ausschrumpfen von Werkzeugen erleichtert, deren Wärmeausdeh
nungsverhalten im wesentlichen demjenigen des Schrumpffutters
entspricht. Obwohl mehrere Induktionsspulen vorgesehen sein
können, ist vorzugsweise nur eine einzige Induktionsspule
zur Bedienung aller Arbeitsstationen vorgesehen, wobei zum
Wechsel zwischen Arbeitsstationen die Induktionsspule und die
Arbeitsstationen relativ zueinander bewegt werden können. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Arbeitsstationen
ortsfest auf einem Kreisbogen angeordnet und die Induktions
spule ist um eine vertikale Schwenkachse im Zentrum des
Kreisbogens verschwenkbar gelagert, so daß sie jeweils durch
Drehung oberhalb einer Arbeitsstation anordenbar und zur
Durchführung des Schrumpfvorganges vertikal auf ein Schrumpf
futter in eine Arbeitsposition abgesenkt bzw. nach Beendigung
nach oben in eine Grundposition zurückgefahren werden kann.
Zur Beschleunigung der einzelnen Schrumpfzyklen und zur
Sicherstellung, daß für jeden Typ von Schrumpffutter (großer
Spanndurchmesser bzw. kleiner Spanndurchmesser) eine für die
Aufheizung geeignete Leistung induktiv übertragen werden
kann, wird bei bevorzugten Ausführungsformen mittels einer
automatischen Futtererkennungseinrichtung der Typ des aufzu
heizenden Schrumpffutters automatisch erkannt und die Lei
stung der Induktionsspule wird in Abhängigkeit vom erkannten
Typ angepaßt bzw. gesteuert. Hierzu wird zweckmäßig die an
der Induktionsspule anliegende Betriebsspannung jeweils
ausgehend von der niedrigsten voreingestellten Spannung
stufenweise so lange erhöht, bis anhand des vom Generator
gezogenen Stromes erkennbar ist, daß eine ausreichende
Heizleistung bereitgestellt wird.
Weiterhin kann zur Optimierung der induktiven Wärmeeinbrin
gung mittels einer vorzugsweise mechanischen, automatischen
Positioniereinrichtung eine automatische axiale Positionie
rung der Induktionsspule beim Absenken auf das jeweilige
Schrumpffutter durchgeführt werden. Dabei wird zweckmäßig
mittels eines verstellbaren Anschlages sichergestellt, daß
die sich senkende Induktionsspule auf einem Höhenniveau
anhält, bei dem das von der Induktionsspule erzeugte elektro
magnetische Wechselfeld optimal in den zur Werkzeugspannung
genutzten Abschnitt der Werkzeugaufnahmeöffnung bzw. des
Schrumpffutters einkoppelt.
Dadurch wird ein weitgehend automatisierter Ablauf eines
Schrumpfvorganges möglich, nachdem über ein Bedienfeld einige
die Schrumpfpaarung charakterisierende Parameter, beispiels
weise der Durchmesser bzw. Durchmesserbereich und das Mate
rial des einzuschrumpfenden Werkzeuges eingegeben sind. Ein
mikroprozessorgesteuerter Zyklus kann dann eine motorische
Absenkung der Induktionsspule, aus einer Grundstellung in
Richtung Schrumpffutter, eine anschließende automatische
Positionierung zur Festlegung der richtigen Axialposition in
Bezug auf das Schrumpffutter, eine automatische Erkennung des
Schrumpffuttertypes über die vom Schrumpffutter abgezogene
Leistung, eine über entsprechende vorprogrammierte Werte für
Heizzeit und Leistung durchgeführte automatische Erwärmung
des Schrumpffutters und ggf. nach Einführen und/oder Entfer
nen eines Werkzeuges ein automatisches Hochfahren der Induk
tionsspule zurück in die Grundposition umfassen. Während
dieses automatischen Ablaufes kann ein Bediener schon die
nächste Arbeitsstation für einen Schrumpfvorgang vorbereiten.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei
die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu
mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh
rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schrägperspektivische, schematische
Ansicht einer Ausführungsform einer induktiven
Schrumpfvorrichtung mit drei Arbeitsstationen,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung von Teilen
einer wasserkühlbaren Schrumpffutteraufnahme
für eine Arbeitsstation der in Fig. 1 gezeig
ten Vorrichtung zusammen mit einem darin
aufnehmbaren Schrumpffutter,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von Teilen eines
einer Arbeitsstation zugeordneten, wasserge
kühlten Kühladapters zusammen mit einem durch
den Kühladapter kühlbaren Schrumpffutter,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch die Induktionsspuleneinheit
der in Fig. 1 gezeigten Vorrich
tung in einer Konfiguration, die für die
Aufheizung von Schrumpffuttern für Werkzeuge
mit großem Durchmesser geeignet ist, und
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch die Induktions
spuleneinheit der in Fig. 1 gezeigten Vorrich
tung in einer Konfiguration, die für die
Aufheizung von Schrumpffuttern für Werkzeuge
mit kleinem Durchmesser geeignet ist.
In Fig. 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 Bearbei
tungswerkzeugen in kurzer Folge mittels Schrumpftechnik zu
spannen oder zu entspannen, um beispielsweise einen vollwer
tigen 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 torten
stückförmiges, 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 Schrumpf
gerätes 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 Fig. 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 Bediener
sicht vor der zugeordneten Arbeitsstation in einer kreis
förmigen Ausnahmeöffnung an der Basisteiloberseite abgestellt
sind. Aufbau und Funktion der Kühladapter werden in Zusammen
hang mit Fig. 3 näher erläutert.
Über dem Basisteil erhebt sich, aus Bedienersicht hinter den
Arbeitsstationen, eine allseitig verkleidete Säule 16, von
deren bedienerzugewandter Vorderseite eine Induktionsspulen
einheit 17 mit einer wassergekühlten Induktionsspule 18
(Fig. 4, 5) horizontal so abragt, daß die vertikale
Zentralachse 19 der Spule mit dem Kreisbogen 20 zusammen
fällt, der die vertikalen Zentralachsen der Arbeitsstationen
5, 6, 7 verbindet. Die Säule 16 ist um eine vertikale Säulen
schwenkachse 21 schwenkbar gelagert und kann mit Hilfe eines
an der Vorderseite des Basisteiles herausragenden Bedien
hebels 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 Fig. 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 untergebrach
ten Generator sind in einem flexiblen Kabelschlepp 26 ge
schützt 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 unterschied
lich dimensionierter Wechseleinsätze 28 für die Kühladapter
vorgesehen, deren Aufbau und Funktion in Zusammenhang mit
Fig. 3 näher erläutert wird. Eine seitliche Schublade 30 kann
beispielsweise dazu genutzt werden, die im Zusammenhang mit
Fig. 2 näher erläuterten Wechseleinsätze 30 für die Schrumpf
futteraufnahmen der Arbeitsstationen 5, 6, 7 und/oder weitere
beim Schrumpfen eventuell benötigte Teile, wie Werkzeuge o. dgl.
aufzubewahren.
Anhand von Fig. 2 wird nun ein typischer Aufbau eines Schrum
pffutters 8 erläutert, das in dem Schrumpfgerät 1 verarbeit
bar ist. Ein Schrumpffutter ist üblicherweise aus einem
geeigneten Stahlwerkstoff hergestellt und hat einen im
Beispiel kegelstumpfförmigen Werkzeugaufnahmeabschnitt 35 in
dem zentrisch eine Werkzeugaufnahmeöffnung bzw. Werkzeugauf
nahmebohrung 36 eingebracht ist, die zur Aufnahme eines
Werkzeugschaftes eines in die Aufnahmebohrung einsetzbaren
Werkzeuges (beispielsweise Werkzeuge 37 oder 38 in Fig. 4
bzw. 5) einführbar ist. Der Spanndurchmesser der Werkzeugauf
nahmeöffnung ist zweckmäßig für eine Schafttoleranz h6
ausgelegt, um ein problemloses Ausschrumpfen und Einschrump
fen von Aufnahmeschäften zu gewährleisten, die ebenfalls eine
Toleranz von h6 (Mittentoleranz) haben sollten. Der Durchmes
ser der Werkzeugaufnahmeöffnung ist dabei so dimensioniert,
daß er im kalten Zustand des Schrumpffutters geringfügig
kleiner als der Außendurchmesser des einzuspannenden Werk
zeugschaftes ist, jedoch bei Aufwärmung des Werkzeugaufnahme
abschnittes 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 Kegelstumpfab
schnittes 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 Schrumpf
futters in eine Maschinenspindel eines Bearbeitungswerkzeuges
ausgebildeter Einspannabschnitt 39 vorgesehen, der im Bei
spiel 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 Schrumpf
futter 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. geschlos
senen Kühlmittelkreislauf anschließbar sind. Eine flüssig
keitsgekühlte Schrumpffutteraufnahmeeinrichtung (Fig. 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 Fig. 1 gestrichelt angedeutete Kühlmittelleitungen
47, beispielsweise in Form flexibler Schläuche, an eine in
Fig. 1 schematisch angedeutete Wasserversorgung 48 ange
schlossen. Das aus gut wärmeleitendem Metall, beispielsweise
Aluminium, gefertigte Kühlaußenteil 45 hat an seiner Obersei
te eine sich nach unten trichterförmig verjüngende, kegel
stumpfförmige Aufnahmeöffnung 49, in die auswechselbare,
ebenfalls aus Aluminium gefertigte Wechseleinsätze 30 paßge
nau einsetzbar sind.
Ein Wechseleinsatz 30 hat einen kegelstumpfförmigen Einführ
abschnitt 50, der unter Flächenpassung in die Aufnahmeöffnung
49 einführbar ist, sowie einen nach außen abragenden Ring
bundabschnitt 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 Schrumpffutteraufnahme
öffnung 52 vorgesehen, deren Innendimensionen den Außendimen
sionen des Einspannabschnittes 39 so angepaßt sind, daß
diese paßgenau in die Aufnahmeöffnung 52 einführbar ist.
Durch den großflächigen Berührungskontakt der ineinander
schiebbaren Teile im Bereich der kegeligen Sitzflächen wird
eine gute Wärmeleitung zwischen dem aktiv gekühlten Kühlau
ßenteil 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 Schrumpffutter
aufnahmeöffnung den Außenkonturen des Steilkegels entspre
chend angepaßt ist.
Die Kühleinrichtung dient auch der aktiven Wasserkühlung der
zum Abkühlen der Werkzeugaufnahmeabschnitte von Schrumpffut
tern vorgesehene Kühladapter (Fig. 3). Ein Kühladapter hat
ein im wesentlichen hülsenförmiges Kühlaußenteil 55, in
dessen Wandung Kühlmittelkanäle verlaufen, die über in Fig. 1
gestrichelt angedeutete Kühlmittelleitungen 56 in Form
flexibler Kunststoffschläuche an die Wasserversorgung 48
angeschlossen sind. Eine sich nach unten kegelförmig erwei
ternde 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 Berüh
rungskontakt an die Innenseite der Aufnahmeöffnung 57 anpreß
bar ist. Am oberen Ende des in Form einer geschlitzten
Kegelstumpfhülse ausgebildeten Wechseleinsatzes ist eine
umlaufende Ringnut 58 vorgesehen, in die bei in das Kühlau
ßenteil eingesetztem Wechseleinsatz ein am Kühlaußenteil 55
vorgesehenes Verriegelungsglied einrastet, das durch Betäti
gung 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 Werkzeugauf
nahmeabschnittes 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 Wechsel
einsatz 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 Werkzeugaufnahmeab
schnitt, 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 Berührungs
kontakt mit dem Schrumpffutter gepreßt, so daß der Kühladap
ter 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 Kühlaußen
teil geringfügig nach oben vom Wechseleinsatz abhebt und
dadurch die Federzungen 61 vom Außendruck entlastet, so daß
sich die Aufnahmeöffnung 60 erweitern kann und ein problem
loses 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 Fig. 4 und 5 wird nun die Induktionsspulenein
heit 17 näher erläutert. Bei dieser ist in einem aus elek
trisch 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 Schwing
kreiskondensator, die über durch den Kabelschlepp 26 geführte
Leitungen an dem im Unterschrank untergebrachten Hochfre
quenzgenerator 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 Abdeck
platte 66 abgeschlossen ist, die koaxial mit der Zentralachse
19 der Spule eine sich nach oben konisch erweiternde Werk
zeugdurchführöffnung 67 aufweist. Unterhalb der oberen
Gehäuseabdeckung 66 ragt ein Flachschieber 68 in den Bereich
oberhalb der Induktionsspule 18. Der senkrecht zur Spulen
achse verschiebbare Schieber aus elektrisch nicht leitendem
Material hat im Bereich der Spulenachse 19 eine stufenzylin
drische Aufnahmeöffnung 69, in die auswechselbare Scheiben 70
einlegbar sind. Eine Einlegescheibe 70 hat einen Zylinder
rohrabschnitt 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 stufenzylin
drischen Aufnahmeöffnung 69 so aufliegt, daß die Oberseite
der Scheibe an der Unterseite der oberen Abdeckung 66 an
liegt.
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 Schrumpffutterdurch
messer 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 Werkzeugen mit großem Durchmesser (Fig. 4) in eine
zentrische Position gestellt, so daß die die Werkzeugaufnah
meöffnung umgebende Stirnseite des Schrumpffutters ringförmig
an die Unterseite des Zylinderabschnittes 71 der Anschlag
scheibe 70 trifft. Ist dagegen der Schrumpffutterdurchmesser
im Bereich der Mündungsstirnseite 73 kleiner als der Innen
durchmesser 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 Fig. 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 Induktionsfeld
verlaufes 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 Werkzeugaufnahme
abschnitt des Schrumpffutters zu konzentrieren.
Der im Unterschrank 2 untergebrachte, für eine feste Nenn
leistung 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 Wechselrich
ter, die beide wassergekühlt sind, wobei der Kühlwasserdurch
fluß 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, voreinge
stellte 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 gelan
genden 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 Generatorelektro
nik mit mehreren, beispielsweise zwei oder drei unterschied
lichen, 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 Schrumpffut
ter, ob sich ein Futterdurchmesser unterhalb eines vorgegebe
nen Durchmessers im Induktor befindet und bewirkt ggf. eine
vollautomatische Umschaltung auf eine höhere Ausgangsspan
nung, 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 Schrumpffut
ter 8, in eine mit einem entsprechend angepaßten Wechselein
satz 30 versehene Schrumpffutteraufnahme 10 einer Arbeits
station 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. Anschlie
ßend 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, Fig. 4) oder exzentrisch zur Spulenachse
(bei kleinen Werkzeug- bzw. Schrumpffutterdurchmessern, Fig.
5) angeordnet ist.
Nach Drücken einer Starttaste senkt sich die Induktions
einheit 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 Induktions
spule 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 er
reicht 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 Grundstel
lung zurück.
Während des gesamten Aufheizvorganges bleibt der fest in der
wassergekühlten Schrumpffutteraufnahme sitzende Einspann-
Normkegel des Schrumpffutters im wesentlichen bei der ty
pischerweise im Bereich zwischen 15°C und 20°C liegenden
Temperatur der Schrumpffutteraufnahme. Zur schnellen Abküh
lung 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 aufge
preßt 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 Arbeits
station 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 Schrumpf
futters 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 bedien
erfreundlich und ergonomisch aufgebauter Schrumpfarbeitsplatz
geschaffen, dessen Teile sich auch im Dauerbetrieb bei hohem
Werkzeugdurchsatz nicht erwärmen, da alle in Wärmeleitungs
kontakt 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 einfache
rem 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 Induktions
spuleneinheit auf beliebigen Höhen der Vertikalführung 25
festklemmbar ist. Beim Drücken des Knopfes wird die Spulen
einheit zur Vertikalverschiebung freigegeben und hält bei
Freigabe des Knopfes in der eingestellten Höhenposition fest.
Durch ein mit der Induktionsspuleneinheit über ein rollenge
führtes 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 Schrumpf
futteraufnahme 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 Kühladap
ter der beschriebenen Art mittels flexibler Schlauchleitungen
o. dgl. angeschlossen sind. Eine derartige, gesonderte
Kühleinrichtung kann neben einem Schrumpfgerät ohne Kühlein
richtung aufgestellt werden, um mit Hilfe der gut handhab
baren, flüssigkeitsgekühlten Kühladapter die mittels des
Schrumpfgerätes induktiv oder auf andere Weise, beispiels
weise mittels Heißluft, aufgeheizten Schrumpffutter schnell
und wirksam abzukühlen. Zu der separaten Kühleinrichtung
können ggf. auch an einem beliebigen Schrumpfgerät anbringba
re, wassergekühlte Schrumpffutteraufnahmen gehören, wie sie
anhand der Fig. 1 und 2 hier beispielhaft beschrieben
wurden.
Claims (22)
1. Verfahren zum thermischen Spannen und Entspannen von
Werkzeugen in Schrumpffuttern, wobei ein Schrumpffutter
einen Werkzeugaufnahmeabschnitt mit einer mindestens
abschnittsweise thermisch aufweitbaren Werkzeugaufnahme
öffnung zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes und einen
zur Aufnahme des Schrumpffutters in eine Maschinenspin
del vorgesehenen Einspannabschnitt aufweist und wobei
das Verfahren eine Erwärmung mindestens eines Teils des
Werkzeugaufnahmeabschnittes zur Aufweitung der Werkzeug
aufnahmeöffnung und eine anschließende aktive Abkühlung
des Werkzeugaufnahmeabschnittes umfaßt, das Verfahren
mit folgenden Schritten:
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnittes eines in einer ersten Arbeitsstation eines Schrumpfgerätes aufgenomme nen ersten Schrumpffutters;
Einführen eines Werkzeugschaftes in die Werkzeugaufnah meöffnung des ersten Schrumpffutters und/oder Entfernen eines Werkzeuges aus der Werkzeugaufnahmeöffnung des ersten Schrumpffutters;
aktive Abkühlung des Werkzeugaufnahmeabschnittes des in der ersten Arbeitsstation aufgenommenen ersten Schrumpf futters;
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnittes eines in einer von der ersten Arbeitsstation gesonderten zweiten Arbeitsstation des Schrumpfgerätes aufgenommenen zweiten Schrumpffutters.
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnittes eines in einer ersten Arbeitsstation eines Schrumpfgerätes aufgenomme nen ersten Schrumpffutters;
Einführen eines Werkzeugschaftes in die Werkzeugaufnah meöffnung des ersten Schrumpffutters und/oder Entfernen eines Werkzeuges aus der Werkzeugaufnahmeöffnung des ersten Schrumpffutters;
aktive Abkühlung des Werkzeugaufnahmeabschnittes des in der ersten Arbeitsstation aufgenommenen ersten Schrumpf futters;
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnittes eines in einer von der ersten Arbeitsstation gesonderten zweiten Arbeitsstation des Schrumpfgerätes aufgenommenen zweiten Schrumpffutters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmung des in der zweiten Arbeitsstation aufge
nommenen zweiten Schrumpffutters mindestens teilweise
während der Abkühlung des in der ersten Arbeitsstation
aufgenommenen ersten Schrumpffutters erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Abkühlung einer in einer Arbeitsstation
aufgenommenen Schrumpffutters mit Hilfe einer Kühlflüs
sigkeit durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Schrumpf
futter induktiv mit Hilfe mindestens einer Induktions
spule durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Erwärmungseinrich
tung, insbesondere mit nur einer Induktionsspule verwen
det wird und daß zum Wechsel zwischen Arbeitsstationen
die Erwärmungseinrichtung und die Arbeitsstationen
relativ zueinander bewegt werden, wobei vorzugsweise die
Arbeitsstation ortsfest sind und die Erwärmungseinrich
tung bewegt, insbesondere um eine vorzugsweise vertikale
Schwenkachse verschwenkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine automatische Erkennung des
Typs eines zur Erwärmung im Wirkbereich der Erwärmungs
einrichtung, insbesondere einer Induktionsspule, ange
ordneten Schrumpffutters, wobei vorzugsweise die Heiz
leistung der Erwärmungseinrichtung in Abhängigkeit vom
erkannten Typ des Schrumpffutters automatisch gesteuert
wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine automatische, lagerichtige
Positionierung einer zur Erwärmung eines Schrumpffutters
verwendeten Erwärmungseinrichtung, insbesondere in Bezug
auf das Schrumpffutter, insbesondere mittels eines in
Abhängigkeit vom Typ eines zu erwärmenden Schrumpf
futters verstellbaren Anschlages.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen vollautomatischen Ablauf
eines Schrumpfvorganges nach vorzugsweise manueller
Eingabe mindestens eines den Typ des Schrumpffutters
und/oder des zu schrumpfenden Werkzeugs charakterisie
renden Parameters mit folgenden Schritten:
motorische Bewegung, insbesondere Absenkung der Erwär mungseinrichtung aus einer Grundstellung in Richtung einer eine Erwärmung ermöglichenden Arbeitsstellung in Bezug auf das Schrumpffutter;
automatische Positionierung der Erwärmungseinrichtung in Bezug auf das Schrumpffutter;
automatische Erkennung des Typs des Schrumpffutters;
automatische Erwärmung des Schrumpffutters mit einer dem erkannten Typ des Schrumpffutters angepaßten Heizlei stung; und vorzugsweise
automatische Bewegung der Erwärmungseinrichtung aus der Arbeitsstellung in Richtung Grundstellung zur Freigabe des Schrumpffutters.
motorische Bewegung, insbesondere Absenkung der Erwär mungseinrichtung aus einer Grundstellung in Richtung einer eine Erwärmung ermöglichenden Arbeitsstellung in Bezug auf das Schrumpffutter;
automatische Positionierung der Erwärmungseinrichtung in Bezug auf das Schrumpffutter;
automatische Erkennung des Typs des Schrumpffutters;
automatische Erwärmung des Schrumpffutters mit einer dem erkannten Typ des Schrumpffutters angepaßten Heizlei stung; und vorzugsweise
automatische Bewegung der Erwärmungseinrichtung aus der Arbeitsstellung in Richtung Grundstellung zur Freigabe des Schrumpffutters.
9. Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von
Werkzeugen in Schrumpffuttern, wobei ein Schrumpffutter
einen Werkzeugaufnahmeabschnitt mit einer mindestens
abschnittsweise thermisch aufweitbaren Werkzeugaufnahme
öffnung zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes und einen
zur Aufnahme des Schrumpffutters in eine Maschinenspin
del vorgesehenen Einspannabschnitt aufweist,
wobei die Vorrichtung mindestens eine Erwärmungseinrich
tung zur Erwärmung mindestens eines Teils des Werkzeug
aufnahmeabschnittes und eine Kühleinrichtung zur aktiven
Kühlung des erwärmten Teils des Werkzeugaufnahmeab
schnittes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine
erste Arbeitsstation (5) und mindestens eine zweite
Arbeitsstation (6, 7) zur Erwärmung und aktiven Abküh
lung von Schrumpffuttern vorgesehen ist und daß die
Arbeitsstationen und die Erwärmungseinrichtung zum
Wechsel zwischen Arbeitsstationen relativ zueinander
beweglich sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmungseinrichtung als Induktionseinrichtung mit
mindestens einer Induktionsspule (18) zur induktiven
Erwärmung des Werkzeugaufnahmeabschnitts (35) ausgebil
det ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Erwärmungseinrichtung nur eine Induk
tionsspule (18) aufweist, wobei vorzugsweise die Ar
beitsstationen (5, 6, 7) ortsfest angeordnet und die
Induktionsspule (18) zwischen Arbeitsstationen beweg
lich, insbesondere um eine vorzugsweise vertikale
Schwenkachse (21) schwenkbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß mehr als zwei und vorzugsweise
weniger als fünf, insbesondere drei Arbeitsstationen (5,
6, 7) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinrichtung eine
flüssigkeitsgekühlte Induktionsspule (18) aufweist,
wobei die Induktionsspule vorzugsweise im wesentlichen
durch ein mit Kühlflüssigkeit durchströmbares Rohr,
insbesondere aus Kupfer, gebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß sie eine automatische Positionier
einrichtung zur lagerichtigen Positionierung der Erwär
mungseinrichtung, insbesondere der Induktionsspule (18),
in Bezug auf unterschiedlich dimensionierte Schrumpffut
ter aufweist, wobei die Positioniereinrichtung vorzugs
weise mindestens ein der Erwärmungseinrichtung zugeord
netes, in Abhängigkeit von den Dimensionen des Schrumpf
futters verstellbares Anschlagelement (70) zur Begren
zung einer Bewegung der Erwärmungseinrichtung in Ar
beitsstellung aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Positioniereinrichtung einen Stellschieber (68)
aufweist, der quer, insbesondere senkrecht zu einer
zwischen Grundstellung und Arbeitsstellung der Erwär
mungseinrichtung verlaufenden Bewegungsrichtung (24) der
Erwärmungseinrichtung bewegbar ist, wobei der Stell
schieber vorzugsweise zum Tragen von auswechselbaren
Anschlagelementen (70) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Positioniereinrichtung in Abhängigkeit
von mindestens einem das Schrumpffutter und/oder das
Werkzeug charakterisierenden, vorzugsweise manuell
eingebbaren Parameter steuerbar ist, insbesondere in
Abhängigkeit vom Durchmesser des zu spannenden Werkzeu
ges.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekenn
zeichnet durch eine Futtererkennungseinrichtung zur
automatischen Erkennung des Typs eines zu erwärmenden
Schrumpffutters, wobei vorzugsweise eine Leistungssteue
rung für die Erwärmungseinrichtung (18) in Abhängigkeit
von einem für das Schrumpffutter charakteristischen
Futtererkennungssignal der Futtererkennungseinrichtung
steuerbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekenn
zeichnet durch eine Feldkonzentrationseinrichtung zur
gezielten Konzentration des von der Induktionsspule (18)
erzeugten Wechselfeldes auf einen Bereich eines
Schrumpffutters, wobei die Feldkonzentrationseinrichtung
vorzugsweise auswechselbar und in Abhängigkeit vom Typ
des zu erwärmenden Schrumpffutters einsetzbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feldkonzentrationseinrichtung mindestens ein
auswechselbares Element aus magnetisierbarem Material,
insbesondere Ferrit aufweist, wobei das Element vorzugs
weise eine einem Anschlagselement (70) entsprechende
Form aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitsstation (5, 6,
7) ein vorzugsweise flüssigkeitskühlbarer Kühladapter
(13, 14, 15) zur aktiven Kühlung des Werkzeugaufnahmeab
schnittes eines in der Arbeitsstation (5, 6, 7) aufge
nommenen Schrumpffutters zugeordnet ist, wobei der
Kühladapter vorzugsweise mittels flexibler Leitungen
(56) an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Arbeitsstation (5, 6, 7) eine
vorzugsweise mittels einer Kühlflüssigkeit kühlbare
Schrumpffutteraufnahme (10, 11, 12) mit einer Schrumpf
futteraufnahmeöffnung (52) zur lagesicheren Aufnahme
eines Schrumpffutters aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Kühladapter und/oder eine Schrumpffut
teraufnahme durch Auswechselung auswechselbarer Wechse
leinsätze (28, 30) an Schrumpffutter unterschiedlicher
Dimensionen anpaßbar sind.
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DE2000125007 DE10025007B4 (de) | 2000-05-22 | 2000-05-22 | Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen |
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