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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Spannen eines Werkzeugs
in einem Schrumpfringfutter mit den Schritten: Einsetzen des Werkzeugs
in das Schrumpfringfutter, Erwärmen
eines Schrumpfrings, Aufsetzen des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter,
Abkühlen
des Schrumpfrings sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
und eine Schrumpfeinrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum thermischen
Spannen bekannt. Diese Verfahren werden eingesetzt, um Werkzeuge für schneidende
Bearbeitungsvorgänge,
wie beispielsweise Bohrer, Fräser,
Reibahlen, in einem als Schrumpffutter bezeichneten Spannfutter
aufnehmen zu können. Übliche Schrumpffutter
für thermische
Spannvorgänge
sind zu diesem Zweck in einem zur Aufnahme eines Werkzeugs bestimmten
Werkzeugaufnahmeabschnitt mit einer Werkzeugaufnahmebohrung versehen,
die im Rahmen eines thermischen Spannvorgangs eine kraftschlüssige Aufnahme
eines Werkzeug schafts mit einer Maßtoleranz der Toleranzklasse
h6 gemäß DIN 7152
ermöglicht.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
10 25 007 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum thermischen Spannen
und Entspannen von Werkzeugen mit Hilfe solcher üblicher Schrumpffutter.
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Die
DE 691 01 976 T2 zeigt
eine Spindel-Einheit für
eine Werkzeugmaschine, bei der ein drehbares Werkzeug am werkzeugseitigen
Vorderende der Hauptspindel mittels Schrumpfpassung befestigt wird.
Der Trägerschaft
des Werkzeuges trägt
z. B. einen Schleifstein und bildet an seinem hinteren Ende einen
Werkzeughalter mit einer zylindrischen Bohrung, die auf ein säulenförmiges Ende
eines Adapters schrumpfgepaßt
wird. Der Adapter wiederum hat an seinem werkzeugabgewandten Ende
eine zylindrische Bohrung, die auf das zylindrische Vorderende einer
Hauptspindel aufgeschoben wird. Der aufgesteckte Adapter wird am
Vorderende der Hauptspindel mittels Schrumpfpassung befestigt. Zum
thermischen Befestigen des Werkzeuges an der Spindel bzw. zum Lösen des
Werkzeuges von der Spindel sind an dem Spindelstock im Bereich des
Vorderendes der Hauptspindel eine elektrische Schnellheizeinrichtung
sowie eine Schnellkühleinrichtung
vorgesehen.
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Um
den Anwendungsbereich der thermischen Spanntechnik auch auf Werkzeuge
zu erstrecken, die im Bereich des Werkzeugschafts größere Toleranzen
aufweisen, ist es bekannt, sogenannte Schrumpfringfutter einzusetzen.
Ein Schrumpfringfutter weist in dem Werkzeugaufnahmeabschnitt mindestens
einen zur Werkzeugaufnahmebohrung durchgehenden Längsschlitz
auf, wobei der Längsschlitz
eine Erhöhung
der Flexibilität
des Werkzeugaufnahmeabschnitts bewirkt und somit auch die Aufnahme
eines Werkzeugschafts mit einer großen Toleranz ermöglicht.
Schrumpfringfutter werden insbesondere für die Einspannung von Gewindebohren, die üblicherweise
die Toleranzklasse h9 am Werkzeugschaft aufweisen, eingesetzt. Um
eine sichere Einspannung des Werkzeugschafts im Werkzeugaufnahmeabschnitt
zu verwirklichen, wird auf den leicht konisch geformten Werkzeugaufnahmeabschnitt
ein an seiner Innenseite korrespondierend geformter, erwärmter Schrumpfring
aufgesetzt. Durch einen Erwärmungsvorgang
wird der Schrumpfring ausgedehnt und kann so weit auf den konischen
Werkzeugaufnahmeabschnitt aufgeschoben werden, bis ein Presssitz
mit dem Schrumpfringfutter entsteht. Bei der nachfolgenden Abkühlung des
Schrumpfrings findet ein Schrumpfvorgang statt, so das der Schrumpfring
eine hohe Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt ausübt, die
auf die Werkzeugaufnahmebohrung und den Werkzeugschaft übertragen
wird. Dadurch wird das Werkzeug zuverlässig in dem Schrumpfringfutter
eingespannt. Das Schrumpfringfutter ermöglicht damit eine besonders
sichere, drehmomentfeste und steife sowie und im Hinblick auf eine
Rundlauftoleranz auch besonders exakte Einspannung des Werkzeugs.
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Für eine ordnungsgemäße Durchführung des
Schrumpfverfahrens ist eine exakte Positionierung des Schrumpfrings
in Bezug auf eine Erwär mungsvorrichtung
notwendig. Bei dem bekannten Schrumpfverfahren wird dies durch einen
Aufnahmedorn erreicht, der exakt gegenüber der Erwärmungsvorrichtung ausgerichtet
ist und eine reproduzierbare Positionierung des Schrumpfrings ermöglicht.
Der Schrumpfring wird nach dem Erwärmungsvorgang von einem Bediener
mit einer Zange, beispielsweise einer Rohrzange, von dem Aufnahmedorn
abgenommen und auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Optimierung des Schrumpfprozesses
bei der Verwendung von Schrumpfringfuttern erlauben. Insbesondere
soll der Schrumpfprozess schneller und sicherer durchführbar sein.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1, eine Handhabungsvorrichtung
nach dem Anspruch 11, eine Schrumpfeinrichtung nach dem Anspruch
26 und einen Schrumpfring nach Anspruch 32 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
der eingangs erwähnten
Art wird der Schrumpfring für das
Erwärmen
und das Aufsetzen in einer Handhabungsvorrichtung aufgenommen. Damit
wird eine Vereinfachung der Handhabung des Schrumpfrings erzielt,
da der Schrumpfring mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung exakt in
einer optimalen Heizposition gegenüber der Erwärmungsvorrichtung positioniert
und danach auch auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpfringfutters
aufgesetzt werden kann. Mit der gleichen Vorrichtung wird somit
die Durchführung
zweier Verfahrenschritte ohne einen zwischengeschalteten Handhabungsschritt
für den Schrumpfring
ermöglicht.
Damit wird eine hohe Bediensicherheit und ein vorteilhaftes Ergebnis
des thermischen Spannvorgangs sichergestellt. Der Schrumpfring kann
vor dem Erwärmungsvorgang
lagerichtig in die Handhabungsvorrichtung eingesetzt oder auf andere
Weise von ihr aufgenommen werden und steht dann nach dem Erwärmungsvorgang
sofort für
den nachfolgenden Aufpressvorgang zur Verfügung.
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Die
Handhabungsvorrichtung weist zu diesem Zweck einen Grundkörper auf,
an dem eine Schrumpfringaufnahme vorgesehen ist. Die Schrumpfringaufnahme
ist für
eine selbsthaltende Aufnahme des Schrumpfrings ausgebildet. Der Grundkörper der
Handhabungsvorrichtung kann ergonomisch geformt und für eine exakte
Ausrichtung gegenüber
der Erwärmungsvorrichtung
mit einer Positionierungskontur versehen sein, die beispielsweise in
eine formschlüssige
Wirkverbindung mit der Erwärmungsvorrichtung
bringbar ist. Die selbsthaltende Schrumpfringaufnahme soll sicherstellen,
dass der Schrumpfring sowohl während
des Erwärmungsvorgangs
mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung in einer vorgesehenen Heizposition
exakt positioniert ist und mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung
ohne Weiteres auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpfringfutters
aufgesetzt werden kann.
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Der
in die Schrumpfringaufnahme eingesetzte Schrumpfring wird von dieser
derart mit Haltekräften
beaufschlagt, dass die Gewichtskraft des Schrumpfrings nicht zu
einer ungewünschten
Entfernung aus der Schrumpfringaufnahme führt. Vielmehr ist die Einwirkung
externer Kräfte
notwendig, um den Schrumpfring wieder aus der Schrumpfringaufnahme zu
entfernen. Damit wird eine vorteilhafte Handhabung und ein vorteilhafter
Verfahrensablauf für
das Erwärmen
und Aufsetzten des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter erzielt.
Um eine Selbsthaltung des Schrumpfrings sicherzustellen, ist die Schrumpfringaufnahme
vorzugsweise mit form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Haltemitteln
versehen. Formschluss kann insbesondere durch eine korrespondierende
geometrische Ausgestaltung des Schrumpfrings und der Schrumpfringaufnahme,
beispielsweise mit Hinterschnitten und darin eingreifenden Rastnasen
verwirklicht werden. Eine Klemmung des Schrumpfrings kann z. B.
mittels eines Greifers erfolgen, der über mindestens einen beweglichen
Spannbacken oder mehrere bewegliche Spannbacken verfügt. Ein
Kraftschluss zwischen Schrumpfringaufnahme und Schrumpfring wird
insbesondere durch eine geeignete Auswahl von korrespondierenden
Passflächen
erzielt, wobei eine Übergangs-
oder Presspassung vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich ist
eine magnetische Halterung möglich.
Stoffschluss kann insbesondere durch Werkstoffe bzw. Werkstoffpaarungen
erzielt werden, die Adhädsionseffekte
aufeinander ausüben
und somit die geforderte Haltekraft aufbringen. In der Schrumpfringaufnahme
kann beispielsweise eine elastische Gelschicht vorgesehen sein,
die die stoffschlüssige
Anhaftung einer Oberfläche
des Schrumpfrings ermöglicht.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring für den Erwärmungsvorgang
mittels einer gegenüber
anderen Teilen der Handhabungsvorrichtung isolierten Schrumpfringaufnahme
fixiert. Dadurch wird sichergestellt, dass keine unerwünschte Wechselwirkung
zwischen der Handhabungsvorrichtung, der Erwärmungsvorrichtung und dem Schrumpfring
stattfindet. Eine Isolation kann dabei im Hinblick auf thermische
und/oder elektrische Einflüsse
vorgesehen sein, die von der Erwärmungsvorrichtung
direkt oder mittelbar über
den Schrumpfring auf die anderen Teile der Handhabungsvorrichtung
einwirken. Eine thermische Isolation verhindert, dass sich die in
den Schrumpfring eingebrachte Wärmeenergie
derart in die Handhabungsvorrichtung überträgt, dass sich diese über eine
vorgebbare Grenztemperatur erwärmen
würde und
eine Handhabung durch einen Benutzer ohne Schutzeinrichtungen wie beispielsweise
Handschuhe nicht mehr zulassen würde.
Eine elektrische Isolation ist dann von besonderem Interesse, wenn
der Schrumpfring mittels elektrischer Energie, insbesondere induktiv
in Form von Wirbelstromfeldern, erwärmt wird. Durch die elektrische
Isolation ist gewährleistet,
dass die von der Erwärmungseinrichtung
abgegebene Energie in konzentrierter Form vorwiegend in den Schrumpfring eingebracht
werden kann, während
die Schrumpfringaufnahme demgegenüber nur unwesentlich von den
Wirbelströmen
beeinflusst wird. Zudem wird dadurch sichergestellt, dass die Handhabungsvorrichtung,
die gegebenenfalls auch metallische Bestandteile aufweist, nicht
unmittelbar durch die elektrische Energie miterwärmt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme als solche isolierend
ausgestaltet. Damit wird einerseits sichergestellt, dass die Schrumpfringaufnahme
nicht gleich oder zumindest ähnlich
stark wie der Schrumpfring erwärmt
wird, andererseits ist dadurch die gewünschte thermische und/oder
elektrische Entkopplung der Handhabungsvorrichtung vom Erwärmungsvorgang
gewährleistet.
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Für eine Isolation
der Schrumpfringaufnahme gegenüber
dem Grundkörper
der Handhabungsvorrichtung kann insbesondere ein nichtmetallisches Material
vorgesehen sein, das in vorteilhafter Weise eine elektrische Isolation
mit einer thermischen Isolation verbindet. Besonders vorteilhaft
sind hierfür Kunststoffmaterialien
geeignet, die in einer reproduzierbaren Qualität einfach herzustellen sind.
Insbesondere im Hinblick auf die selbsthaltende Aufnahme des Schrumpfrings
ist die Herstellung der Schrumpfringaufnahme aus einem Kunststoffmaterial
besonders vorteilhaft, da auch eine ausreichende Elastizität für eine kraftschlüssige Selbsthaltung
gegeben ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Isolation
und/oder die Schrumpfringaufnahme aus einem Polyether-Ether-Keton-Werkstoff
(PEEK) hergestellt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine besonders
hohe Temperaturbelastbarkeit aus und ist gut verarbeitbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring mittels
der Handhabungsvorrichtung auf das Schrumpfringfutter aufgepresst.
Dabei kann vom Bediener die zur Sicherstellung des Pressitzes des Schrumpfrings
notwendige Aufpresskraft aufgebracht werden. Damit wird in einem
durchgängigen
Verfahrensablauf die kontinuierliche Abfolge von Erwärmung, Aufsetzen
und Aufpressen sichergestellt. Dadurch ergeben sich gegenüber dem
bekannten Verfahren Handhabungsvorteile, weil die Schritte unmittelbar
und ohne Zeitverlust aufeinander folgen können, so dass der Schrumpfring
zwischen der Beendigung des Erwärmungsvorgangs
bis zum Aufsetzen auf das Schrumpfringfutter nur geringfügig abkühlt und
somit weniger stark erwärmt
werden muss, was Vorteile im Hinblick auf Sicherheitsaspekte und
Materialverschleiß mit
sich bringt. Außerdem ist
dadurch sichergestellt, dass der vor Beginn des Erwärmungsvorgangs
ohne Zeitdruck bzw. ohne ein hohes Temperaturniveau in die Handhabungsvorrichtung
aufgenommene Schrumpfring korrekt und ohne weitere Zwischenschritte
in den Presssitz gegenüber dem
Außenschaft
gebracht wird und damit die Art und Anzahl möglicher Handhabungsfehler drastisch minimiert
werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring mittels
der Handhabungsvorrichtung mit einer definierten Aufpresskraft auf
das Schrumpfringfutter aufgebracht. Durch die definierte, vorgebbare
Aufpresskraft für
die Aufbringung des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter wird
sichergestellt, dass die von dem Schrumpfring auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt
und das Werkzeug auszuübende
Spannkraft ein Mindestniveau nicht unterschreitet, so dass eine
Mindestbelastbarkeit des im Schrumpfringfutter aufgenommenen Werkzeugs gewährleistet
werden kann. Durch die vorgebbare Aufpresskraft kann auch sichergestellt
werden, dass beim Aufpressen des Schrumpfrings ein Maximalniveau
nicht überschritten
wird, so dass eine Überlastung
des Schrumpfringfutters und/oder des Schrumpfrings ausgeschlossen
werden kann und die problemlose Durchführung eines nachfolgenden Abziehvorgangs
sichergestellt ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring, insbesondere
nach erfolgtem Aufpressvorgang auf das Schrumpfringfutter, mittels
eines an der Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Schrumpfringauswerfers
aus der Wirkverbindung mit der Handhabungsvorrichtung freigegeben.
Dadurch kann der Schrumpfring entgegen der durch die Selbsthaltewirkung
auftretenden Kräfte
aus der Schrumpfringaufnahme entfernt werden, wenn beispielsweise
ein Schrumpfring irrtümlich
in die Handhabungsvorrichtung eingesetzt wurde. Nach einem Erwärmen und
Aufsetzen auf das Schrumpfringfutter wird durch den Schrumpfringauswerfer
eine Krafteinwirkung entgegen der ausgeübten Aufpresskraft für den Schrumpfring
beim Abnehmen der Handhabungsvorrichtung vermieden, die zu einer
unerwünschten
Lockerung und damit zu einer unbestimmten Spannkraft des Schrumpfrings
führen könnte. Zu
diesem Zweck ist an dem Grundkörper der
Handhabungsvorrichtung ein Schrumpfringauswerfer vorgesehen, der
z. B. für
eine Auswurfbewegung des Schrumpfrings längs einer Mittelachse der Schrumpfringaufnahme
ausgebildet sein kann. Der Schrumpfringauswerfer kann insbesondere
als ein relativ zum Grundkörper
und/oder zur Schrumpfringaufnahme beweglicher Schieber ausgebildet
sein, der von einem Benutzer oder einer Schrumpfeinrichtung mit
einer Betätigungskraft
beaufschlagt wird und durch eine insbesondere formschlüssig wirkende Krafteinwirkung
den Schrumpfring entgegen den von der Schrumpfringaufnahme aufgebrachten
Kräften ausstößt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird über die Handhabungsvorrichtung
ein Fixierimpuls auf den Schrumpfring ausgeübt. Der Fixierimpuls wirkt
dabei bevorzugt in Richtung einer Längsachse des Schrumpfringfutters.
Durch den Fixierimpuls wird der Schrumpfring besonders sicher auf
das Schrumpfringfutter aufgebracht. Der Fixierimpuls kann durch
eine an der Handhabungsvorrichtung vorgesehene Impulseinrichtung
hervorgerufen werden, die für
die Übertragung
eines Fixierimpulses auf den Schrumpfring vorgesehen ist. Die Impulsvorrich tung
wird z. B. durch die von dem Benutzer oder einer Schrumpfeinrichtung
aufgebrachte Aufpresskraft vorgespannt und bei Überschreiten eines Mindestkraftniveaus
ausgelöst,
wobei sie die beispielsweise in einer Feder gespeicherte Energie
schlagartig abgibt und auf den Schrumpfring überträgt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Handhabungsvorrichtung
mit dem Schrumpfringfutter zum Aufpressen des Schrumpfrings in eine kraftübertragende,
insbesondere formschlüssige Wirkverbindung
gebracht. Dadurch wird eine besonders komfortable Aufbringung der
für den
Schrumpfring vorgesehenen Aufpresskraft erzielt. Die Aufpresskraft
muss vom Benutzer oder von einer Schrumpfeinrichtung nicht in unmittelbarer
Weise aufgebracht werden, vielmehr kann über die kraftübertragenden
Wirkverbindung eine Untersetzung der aufgebrachten Aufpresskraft
bewirkt werden. Durch die Untersetzung wird die längs eines
längeren
Betätigungsweges
eingebrachte Kraft auf einen kurzen Aufpressweg konzentriert, so
dass der Benutzer oder die Schrumpfeinrichtung eine niedrige Betätigungskraft
längs des
Betätigungsweges
in die Handhabungsvorrichtung einbringen können, die über die Untersetzung in eine
hohe Aufpresskraft auf einem kurzen Aufpressweg untersetzt wird.
Dazu kann bei der Handhabungsvorrichtung an dem Grundkörper und/oder
der Schrumpfringaufnahme eine Kopplungsstruktur für eine kraftübertragende
Ankopplung an das Schrumpfringfutter vorgesehen sein. Damit kann
in einfacher Weise eine hohe Kraftwirkung von der Handhabungsvorrichtung
auf den Schrumpfring ausgeübt
werden. Die Handhabungsvorrichtung wird zu diesem Zweck für den Aufpressvorgang
zeitweise mit dem Schrumpfringfutter gekoppelt und es findet über eine
Keileinrichtung, insbesondere eine durch eine Drehbewegung angesteuerte
Gewindeeinrichtung, eine hohe Untersetzung der vom Benutzer oder der
Schrumpfeinrichtung eingeleiteten Kraft längs des Betätigungsweges statt.
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Zu
den vorab beschriebenen Einrichtungen zur Sicherstellung eines Mindestkraftniveaus
kann in Kombination oder auch in Alleinstellung eine Einrichtung
zur Begrenzung der Aufpresskraft vorgesehen sein, die ein zu starkes
Aufpressen des Schrumpfrings verhindern soll. Dazu wird bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Kraftbegrenzung durch Überdrücken einer Federeinrichtung
bewirkt, wobei nach Überschreiten
des von der Feder vorgegebenen, ggf. einstellbaren Maximalkraftniveaus
keine weitere Kraftübertragung
auf den Schrumpfring mehr möglich
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird während des Erwärmungsvorgangs
eine Erwärmungszeit
und/oder eine Erwärmungstemperatur und/oder
eine Ausdehnung des Schrumpfrings von einer Auswerteeinheit ermittelt.
Die Auswerteeinheit steht mit einer insbesondere in der Handhabungsvorrichtung,
bevorzugt in der Schrumpfringaufnahme vorgesehenen Sensoreinrichtung
in Wirkverbindung und wird über
diese Sensoreinrichtung mit Signalen hinsichtlich der Erwärmungszeit,
der Erwärmungstemperatur
und/oder der Ausdehnung des Schrumpfrings versorgt. Die Auswerteeinheit
ermöglicht
die Verarbeitung und Weiterleitung der von der Sensoreinrichtung
zur Verfügung
gestellten Signale.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Erwärmungszeit
und/oder die Erwärmungstemperatur
und/oder die Ausdehnung des Schrumpfrings als Kriterium für eine Beendigung
des Erwärmungsvorgangs
und/oder eine Durchführung
eines Aufpressvorgangs auf das Schrumpfringfutter benutzt. Dadurch
kann eine besonders schonende Erwärmung des Schrumpfrings sichergestellt
werden, da mit Erreichen einer vorgebbaren Maximaltemperatur der
von der Erwärmungseinrichtung
auf den Schrumpfring eingebrachte Energiestrom reduziert oder vollständig abgestellt
werden kann. Dadurch wird auch eine Überhitzung des Schrumpfrings,
die gegebenenfalls zu einer Schädigung
des Schrumpfrings oder der Handhabungsvorrichtung führen könnte, vermie den.
Sofern die Erwärmungstemperatur und/oder
die Ausdehnung des Schrumpfrings als Kriterium für die Durchführung des
Aufpressvorgangs herangezogen wird, kann dadurch sichergestellt
werden, dass der Aufpressvorgang erst erfolgt, wenn der Schrumpfring
derart aufgeweitet ist, dass nach Aufpressen und nachfolgendem Abkühlen auch
die geforderte Spannkraft erzielt werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Schrumpfringaufnahme
und/oder an dem Grundkörper
eine Anschlaggeometrie für
eine Übertragung
von axialen Druckkräften
auf den Schrumpfring vorgesehen. Damit kann in einfacher Weise sichergestellt
werden, dass beim Aufpressvorgang eine formschlüssige Wirkverbindung zwischen
dem Schrumpfring und der Handhabungsvorrichtung besteht. Die Anschlaggeometrie
kann insbesondere als zumindest abschnittsweise umlaufender Bund
in einer für
die Aufnahme des Schrumpfrings vorgesehenen Bohrung der Schrumpfringaufnahme
verwirklicht sein, wobei eine Stirnfläche des Bundes im wesentlichen
in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer Längsachse der Handhabungsvorrichtung
angeordnet ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
am Grundkörper
auswechselbar angebracht. Damit kann die Handhabungsvorrichtung
in einfacher Weise an unterschiedliche Schrumpfringgeometrien und/oder
ggf. an unterschiedliche Erwärmungsverfahren
angepasst werden. Eine Auswechselbarkeit der Schrumpfringaufnahme
kann beispielsweise durch eine kraft- und/oder formschlüssig wirkende
Schnittstelle gegenüber
der Handhabungsvorrichtung, beispielsweise durch korrespondierende
Außen-
und Innengewinde verwirklicht werden. Die Schrumpfringaufnahme kann
z. B. auf den Grundkörper
aufgeschraubt, aufgesteckt und/oder mit diesem verrastet sein.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
mit einer Einführungseinrichtung
versehen. Da die Schrumpfringaufnah me eine Selbsthaltung des Schrumpfrings
sicherstellen soll, ist die für
die Aufnahme des Schrumpfrings bestimmte Geometrie der Schrumpfringaufnahme
in der Regel nur geringfügig
größer als
die entsprechende Geometrie des Schrumpfrings. Um ein Einsetzen
des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme zu erleichtern, ist
daher eine Einführungseinrichtung
vorgesehen, die beispielsweise als Einführrille oder als konische Einführgeometrie
trichterförmig
ausgeführt
sein kann. Eine konische Einführgeometrie
kann beispielsweise als Fase an einer Stirnseite der Schrumpfringaufnahme
ausgebildet sein und ermöglicht
ein vorteilhaftes An- und Einsetzen des Schrumpfrings.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
derart ausgebildet, dass der Schrumpfring nur lagerichtig einsetzbar
ist. Dadurch wird eine Fehlbedienung der Handhabungsvorrichtung
vermieden, die zu unerwünschten
Arbeitsergebnissen und/oder zumindest zu zusätzlichen Wartezeiten führen könnte. Um
ein fehlerhaftes Einsetzen des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme
zu verhindern, kann insbesondere vorgesehen sein, eine Anpassung
der Geometrien von Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme so vorzunehmen,
dass beispielsweise ein Formschluss ein fehlerhaftes Einsetzen des
Schrumpfrings verhindert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
zur Aufnahme von Schrumpfringen unterschiedlicher Durchmesser verstellbar
ausgeführt.
Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Anpassung der Schrumpfringaufnahme an
den jeweils aufzupressenden Schrumpfring vorgenommen werden. Eine
Verstellbarkeit der Schrumpfringaufnahme kann insbesondere durch eine
Gestaltung der Schrumpfringaufnahme aus mehreren Segmenten, die
zumindest teilweise gegeneinander relativbeweglich ausgeführt sind,
verwirklicht werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
mit einer mechanischen Codierung versehen, die insbesondere mit
einer Codierung von Schrumpfringen korrespondiert. Durch eine derartige
Codierung kann eine Kennzeichnung von zusammengehörigen Schrumpfringen
und Schrumpfringaufnahmen deutlich erkennbar gemacht werden. Weiterhin
kann durch die Codierung eine Verwendung eines ungeeigneten Schrumpfrings mit
einer Schrumpfringaufnahme verhindert werden, um beispielsweise
eine Beschädigung
oder ein nicht korrektes Aufpressen des Schrumpfrings zu vermeiden.
Eine mechanische Codierung kann insbesondere durch ein System von
Matrize und Patrize, also von korrespondierenden, formschlüssig wirkenden Geometrien
am Schrumpfring und an der Schrumpfringaufnahme verwirklicht werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
mit einer Greifeinrichtung für
die Ausübung
von Zugkräften
auf den Schrumpfring längs
der Längsachse
des Schrumpfringfutters, insbesondere zum Abziehen des Schrumpfrings
von dem Schrumpfringfutter, versehen. Durch die Greifeinrichtung,
die insbesondere durch eine von einem Bediener oder einer Schrumpfeinrichtung
aufgebrachten Bedienkraft aktivierbar ist, kann der Schrumpfring
zum Ausspannen des Werkzeugs von dem Schrumpfringfutter abgezogen
werden. Der Abziehvorgang erfolgt insbesondere nach einer lokalen Erwärmung des
Schrumpfrings, da ansonsten extrem hohe Abziehkräfte erforderlich sind. Durch
die Greifvorrichtung wird insbesondere sichergestellt, dass eine
gleichmäßige Krafteinleitung
von der Handhabungsvorrichtung auf den Schrumpfring stattfindet.
Außerdem
kann durch eine Abstützung
der Handhabungsvorrichtung auf dem Schrumpfringfutter eine vorteilhafte
Aufbringung der Abziehkräfte
mit einem besonders vorteilhaften, kurzen Kraftfluss zwischen Schrumpfringfutter,
Greifeinrichtung und Schrumpfring sichergestellt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper für eine Aufnahme
an oder in einer Erwärmungsvorrichtung
ausgebildet. Damit kann eine vorteilhafte, reproduzierbare Platzierung
des Schrumpfrings in einer optimalen Erwärmungsposition sowie eine Lagefixierung
während
des Erwärmungsvorgangs
sichergestellt werden, so dass der von der Erwärmungseinrichtung abgegebene
Energiestrom mit einem hohen Wirkungsgrad auf den Schrumpfring einwirkt.
Der Grundkörper
kann zu diesem Zweck insbesondere im Hinblick auf seine geometrische
Gestaltung auf die Erwärmungseinrichtung angepasst
sein.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper und/oder
die Schrumpfringaufnahme an eine Verwendung mit einer induktiven
Erwärmungsvorrichtung
angepasst. Bei einer induktiven Erwärmungsvorrichtung ist in der
Regel ein Feldkonzentrator vorgesehen, der das von einer Induktionsspule
erzeugte Magnetfeld konzentrieren und auf den induktiv zu erwärmenden
Gegenstand, insbesondere den Schrumpfring, lenken soll. Der Feldkonzentrator
stellt eine im wesentlichen unabhängige, baulich jedoch auf die
Erwärmungsvorrichtung
abgestimmte Baugruppe dar, die gegebenenfalls auch einfach auswechselbar
gestaltet sein kann. Durch eine Anpassung des Grundkörpers und/oder
der Schrumpfringaufnahme an die induktive Erwärmungseinrichtung und insbesondere
an den Feldkonzentrator lässt
sich eine besonders zuverlässige und
vorteilhafte Positionierung des Schrumpfrings bewirken, die in Anbetracht
der gegebenenfalls leichten Auswechselbarkeit des Feldkonzentrators
auch eine besonders vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Schrumpfringe
ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme
mit einer konischen Aufnahmeöffnung
versehen, die eine Öffnungsdurchmesser
hat, der kleiner als ein größter Durchmesser des
Schrumpfrings und größer als
ein kleinster Durchmesser (Aussendurchmesser) des Schrumpfrings
ist. Durch diese Gestaltung wird eine einfache und betriebssichere
Ausführung
der Schrumpfringaufnahme sichergestellt, die eine Fehlbedienung durch
einen Benutzer nahezu ausschließt.
Der Schrumpfring weist zu diesem Zweck eine Außenkontur auf, die an gegenüberliegenden
Stirnseiten mit unterschiedlichen Außendurchmessern versehen ist.
Somit kann der Schrumpfring nur mit dem kleineren Durchmesser voraus
in die Schrumpfringaufnahme eingesetzt werden, während bei einem Ansetzen des
größeren Durchmessers
an der Schrumpfringaufnahme ein Formschluss eintritt, der ein Einsetzen des
falsch ausgerichteten Schrumpfrings verhindert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schrumpfeinrichtung
mit einer Erwärmungseinrichtung
und einer Aufnahme für
zumindest ein Schrumpfringfutter, die gegeneinander relativbeweglich
ausgeführt
sind, vorgesehen, wobei die Erwärmungseinrichtung
für die
Aufnahme der Handhabungsvorrichtung ausgebildet ist, um den Schrumpfring
in der Heizposition zu halten. Eine Schrumpfeinrichtung ermöglicht die
Erwärmung
des Schrumpfrings mittels der Erwärmungseinrichtung, wobei der Schrumpfring
in der Handhabungsvorrichtung fixiert ist und diese in einer korrespondierend
geformten Aufnahme der Erwärmungsvorrichtung
aufgenommen ist. Die Aufnahme für
das Schrumpfringfutter kann beispielsweise als Aufstellfläche ausgeführt sein,
in der für
eine reproduzierbare Positionierung des Schrumpfringfutters insbesondere
zumindest eine Vertiefung eingebracht oder zumindest ein Anschlag
vorgesehen ist. Durch die Relativbeweglichkeit der Erwärmungsvorrichtung
gegenüber
der Aufnahme für
das Schrumpfringfutter wird ein besonders vorteilhafter Aufsetz-
bzw. Aufpressvorgang für
den Schrumpfring ermöglicht,
da der in der Schrumpfringaufnahme aufgenommene Schrumpfring unmittelbar
nach Ende des Erwärmungsvorgangs
und ohne zwischengeschaltete Handhabungsschritte direkt mit Hilfe
der Erwärmungseinrichtung
auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Antriebseinrichtung
für eine
Kraftaufbringung auf die Handhabungsvorrichtung vorgesehen. Dadurch
kann ein automatisiertes Aufsetzen des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter
nach Beendigung des Erwärmungsvorgangs
verwirklicht werden, so dass der Schrumpfprozess im wesentlichen bedienerunabhängig durchgeführt werden
kann. Die Antriebseinrichtung wird für ein Annähern und Entfernen der Erwärmungsvorrichtung
von der Aufnahme für
das Schrumpfringfutter eingesetzt und ist insbesondere als elektrischer
Antrieb ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der elektrischen Antrieb als Elektromotor ausgeführt und
wirkt auf eine Spindel, auf der eine kraft- oder formschlüssig wirkverbundene
Schlossmutter angebracht ist, die für eine Kraftübertragung
auf die Erwärmungsvorrichtung
und/oder die Aufnahme vorgesehen ist. Damit kann ein einfacher Weise
eine kraft- oder weggesteuerte Relativbewegung zwischen Erwärmungsvorrichtung
und Aufnahme verwirklicht werden, die gegebenenfalls durch eine
mechanische Ausführung
der Schlossmutter und/oder durch eine an dem elektrischen Antrieb
vorgesehene Sensoreinrichtung kraft- und/oder wegbegrenzt werden
kann. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
die Handhabungsvorrichtung in einer kraftübertragenden Wirkverbindung
in der Erwärmungsvorrichtung
aufgenommen, wobei die Erwärmungsvorrichtung
mittels des elektrischen Antriebs zum Aufpressen des Schrumpfrings
auf das Schrumpffutter genutzt wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung
für die
Aufbringung einer Axialkraft längs
einer Mittelachse des Schrumpfringfutters ausgebildet. Damit wird
ein vorteilhafter Aufsetzvorgang des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter
bewirkt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung
für eine
Verarbeitung von Signalen einer dem Schrumpfring und/oder der Handhabungsvorrichtung
zugeordneten Auswerteeinheit und für eine Ansteuerung der Antriebseinrichtung und/oder
der Erwärmungseinrichtung
vorgesehen. Die Steuereinrichtung erlaubt somit eine Ansteuerung
des elektrischen Antriebs, um eine gesteuerte bzw. mittels Rückführung von
Sensorsignalen geregelte Relativbewegung der Erwärmungseinrichtung gegenüber der
Aufnahme zu bewirken. In Abhängigkeit
von den von der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellten Sensorsignalen
kann die Steuereinrichtung auch Einfluss auf einen von der Erwärmungseinrichtung
zur Verfügung
gestellten Energiestrom und auf den elektrischen Antrieb nehmen
und somit eine zumindest nahezu vollständig automatisierte Durchführung eines
Aufpressvorgangs eines Schrumpfrings bewirken. Mit einer derartig
ausgestalteten Schrumpfeinrichtung kann beispielsweise auch ein kraftgeregelter
Aufpressvorgang für
den Schrumpfring in Abhängigkeit
von einstellbaren und oder durch Sensoren ermittelbaren Randbedingungen
verwirklicht werden. Als Randbedingungen kommen beispielsweise die
Geometrie des eingespannten Werkzeugs, die für das Werkzeug vorgesehenen
Bearbeitungsvorgänge
oder der Durchmesser des Schrumpfrings und die dadurch beeinflusste
minimale und maximale Aufpresskraft in Frage.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung
für eine
Betätigung
des Schrumpfringauswerfers ausgebildet. Damit kann auch der abschließende Schritt
bei einem Einschrumpfen eines Werkzeugs in ein Schrumpfringfutter
automatisiert durchgeführt
werden. Nach Aufpressen des Schrumpfrings wird durch die Steuereinrichtung
eine Ansteuerung der für
die Betätigung
des Schrumpfringauswerfers vorgesehenen Antriebseinrichtung bewirkt
und der Schrumpfring wird dadurch aus der Schrumpfringaufnahme ausgestoßen. Die Antriebseinrichtung
kann dabei als diskrete Antriebseinheit ausgebildet sein oder als
integraler Bestandteil des elektrischen Antriebs verwirklicht werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung
für eine
Betätigung
der Greifeinrichtung und für
eine Aufbringung von axialen Zugkräften ausgebildet. Damit kann
auch das Abziehen des Schrumpfrings zum Zweck des Ausspannens eines
Werkzeugs aus dem Schrumpfringfutter automatisiert durchgeführt werden.
Somit ist der gesamte thermische Spannprozess im wesentlichen automatisiert
durchführbar
und erfordert lediglich einfache manuelle Bedienvorgänge, die
sich im Einlegen des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme,
im Einsetzen des Schrumpfringfutters mit eingelegtem Werkzeug und
im Entnehmen des Schrumpfringfutters erschöpfen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung werden diese Handhabungsvorgänge ebenfalls automatisiert,
insbesondere durch einen geeigneten Roboter ausgeführt, so dass
eine vollständige
Automatisierung erreicht werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Schrumpfring für Schrumpffutter
mit einer konischen Aussenkontur vorgesehen. Durch eine vorzugsweise
vorgesehene konische Innenkontur wird eine vorteilhafte Anpassung
an die ebenfalls konische Gestaltung des Werkzeugaufnahmeabschnitts des
Schrumpfringfutters erzielt. Durch eine konische Außenkontur
kann sichergestellt werden, dass eine besonders vorteilhafte Wirkverbindung
des Schrumpfrings mit der Schrumpfringaufnahme sichergestellt ist,
ebenso wird ein Ausstoßvorgang
aus der Schrumpfringaufnahme unterstützt, da bereits bei einer geringen
axialen Relativbewegung zwischen Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme
ein zwischen den beiden Komponenten bestehender, flächiger Kontakt
aufgelöst
wird. Für
eine Verwendung einer Abkühlvorrichtung
ist eine konische Außenkontur
des Schrumpfrings ebenfalls von Vorteil, da ein besonders inniger
dennoch leicht aufzulösender
flächiger
Berührkontakt
sichergestellt ist. Bei geeigneter Dimensionierung der Schrumpfringaufnahme kann
zudem sichergestellt werden, dass der Schrumpfring nur lagerichtig
aufgenommen werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenkontur
einen Konuswinkel von 1,5 Grad bis 3,5 Grad, vorzugsweise 2,5 Grad
auf. Dadurch wird ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen
einer guten Entformung des Schrumpfrings aus der Schrumpfringaufnahme
mit oder ohne den Auswerfer und einer kompakten Gestaltung des Schrumpfrings
sichergestellt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an einer Außenfläche zumindest
eine Codierung vorgesehen. Durch die Codierung kann in anschaulicher Weise
sichtbar gemacht werden, für
welches Schrumpfringfutter und/oder welchen Werkzeugdurchmesser
der Schrumpfring geeignet ist. Darüber hinaus kann auch verdeutlicht
werden, in welcher Lage der Schrumpfring auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt
werden soll.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei
zeigt:
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1 in
schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung
eine Schrumpfeinrichtung mit einer Erwärmungseinrichtung, einer Aufnahme,
einem Schrumpfring, einem Werkzeug und einem Schrumpfringfutter,
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2 in
perspektivischer Ansicht eine Handhabungsvorrichtung,
-
3 in
ebener, schematischer, nicht maßstäblicher
Schnittdarstellung die Handhabungsvorrichtung gemäß 2,
-
4 in
ebener, schematischer Schnittdarstellung einen Schrumpfring.
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Eine
in 1 dargestellte Schrumpfeinrichtung 1 weist
eine als Induktor 2 ausgeführte Erwärmungseinrichtung auf, die
für eine
Erwärmung
eines Schrumpfringes 4 und ein nachfolgendes Aufsetzen des
Schrumpfringes 4 auf ein Schrumpfringfutter 3 vorgesehen
ist, um ein Werkzeug 5 in einem Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 des
Schrumpfringfutters 3 kraftschlüssig aufnehmen zu können. Der
Induktor 2 ist an einer Standsäule 7 vertikal beweglich
angebracht, die an einer Bodenplatte 8 befestigt ist. In
der Bodenplatte 8 ist eine Aufnahmebohrung 9 für eine reproduzierbare
Positionierung des Schrumpfringfutters 3 vorgesehen. Der
Induktor 2 kann mittels einer Antriebseinrichtung, die
als elektrischer Antriebsmotor 10 ausgeführt ist,
gegenüber
der Bodenplatte 8 translatorisch verschoben werden. Für eine Beeinflussung
der für
den Induktor 2 vorgesehenen Energieversorgung und des Antriebsmotors 10 ist
eine Ansteuerungsvorrichtung 11 vorgesehen, die mit dem
Induktor 2 und dem Antriebsmotor 10 gekoppelt ist.
Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung 12 vorgesehen, die
mit nicht näher
dargestellten, im Induktor 2 bzw. einer nicht dargestellten
Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Sensoreinrichtungen verbunden werden
kann. Zu diesem Zweck kann entweder eine Verkabelung oder auch eine
drahtlose Abtastung der Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Die
Auswerteeinrichtung 12 ist mit der Ansteuerungsvorrichtung 11 verbunden,
wodurch ein Austausch und eine Übermittlung
von Signalen, insbesondere von der Auswerteeinheit 12 auf
die Ansteuerungsvorrichtung 11, sichergestellt werden kann.
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Auf
den Induktor 2 ist eine Abdeckplatte 17 aufgelegt,
die aus einem Ferrit-Material aufgebaut ist und als Feldkonzentrator
während
der Bestromung des Induktors dient. Die Abdeckplatte 17 ist
mit einer Durchgangsbohrung 18 versehen und weist an einer dem
Induktor 2 zugewandten, von außen nicht sichtbaren Stirnseite
eine nicht dargestellte Schrumpfringaufnahme auf. Die Schrumpfringaufnahme
ist derart an der Abdeckplatte angeordnet, das ein darin aufgenommener Schrumpfring 4 erwärmungstechnisch optimal
in dem magnetischen Feld angeordnet ist, das bei Bestromung des
Induktors 2 auftritt. Durch die leichte Abnehmbarkeit der
Abdeckplatte 17 kann der Schrumpfring 4 in besonders
einfacher Weise eingelegt werden und ist nach Auflegen der Abdeckplatte 17 günstig im
Magnetfeld positioniert. Die Abdeckplatte dient somit als Grundkörper einer
Handhabungsvorrichtung, mit der der Schrumpfring optimal im Induktor
positioniert und dort festgehalten werden kann.
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Das
nach Art eines Spannzangenfutters gestaltete Schrumpfringfutter 3 weist
einen Maschinenkegel 13 auf, der für eine Aufnahme in einer nicht
dargestellten Spindel einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. An
den Maschinenkegel 13 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt
an, dessen dem Maschinenkegel zugewandte Stirnseite plan ausgeführt ist und
für eine
flächige
Anlage an der Spindel vorgesehen ist. An einer dem Maschinenkegel 13 abgewandten
Stirnseite des Schrumpfringfutters 3 ist der Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 vorgesehen.
Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 wird durch einen im wesentlichen
kegelförmig
gestalteten Zapfen gebildet, der mit einer konzentrisch zur Mittelachse 14 ausgerichteten
Werkzeugaufnahmebohrung 15 versehen ist. Die Bohrung 15 weist
parallel zur Mittelachse 14 ausgerichtete Längsschlitze 16 auf,
die dem Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 die erforderliche Elastizität verleihen.
Das Schrumpfringfutter ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt.
In Wirkverbindung mit dem Schrumpfring 4, der mit seiner
Innenbohrung 19 auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 aufgesetzt werden
kann und von außen
eine Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 ausübt, ermöglicht die
geschlitzte Bohrung 15 die Aufnahme von Werkzeugen 5 mit
Toleranzen größer als
die der Toleranzklasse h6.
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Eine
in 2 dargestellte Handhabungsvorrichtung 20 weist
einen Grundkörper 21 und
eine mit dem Grundkörper 21 verbundene Schrumpfringaufnahme 22 auf.
Der Grundkörper 21 ist
im wesentlichen in zwei zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen
Durchmessern unterteilt. Der schlanke Abschnitt mit dem geringeren
Durchmesser dient als Verbindungsabschnitt 23 zwischen
dem Griffabschnitt 24 und der Schrumpfringaufnahme 22.
Der Verbindungsabschnitt 23 und der Griffabschnitt 24 sind
mit einer durchgehenden Bohrung versehen, die in der 3 näher dargestellt
ist. Gemäß der 2 ist
längs einer
Mittelachse 25 ein Langloch-Durchbruch 26 ausgebildet,
der für
die Aufnahme eines Anschlagbolzens 27 vorgesehen ist und
für eine
Wegbegrenzung des in 2 nicht näher dargestellten Auswerfers
dient. Der Grundköper
ist aus Metall gefertigt, bei anderen Ausführungsformen besteht er aus
Kunststoffmaterial, z. B. PEEK.
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Die
Schrumpfringaufnahme, die aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise
aus einem Polyether-Ether-Keton (PEEK) hergestellt ist, weist eine Aufnahmebohrung 28 auf,
deren Bohrungsachse konzentrisch zur Mittelachse 25 angeordnet
ist. In zwei zueinander orthogonalen Ebenen, die sich in der Mittelachse 25 schneiden
sind jeweils Längsschlitze 29 vorgesehen,
die eine Vergrößerung der Elastizität der Schrumpfringaufnahme 22 erlauben.
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Gemäß der 3 ist
die Aufnahmebohrung 28 der Schrumpfringaufnahme 22 konisch
ausgeführt,
wobei ein Konuswinkel α mit
2,5 Grad korrespondierend zu einem Konuswinkel der Außenfläche des
Schrumpfrings 4 gewählt
ist. Dadurch wird ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer guten
Entformung des Schrumpfrings 4 aus der Schrumpfringaufnahme 22 und
einer kompakten Gestaltung des Schrumpfrings 4 ermöglicht.
Die Schrumpfringaufnahme 22 ist über eine als Gewinde 30 ausgeführte Schnittstelle
auswechselbar und formschlüssig
mit dem Verbindungsabschnitt 23 gekoppelt. In dem Grundkörper 21 ist
eine Stufenbohrung 31 vorgesehen, die für die Aufnahme und Führung des
Auswerfers 32 bestimmt ist. Der Auswerfer 32 ist
im wesentlichen als zylindrischer Körper mit mehreren Durchmessern
ausgeführt
und kann längs
der Mittelachse 25 verschoben werden, wobei eine Verschiebung durch
eine Wechselwirkung des Anschlagbolzens 27 mit dem Durchbruch 26 begrenzt
wird. Der Auswerfer 32 ist aus einem isolierenden Material,
bevorzugt aus Kunststoff, besonders bevorzug aus Polyether-Ether-Keton
aufgebaut. An einer der Auf- nahmebohrung 28 zugewandten
Stirnseite des Auswerfers 32 ist eine Freistellungsbohrung 33 vorgesehen, die
beim Aufsetzen des in der Handhabungsvorrichtung 20 aufgenommenen
Schrumpfrings 4 auf das Schrumpfringfutter 3 eine
Kollision mit dem im Schrumpfringfutter 3 aufgenommenen
Werkzeug 5 vermeiden soll.
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Wie
in der 4 dargestellt, weist der Schrumpfring 4 eine
konische Aussenkontur mit einem Konuswinkel α und eine konische Innenbohrung 19 mit
einem Konuswinkel β auf.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind der Konuswinkel α und der
Konuswinkel β identisch,
sie können
jedoch auch je nach der Ausgestaltung des Werkzeugaufnahmeabschnitts
des Schrumpfringfutters und der Gestaltung der Handhabungsvorrichtung
andere und auch ungleiche Winkel einnehmen.
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Für eine erste
Variante eines Einspannvorgangs eines Werkzeugs 5 in ein
Schrumpfringfutter 3 wird zunächst der Schrumpfring 4 in
kaltem Zustand, beispielsweise mit Raumtemperatur, in die Schrumpfringaufnahme 22 eindrückt bis
er durch Reibschluss zwischen den Konusflächen von Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme
selbsthaltend geklemmt ist. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist
dabei so ausgerichtet ist, dass die Öffnung der Schrumpfringaufnahme 22 nach
oben weist. Der Auswerfer 32 wird durch das Einlegen des
Schrumpfrings 4 in eine Ruheposition verschoben, wie sie
beispielsweise in der 3 dargestellt ist. Die Handhabungsvorrichtung 20 wird
anschließend
in die Aufnahmebohrung 9 der Bodenplatte 8 eingesetzt,
wodurch eine reproduzierbare Positionierung gegenüber dem
Induktor 2 sichergestellt ist.
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Durch
Aktivierung der Ansteuerungsvorrichtung 11 fährt der
Induktor aus einer in 1 dargestellten oberen Ruheposition
in eine nicht dargestellte, untere Funktionsposition, in der eine
vorteilhafte Ausrichtung des Induktors 2 gegenüber dem
in der Handhabungsvorrichtung 20 aufgenommenen Schrumpfring 4 eingenommen
wird. Dadurch wird der Schrumpfring von unten in den Induktor eingeführt. Anschließend wird
durch die Ansteuerungsvorrichtung 11 der Energiefluss in
den Induktor 2 gestartet, wodurch ein magnetisches Wechselfeld
aufgebaut wird, das zu Wirbelströmen
und damit zu einer Erwärmung
des Schrumpfrings 4 führt.
Durch den Aufbau der Schrumpfringaufnahme aus elektrisch nichtleitendem
Kunststoff wird die Schrumpfringaufnahme 22 lediglich durch
den sich erwärmenden Schrumpfring 4 erwärmt, wobei
durch die thermisch isolierende Wirkung der Schrumpfringaufnahme 22 und
des Auswerfers 32 nahezu keine Wärmeleitung in den Grundkörper 21 stattfindet,
so dass dieser ohne weiteres während
des gesamten Erwärmungsvorgangs
ohne Schutzmaßnahmen
von Hand ergriffen werden kann.
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Durch
eine im Induktor gegebenenfalls vorgesehene, nicht näher dargestellte
Sensoreinrichtung kann beispielsweise ein Temperatursignal oder ein
Ausdehnungssignal an eine Auswerteeinrichtung 12 übermittelt
werden, die ihrerseits mit der Ansteuerungsvorrichtung 11 gekoppelt
ist. Anhand des Temperatursignals und/oder des Ausdehnungssignals wird
in Abhängigkeit
von einem vorgebbaren Abbruchkriterium der Energiestrom in den Induktor 2 von
der Ansteuerungseinrichtung 11 unterbrochen oder reduziert
und ein Signal ausgegeben, dass einem Bediener die Erwärmung des
Schrumpfrings auf eine vorgegebene Zieltemperatur und/oder Zielausdehnung
mitteilt.
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Der
Bediener kann nun den Induktor 2 mittels des Antriebsmotors 10 in
die Ruheposition verfahren und anschließend die Handhabungsvorrichtung 20 aus
der Aufnahmebohrung 8 entfernen. Der Bediener kann nun
ohne weiteres den in der Handhabungsvorrichtung 20 fest
gehaltenen Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung direkt
auf das mit einem Werkzeug 5 bestückte Schrumpfringfutter 3 aufsetzen
und eine Aufpresskraft ausüben.
Durch die geringe Wärmekapazität des Schrumpfrings 4 im
Vergleich zum Schrumpfringfutter 3 findet eine rasche Abkühlung des
Schrumpfrings 4 statt, wobei durch den parallel ablaufenden
Schrumpfvorgang die gewünschte
Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 und das
Werkzeug ausgeübt
wird. Durch Aufbringen einer Druckkraft auf die hintere Stirnfläche des
Auswerfers 32 wird dieser relativ zum Grundkörper 21 in
Richtung des Schrumpfrings 4 verschoben und ermöglicht somit
das Auswerfen des Schrumpfrings 4 aus der Schrumpfringaufnahme 22. Je
nach den Erfordernissen kann nach Abnehmen der Handhabungsvorrichtung 20 vom
Schrumpfringfutter 3 noch ein nicht dargestellter Kühladapter
einer Kühlvorrichtung
auf den Schrumpfring aufgesetzt werden, um eine vollständige Abkühlung des Schrumpfrings 4 und
des Schrumpfringfutters 3 auf Raumtemperatur sicherzustellen.
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Für eine zweite
Variante eines Einspannvorgangs eines Werkzeugs 5 in ein
Schrumpfringfutter 3 wird das Schrumpfringfutter mit dem
Werkzeug 5 bestückt
und in die Aufnahmebohrung 9 der Bodenplatte 8 platziert.
Der für
das Schrumpfringfutter 3 passende Schrumpfring 4 wird
in eine Schrumpfringaufnahme eingesetzt, die an der Abdeckplatte 17 vorgesehen
ist. Die in diesem Fall als Handhabungsvorrichtung dienende Abdeckplatte 17 wird
auf den Induktor 2 aufgelegt und kraftübertragend verriegelt. Mittels
der Abdeckplatte/Handhabungsvorrichtung wird der Schrumpfring von
oben genau in der optimalen Heizposition innerhalb des Induktors
positioniert.
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Nach
Start des Schrumpfvorgangs wird zunächst über die Ansteuerungsvorrichtung 11 der
Induktor 2 bestromt und erwärmt über Wirbelströme den Schrumpfring 4.
Je nach Ausgestaltung der Schrumpfeinrichtung wird die Versorgung
des Induktors 2 mit Energie in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit
oder in Abhängigkeit
von Signalen einer Sensoreinrichtung unterbrochen bzw. reduziert.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Induktor 2 mitsamt dem daran
angekoppelten Schrumpfring in Richtung des Schrumpfringfutters 3 verfahren
und mittels des Antriebsmotors 10 eine mechanische begrenzte
oder elektronisch geregelte Aufpresskraft ausgeübt. Durch die anschließende Abkühlung des
Schrumpfrings 4 wird dieser kraftschlüssig auf das Schrumpffutter 3 aufgebracht,
der Induktor 2 kann nun wieder in seine Ruheposition verfahren
werden, während das
Schrumpfringfutter aus der Aufnahmebohrung 9 entnommen
wird und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.
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Nach
Start des Schrumpfvorgangs wird zunächst über die Ansteuerungsvorrichtung 11 der
Induktor 2 bestromt und erwärmt über Wirbelströme den Schrumpfring 4.
Je nach Ausgestaltung der Schrumpfeinrichtung wird die Versorgung
des Induktors 2 mit Energie in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit
oder in Abhängigkeit
von Signalen einer Sensoreinrichtung unterbrochen bzw. reduziert.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Induktor 2 mitsamt dem daran
angekoppelten Schrumpfring in Richtung des Schrumpfringfutters 3 verfahren
und mittels des Antriebsmotors 10 eine mechanische begrenzte
oder elektronisch geregelte Aufpresskraft ausgeübt. Durch die anschließende Abkühlung des
Schrumpfrings 4 wird dieser kraftschlüssig auf das Schrumpffutter 3 aufgebracht,
der Induktor 2 kann nun wieder in seine Ruheposition verfahren
werden, während das
Schrumpfringfutter aus der Aufnahmebohrung 9 entnommen
wird und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.