DE102006015880A1

DE102006015880A1 - Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs

Info

Publication number: DE102006015880A1
Application number: DE102006015880A
Authority: DE
Original assignee: INTEC GmbH
Current assignee: Ajax Tocco Magnethermic Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-04-06
Also published as: DE102006015880B4

Abstract

Eine Werkzeugaufnahme aus elektrisch leitendem Material hat eine Paßöffnung (20) für den Schaft (22) des Werkzeugs, die bei dessen Betriebstemperatur Übermaß hat. Zur induktiven Erwärmung der Werkzeugaufnahme dient eine koaxial dazu anordenbare Induktionsspule. Die Induktionsspule hat die Form eines zylindrischen Becherrings. Sie reicht mit einer Becherbodenpartie, gegen die das Werkzeug mit einer Abschirmung aus Nichteisenmetall abgeschirmt ist, vor die Stirnseite (18) der Werkzeugaufnahme, über die das eingespannte Werkzeug vorsteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs, das einen Werkzeugschaft hat, in eine bzw. aus einer Werkzeugaufnahme. Die Werkzeugaufnahme besteht aus elektrisch leitendem Material. Sie ist mit einer Paßöffnung für den Werkzeugschaft versehen, die bei Betriebstemperatur des Werkzeugs Untermaß hat, und sie weist eine äußere Stirnseite auf, über die das eingespannte Werkzeug vorsteht. Zum Ein- und Ausspannen des Werkzeugs wird die Werkzeugaufnahme induktiv erwärmt, so daß sie sich ausdehnt. Das geschieht mit einer Induktionsspule, die sich koaxial zu der Werkzeugaufnahme anordnen läßt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 200 23 146 U1 bekannt. Sie hat eine Werkzeugaufnahme, deren Paßöffnung zum Einspannen des Werkzeugs durch induktive Erwärmung erweitert wird, so daß das kalte Werkzeug mit seinem Schaft hineinpaßt. Durch anschließendes Abkühlen entsteht eine reibschlüssige, verdrehfeste Verbindung, die sich auch im hochtourigen Betrieb des Werkzeugs nicht löst. Zum Ausspannen wird die aus Werkzeugaufnahme und Werkzeug bestehende Einheit neuerlich induktiv erwärmt und das Werkzeug aus der Paßöffnung herausgezogen. Das ist nur deshalb möglich, weil die Erwärmung von außen nach innen fortschreitet, also zunächst die Werkzeugaufnahme erwärmt wird, bevor die Wärme den eingespannten Werkzeugschaft erreicht. Es dehnt sich also zunächst die Werkzeugaufnahme aus, so daß das noch kältere Werkzeug daraus gelöst werden kann.

Wirklich befriedigend funktioniert das allerdings nur dann, wenn Werkzeuge mit geringer thermischer Ausdehnung und/oder mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Werkzeuge aus Hartmetall oder Keramik verwendet werden. Bei Werkzeugen aus Werkzeugstahl kommt es hingegen immer wieder zu Problemen beim Ausspannen.

Dem abzuhelfen, sieht die DE 200 23 146 U1 an der äußeren Stirnseite der Werkzeugaufnahme, über die das eingespannte Werkzeug vorsteht, einen ringförmigen Polschuh aus magnetisch leitendem, elektrisch nicht leitendem Material vor, der eine zentrale Durchtrittsöffnung für das Werkzeug hat. Der Polschuh soll die magnetischen Feldlinien an der Stirnseite der Werkzeugaufnahme konzentieren und das darüber vorstehende Ende des eingespannten Werkzeugs vor den elektromagnetischen Streufeldern aus der Induktionsspule abschirmen.

Mit der Verwendung eines Polschuhs nach der DE 200 23 146 U1 geht ein beträchtlicher Aufwand einher. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit der sich auch Werkzeuge von größerer thermischer Ausdehnung und/oder höherer elektrischer Leitfähigkeit zuverlässig ein- und ausspannen lassen, baulich zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Induktionsspule in Form eines zylindrischen Becherrings verwendet, die mit einer Becherbodenpartie, gegen die das Werkzeug mit einer Abschirmung aus Nichteisenmetall abgeschirmt ist, vor die Stirnfläche der Werkzeugaufnahme reicht.

Die Abschirmung schränkt das magnetische Wechselfeld der Induktionsspule ein. Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung der Werkzeugaufnahme erreicht. Lokale Überhitzungen und Unterkühlungen werden gleichermaßen vermieden. Zugleich wird das Werkzeug gegen das magnetische Wechselfeld der Induktionsspule abgeschirmt. Das Werkzeug wird weniger erwärmt, und es dehnt sich entsprechend weniger aus, so daß es sehr zuverlässig ausgespannt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Abschirmung einen Ringkörper, der in koaxialer Anordnung zwischen dem Werkzeug und der Becherbodenpartie der Induktionsspule zu liegen kommt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Ringkörper an seinem äußeren Ende eine radial nach außen abstehende Ringscheibe, die die Becherbodenpartie der Induktionsspule überdeckt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmung mit der Induktionsspule fest verbunden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Induktionsspule einen Windungsträger aus elektrischen Isoliermaterial in Form eines zylindrischen Becherrings. Die Abschirmung ist in den Windungsträger eingegossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform lassen sich die Werkzeugaufnahme und die Induktionsspule in axialer Relativbewegung zueinander verstellen. Die Abschirmung begrenzt den Stellhub als Anschlag.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Gezeigt ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs in eine bzw. aus einer Werkzeugaufnahme.
Das Werkzeug ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Fräser 10. Die Werkzeugaufnahme ist ein Fräserfutter 12, genauer gesagt ein Schrumpffutter für den Fräser 10. Das Futter 12 hat einen hinteren Spannkonus 14, mit dem es an der Spindel einer Werkzeugmaschine befestigt wird, und einen vorderen Spannkonus 16 für den Fräser 10.
Der vordere Spannkonus 16 hat eine radiale Stirnfläche 18, an der eine mittige, axiale Paßöffnung 20 für den Schaft 22 des Fräsers 10 endet. Die Stirnfläche 18 erstreckt sich kreisringförmig um die Paßöffnung 20 herum. Letztere ist ein rundes Sackloch in dem vorderen Spannkonus 16.
Ihr Durchmesser hat Untermaß zu dem Schaftdurchmessers des Fräsers 10. Der in das Futter 12 eingespannte Fräser 10 steht über die radiale Stirnfläche 18 des vorderen Spannkonus 16 vor. Zum Ein- und Ausspannen des Fräsers 10 wird das Futter 12 induktiv erwärmt.
Das Futter 12 ragt in das Innere einer Induktionsspule hinein, die den vorderen Spannkonus 16 koaxial umgibt. Die Spule hat die Form eines zylindrischen Becherrings. Ein äußerer Windungsträger 24 von eben dieser Form ist koaxial zu dem vorderen Spannkonus 16 derart angeordnet, daß der Becherboden der Stirnfläche 18 des Spannkonus 16 gegenüberliegt. In der Mitte des Becherbodens befindet sich eine axiale Zentralöffnung 36 in Form eines Rundlochs, durch das der Fräser 10 paßt.
Der Windungsträger 24 enthält eine Spule mit mehreren Spulenwindungen 28 aus Litzendraht in der Geometrie des Becherrings. Eine Becherbodenpartie der Spule reicht radial innen bis vor die Stirnfläche 18 des vorderen Spannkonus 16. Windungszahl, Windungsdurchmesser und axiale Länge der Spule sind den Gegebenheiten entsprechend zu wählen. Die Spule kann in luftgekühlter oder wassergekühlter Ausführung betrieben werden.
Der Fräser 10 ist mit einer Abschirmung aus Nichteisenmetall gegen die Spule abgeschirmt. Die Abschirmung ist außen vor der Spule in den Becherboden des Windungsträgers 24 eingegossen. Sie besteht aus einem zylindrischen Ringkörper 30, der koaxial um den Fräser 10 herum zu liegen kommt, und einer von dem äußeren Ende des Ringkörpers 30 radial nach außen abstehenden, flachen zylindrischen Ringscheibe 32, die die Becherbodenpartie der Spule annähernd vollständig überdeckt.
Das innere Ende des Ringkörpers 30 steht axial über die Spule vor. Die Abschirmung bildet so einen Anschlag, der die axiale Stellbewegung von Induktionsspule und Futter 12 relativ zueinander begrenzt. In Anschlagstellung kommt das vorstehende Ende des Ringkörpers 30 an der Stirnfläche 18 des vorderen Spannkonus 16 zu liegen.
Anhand des Verlaufs der Feldlinien 34 des von der Induktionsspule erzeugten magnetischen Wechselfelds erkennt man, daß sich die induktive Erwärmung auf den vorderen Spannkonus 16 konzentriert. Der Fräser 10 ist gegen das Feld effektiv abgeschirmt.

10: Fräser
12: Futter
14: hinterer Spannkonus
16: vorderer Spannkonus
18: Stirnseite bzw. Stirnfläche
20: Paßöffnung
22: Schaft
24: Windungsträger
26: Zentralöffnung
28: Spulenwindung
30: Ringkörper
32: Ringscheibe
34: Feldlinie

Claims

Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs, das einen Werkzeugschaft hat, in eine bzw. aus einer Werkzeugaufnahme, die aus elektrisch leitendem Material besteht, mit einer Paßöffnung für den Werkzeugschaft versehen ist, die bei Betriebstemperatur des Werkzeugs Untermaß hat, und eine äußere Stirnseite aufweist, über die das eingespannte Werkzeug vorsteht, mit einer zur induktiven Erwärmung der Werkzeugaufnahme koaxial dazu anordenbaren Induktionsspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule die Form eines zylindrischen Becherrings hat und mit einer Becherbodenpartie, gegen die das Werkzeug mit einer Abschirmung aus Nichteisenmetall abgeschirmt ist, vor die Stirnseite (18) der Werkzeugaufnahme reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen Ringkörper (30) hat, der in koaxialer Anordnung zwischen dem Werkzeug und der Becherbodenpartie der Induktionsspule zu liegen kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (30) an seinem äußeren Ende eine radial nach außen abstehende Ringscheibe (32) hat, die die Becherbodenpartie der Induktionsspule überdeckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung mit der Induktionsspule fest verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule einen Windungsträger (24) aus elektrischem Isoliermatieral in Form eines zylindrischen Becherrings hat, und daß die Abschirmung in den Windungsträger (24) eingegossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Werkzeugaufnahme und Induktionsspule in axialer Relativbewegung zueinander verstellbar sind, und daß die Abschirmung den Stellhub als Anschlag begrenzt.