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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von
Gegenständen,
insbesondere von Werkzeugaufnahmen, mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Eine
solche Vorrichtung ist in Gestalt eines Schrumpfgerätes aus
der
EP 1 165 284 B1 bekannt. Das
Schrumpfgerät
weist eine Werkzeugaufnahme mit einem Hülsenteil auf, in welches der
Schaft eines Werkzeugs mit Schrumpfsitz eingesetzt und gehalten werden
kann. Zum Einsetzen und Lösen
des Werkzeugs wird die Werkzeugaufnahme mittels einer Spulenanordnung
beheizt, wobei der Schrumpfsitz durch die unterschiedlichen Dehnungen
von Werkzeugschaft und Werkzeugaufnahme gelöst werden kann. Auf der Spulenanordnung
ist ein Polschuh angeordnet, der die magnetischen Feldlinien an
der betreffenden Stirnseite der Induktionsspule konzentrieren soll, um
eine übermäßige induktive
Erwärmung
des Werkzeugs zu vermeiden. Der vorbekannte Polschuh besteht aus
einem magnetisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Werkstoff,
insbesondere Ferrit. Ferrit ist jedoch ein empfindliches Material,
welches spröde und
bruchanfällig
ist. Es lässt
sich nur schwer mechanisch bearbeiten und ist außerdem kostenintensiv.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Vorrichtung
zum induktiven Erwärmen aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Der
aus magnetisch und elektrisch leitenden Lamellen aufgebaute Polschuh
hat den Vorteil, dass er ebenfalls eine übermäßige Erwärmung des Werkzeugs in einem Schrumpfgerät vermeidet,
wobei der Polschuh wesentlich kostengünstiger und leichter zu bearbeiten
ist als Ferrit. Mit dem Lamellenmaterial sind auch andere Formgebungen
des Polschuhs und andere Handhabungseigenschaften, insbesondere Verstellmöglichkeiten,
gegeben. Die Lamellen haben zudem den Vorteil, dass sie eine noch
höhere
Permeabilität
bzw. magnetische Leitfähigkeit
als Ferrit aufweisen.
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Bei
der beanspruchten Polschuhausbildung wird das Entstehen von Wirbelströmen in den
Lamellen in Kauf genommen, wobei ein quer gerichteter Stromfluss
durch die Lamellenpakete über
eine gegenseitige Isolierung der Lamellen verhindert werden kann.
Diese gezielte Wirbelstrombeeinflussung verhindert eine übermäßige Erwärmung der
Lamellen und des Werkzeugs.
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Der
Polschuh kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. In den
Unteransprüchen
sind hierfür
verschiedene vorteilhafte Ausführungsbeispiele
angegeben. Durch entsprechende Gestaltung kann der Polschuh als
Ganzes bedarfsgerecht ausgewechselt werden. Alternativ kann der
Polschuh mehrteilig ausgebildet sein und Verstellmöglichkeiten aufweisen.
Hierüber
lassen sich Anpassungen an unterschiedliche Geometrien, insbesondere
differierende Werkzeugdurchmesser erreichen.
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Für den Polschuh
ist es ferner in verschiedenen Konfigurationen von Vorteil, wenn
mehrere Lamellenpakete übereinander
angeordnet sind, wobei die Lamellenausrichtungen differieren und
insbesondere kreuzweise angeordnet sind.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1:
einen Querschnitt durch eine erste Variante eines Schrumpfgerätes mit
einem scheibenförmigen
Polschuh,
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2:
eine perspektivische Ansicht eines solchen aus zwei Lamellenpaketen
bestehenden Polschuhs,
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3:
eine zweite Variante des Schrumpfgeräts im Querschnitt mit einem
aus verstellbaren bügelförmigen Einzelblöcken bestehenden
Polschuhs,
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4:
eine perspektivische Ansicht eines aus Blöcken bestehenden Polschuhs
mit der Darstellung von zwei Varianten und
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5:
eine Draufsicht auf ein Lamellenpaket.
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung (
1) zum induktiven
Erwärmen
von Gegenständen,
bei denen es sich zum Beispiel um die in
1 und
3 gezeigten
Werkzeugaufnahmen (
2) handelt. Die Vorrichtung (
1)
kann ein induktives Schrumpfgerät
darstellen und im wesentlichen entsprechend der
EP 1 165 284 B1 aufgebaut
sein.
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In
der Ausbildung als Schrumpfgerät
weist die Vorrichtung (
1) eine Spulenanordnung (
6)
auf, welche ringförmig
eine Werkzeugaufnahme (
2) umgibt. Die Spulenanordnung (
6)
ist mit einer steuerbaren Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden
und kann ein oder mehrere Spulengehäuse (
7) aufweisen,
in dem mindestens eine Spulenwicklung (
8) angeordnet ist.
Das Spulengehäuse
(
7) dient zur Magnetfeldabschirmung und kann z.B. aus einem
Pulververbundwerkstoff bestehen. Es umschließt ringförmig die Spulenwicklung (
8).
Die Werkzeugaufnahme (
2) weist eine Hülse (
3) zur Aufnahme
des Schaftes eines Werkzeugs (
5) auf. Die Anordnung kann
die gleiche wie in der
EP
1 165 284 B1 sein. Das Schrumpfgerät (
1) kann ein Gestell,
eine Energieversorgung, Bedienelemente und weitere, der Übersicht halber
nicht näher
dargestellte Komponenten besitzen.
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An
der Stirnseite (4) der Werkzeugaufnahme (2) und
der Spulenanordnung (6) ist ein Polschuh (9) angeordnet,
der ebenfalls ringförmig
die Werkzeugaufnahme (2) und das Werkzeug (5)
umgibt und vorzugsweise zentrisch zur Mittelachse (21)
der Vorrichtung (1) bzw. des Schrumpfgeräts ausgerichtet
ist. Der Polschuh (9) kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet
sein und ist über
eine geeignete Polschuhaufnahme (20) an der Vorrichtung
(1), z.B. am Spulengehäuse
(7) angeordnet. Die Anordnung kann fest oder lösbar sein.
Bei geeigneter Ausbildung kann der Polschuh (9) auch verstellbar
sein. Wie 1 und 3 verdeutlichen,
hat der Polschuh (9) eine zentrale Durchgangsöffnung (18)
für das
Werkzeug (5) und kann in diesem Bereich an der Stirnfläche (4)
der Werkzeugaufnahme (2) anliegen oder zumindest eng benachbart
sein. Im Bereich der Durchgangsöffnung (18)
können
die außenseitigen
Ränder
des Polschuhs eine den Magnetfluss konzentrierende abfallende Anschrägung (19)
aufweisen.
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Der
Polschuh (9) besteht aus mehreren geschichteten Lamellen
(10), die aus einem magnetisch und elektrisch leitenden
Material bestehen. 2, 4 und 5 verdeutlichen
diese Anordnung. Die Lamellen (10) sind stehend angeordnet,
wobei sie mit ihren Breitseiten benachbart ausgerichtet sind. Die vorzugsweise
länglichen
Lamellen haben mit ihren Längsachsen
eine Ausrichtung quer zur zentralen Achse (21) des Schrumpfgeräts und sind
mit ihren Breitseiten hochkant oder stehend angeordnet.
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Die
Lamellen (10) sind untereinander zu ein oder mehreren Lamellenpaketen
(12, 13) verbunden. Die Verbindung kann in beliebig
geeigneter Weise, z.B. durch Kleben, eine elektrisch isolierende
Bandage oder Umreifung oder dgl. erfolgen.
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Die
Lamellen (10) können
aus einem beliebig geeigneten magnetisch und elektrisch leitenden
Material bestehen. Vorzugsweise bestehen sie aus Metall, insbesondere
aus MU-Metall (Nickel-Eisen-Legierung).
Die Lamellen (10) können
auch aus Trafoblechen bestehen. Trafobleche haben z.B. eine Permeabilitätszahl von
ca. 4.000 bis 10.000. Sie haben außerdem bessere magnetische
Eigenschaften als Ferrit, insbesondere eine höhere Sättigungsflussdichte, wobei
die Remanenz und Koerzitivfeldstärke geringer
als bei Ferrit sind. Die Trafobleche können herstellungsbedingt, z.B.
durch Walzen, in Lamellenlängsrichtung
eine bessere magnetische Leitfähigkeit als
in Querrichtung haben. Bei MU-Metall liegt die Permeabilitätszahl z.B.
zwischen 30.000 und 100.000. Die Permeabilität ist höher als bei Ferrit, wo sie
bei ca. 2.000 bis 3.000 liegt. Im Gegensatz zu Ferrit sind die Lamellen
(10) elektrisch leitend.
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Die
Lamellen (10) können
innerhalb der Lamellenpakete (12, 13) gegenseitig
elektrisch isoliert sein. An den Breitseiten der Lamellen (10)
ist hierbei z.B. eine elektrische Isolierung (11) in Form
einer Beschichtung oder einer Zwischenlage angeordnet. Trafobleche
sind z.B. bereits mit einer solchen Beschichtung versehen. Alternativ
kann zwischen blanke Metallbleche eine isolierende Einlage, z.B.
aus Trafopapier oder dergl. eingelegt sein.
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Für die Gestaltung
und Geometrie des Polschuhs (9) gibt es verschiedene Ausführungsmöglichkeiten.
Die Lamellenpakete (12, 13) können ein- oder mehrlagig vorhanden
sein. Insbesondere können
zwei oder mehr Lamellenpakete (12, 13) übereinander
angeordnet sein. Die übereinander
angeordneten Lamellenpakete (12, 13) können hierbei
unterschiedliche Lamellenausrichtungen aufweisen. Insbesondere können die
Lamellenausrichtungen einander im wesentlichen rechtwinklig kreuzen.
Durch die Isolierung (11) wird ein Stromfluss zwischen
den einzelnen Lamellen (10) und quer zur Lamellenausrichtung
verhindert. Bei kreuzweise ausgerichteten Lamellenpaketen (12, 13)
kann das in den Lamellenrichtungen verlaufende torroidförmige Magnetfeld
mit mehreren Richtungskomponenten in die Werkzeugaufnahme () geleitet
werden, wobei richtungsbedingte Verluste weitgehend vermieden werden.
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Der
Polschuh (9) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet
sein. 2 und 4 verdeutlichen hierfür verschiedene
Varianten. In 2 ist der Polschuh als Scheibe
(14), insbesondere als Ringscheibe ausgebildet. Die Scheibe
(14) kann aus einem einzelnen Lamellenpaket (12)
oder mehreren übereinander
angeordneten und vorzugsweise kreuzweise zueinander ausgerichteten
Lamellenpaketen (12, 13) bestehen. Die zentrale
Durchgangsöffnung
(18) ist aus den Lamellenpaketen (12, 13)
freigeschnitten. Wie 1 verdeutlicht, kann eine solche
Scheibe (14) in der ringförmigen Scheibenaufnahme (20)
geführt
und lösbar
befestigt sein, z.B. über
einen Bajonettverschluss oder dergl.. Die Scheibe (14)
lässt sich
bei Bedarf wechseln, wobei z.B. verschiedene Polschuhe (9)
unterschiedlich große Durchmesser
der Durchgangsöffnung
(18) aufweisen können.
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4 und 5 zeigen
eine andere Variante, in der der Polschuh (9) mehrere als
Block (15, 16) ausgebildete Lamellenpakete (12, 13)
aufweist. Der einzelne Block (15, 16) kann hierbei
z.B. eine im wesentlichen quaderförmige Kontur haben, wie sie
in 5 und bei einem Teil der Blöcke (15, 16)
in 4 dargestellt ist.
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Der
Polschuh (9) besteht bei der Blockvariante aus mindestens
zwei paarweise gegenüberliegenden
Blöcken
(15, 16). Dies können z.B. nur die zwei in 4 dargestellten
Blöcke
(16) sein, die einander an der zentralen Achse (21)
mit Abstand gegenüber
liegen und eine Durchlassöffnung
(18) freilassen. Der Polschuh (9) kann auch aus
vier oder mehr gleichmäßig im Kreis
um die Achse (21) verteilten und dabei jeweils paarweise
einander gegenüber liegenden
Blöcken
(15, 16) bestehen. Die Blöcke (15, 16)
sind in diesen Anordnungen im wesentlichen radial zur zentralen
Achse (21) ausgerichtet und umgeben die Durchlassöffnung (18).
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Die
Blöcke
(15, 16) sind jeweils einzeln in geeigneter Weise
gelagert und gehalten, wobei sie z.B. auf der Spulenauflage (20)
der Spulenanordnung (6) angeordnet sind. Diese Anordnung
kann fest oder lösbar
sein. Die Blöcke
(15, 16) können
außerdem verstellbar
und insbesondere radial zur Achse (21) verstellbar angeordnet
sein. Pfeile verdeutlichen in 4 die Verstellrichtung.
Hierdurch lässt
sich bei Bedarf die Durchlassöffnung
(18) verkleinern oder vergrößern.
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4 zeigt
verschiedene Ausbildungsvarianten der Blöcke (15, 16).
Die Blöcke
(16) sind quaderförmig
ausgebildet. Dies ist auch bei dem linken Block (15) in 4 der
Fall. Der rechte Block (15) in 4 zeigt
eine andere Gestaltung, wie sie auch in der Querschnittsdarstellung
von 3 aufscheint. Dieser Block (15) hat eine
abgewinkelte Form und ist z.B. als in Seitenansicht im wesentlichen
U-förmiger Bügel (17)
ausgebildet, welcher die Spulenanordnung (6) an drei Seiten
umgreifen kann. Der untere Bügelschenkel
ist hierbei kürzer
als der obere Schenkel. Dies entspricht den unterschiedlichen Durchmessern
der im wesentlichen kegelförmigen
Werkzeugaufnahme (2) und der zumindest bereichsweisen radialen Überdeckung
der Stirnfläche
(4). Der bügelförmige Block
(15) kann ebenfalls auf der Spulenanordnung (6)
in ein oder mehreren Achsen verschiebbar gelagert sein. Insbesondere
ist hierüber eine
radiale Verstellung gegenüber
der Achse (21) möglich.
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Mehrere
U-förmige,
im Umfang verteilte Blöcke
(15, 16) können
die Spulenabschirmung übernehmen
und erlauben den Verzicht auf ein separates Spulengehäuse (7).
Die Spulenanordnung (6) kann luftiger und kleiner bauen,
wobei auch der Kühlbedarf verringert
bzw. die Verfügbarkeit
der Vorrichtung (1) erhöht
wird.
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Beim
Polschuh (9) können
mehrere Blöcke (15, 16)
eine solche Winkel- oder Bügelform
(17) aufweisen. Der Polschuh (9) hat hierdurch
zumindest bereichsweise eine Winkel- oder Bügelform (17). Eine
solche Gestaltung ist auch in der Variante von 2 möglich, wobei
z.B. die Ringscheibe (14) in mehrere Segmente unterteilt
ist, welche radial beweglich und verstellbar angeordnet sind.
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Abwandlungen
der gezeigten Ausführungsformen
sind in verschiedener Weise möglich.
Die Lamellenform kann differieren und muss nicht die in den Ausführungsbeispielen
gezeigte Rechteckform haben. Alternativ sind gewölbte oder gebogene Formen möglich, ähnlich auch
zur Bügelform
(17). Ferner können
die Blöcke
(15, 16) eine andere als die gezeigte quaderförmige Kontur
haben. Sie können
insbesondere in Draufsicht als Ringsegmente ausgebildet sein. Ferner
sind andere geeignete Materialien für die Lamellen (10)
möglich.
Auch die Isolierung (11) kann in anderer Weise, z.B. durch
Abstandsbildung zwischen den Lamellen (10) oder dergl.
ausgeführt
sein. Ferner können
die Lamellen liegend angeordnet sein und in mehreren gegenseitig
isolierten Schichten übereinander
und ggf. auch nebeneinander angeordnet sein. Vorzugsweise ist die
Abmessung der Lamellen in Umfangsrichtung bzgl. der zentralen Achse
(21) gering. Die Lamellen (10) können ferner
statt der gezeigten dünnwandigen
Blattform auch eine dünne
Stangen- oder Stiftform
haben.
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- 1
- Vorrichtung
zum induktiven Erwärmen, Schrumpfgerät
- 2
- Werkzeugaufnahme
- 3
- Hülse
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Werkzeug
- 6
- Spulenanordnung
- 7
- Spulengehäuse
- 8
- Spulenwicklung
- 9
- Polschuh
- 10
- Lamelle,
Trafoblech
- 11
- Isolierung
- 12
- Lamellenpaket
- 13
- Lamellenpaket
- 14
- Scheibe
- 15
- Block
- 16
- Block
- 17
- Bügel
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Anschrägung
- 20
- Polschuhaufnahme
- 21
- Achse,
Längsachse