DE102007062537B4 - Device for clamping bodies in a receptacle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Ein- und Ausspannen von einen Einspannabschnitt (2) aufweisenden Körpern (4) in einer Aufnahme (6), die eine eine Aufnahmeöffnung (24) aufweisende Spannhülse (8) aus elektrisch leitendem Werkstoff zur reibschlüssigen Aufnahme des Einspannabschnitts (2) in der Aufnahmeöffnung (24) umfasst, und mit einer mit einem Wechselstrom beaufschlagbaren Induktionsspule (12) zum Erwärmen der Spannhülse (8), in deren Spulenöffnung (34) die Spannhülse (8) wenigstens teilweise hineinragt, wobei die Induktionsspule (12) an ihrer dem freien Ende (14) der Spannhülse (8) benachbarten Stirnfläche (16) durch ein wenigstens eine Durchgangsöffnung (18; 18a, 18b, 18c, 18d) für den Körper (4) aufweisendes Abschirmelement (20) aus magnetisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Werkstoff wenigstens teilweise übergriffen ist. Die Erfindung sieht eine Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement (20) und der Induktionsspule (12) in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung (22) des Körpers (4) vor, derart, dass a) von einer in dem Abschirmelement (20) vorhandenen Durchgangsöffnung (18) mit sich in Relativbewegungsrichtung gesehen ändernden Innenabmessungen ein für die Außenabmessung des zu spannenden Körpers (4) geeigneter Abschnitt der Durchgangsöffnung (18) in eine mit der Aufnahmeöffnung (24) der Spannhülse (8) koaxiale Arbeitsstellung einstellbar ist, oder dass b) von mehreren in dem Abschirmelement (20) vorhandenen Durchgangsöffnungen (18a, 18b, 18c, 18d) mit unterschiedlichen Innenabmessungen eine Durchgangsöffnung mit einer für die Außenabmessung des zu spannenden Körpers (4) geeigneter Innenabmessung in eine mit der Aufnahmeöffnung (24) der Spannhülse (8) koaxiale Arbeitsstellung einstellbar ist, wobei c) das Abschirmelement (20) und/oder die Induktionsspule (12) in der Arbeitsstellung festlegbar ausgebildet ist.The invention relates to a device (1) for clamping and unclamping bodies (4) having a clamping section (2) in a receptacle (6), which has a clamping sleeve (8) made of electrically conductive material for frictionally engaging material and having a receiving opening (24) of the clamping section (2) in the receiving opening (24), and with an induction coil (12) to which an alternating current can be applied for heating the clamping sleeve (8), into the coil opening (34) of which the clamping sleeve (8) at least partially protrudes, the induction coil (12) on its end face (16) adjacent to the free end (14) of the clamping sleeve (8) through a magnetic shielding element (20) having at least one through opening (18; 18a, 18b, 18c, 18d) for the body (4) conductive and electrically non-conductive material is at least partially overlapped. The invention provides a relative movement between the shielding element (20) and the induction coil (12) in a plane perpendicular to the longitudinal extent (22) of the body (4), such that a) from a through opening (18.) In the shielding element (20) ) with changing internal dimensions seen in the direction of relative movement, a section of the passage opening (18) suitable for the external dimension of the body to be clamped (4) can be adjusted into a working position coaxial with the receiving opening (24) of the clamping sleeve (8), or that b) several through openings (18a, 18b, 18c, 18d) with different internal dimensions in the shielding element (20) have a through opening with an internal dimension suitable for the external dimension of the body to be clamped (4) into a coaxial with the receiving opening (24) of the clamping sleeve (8) Working position is adjustable, wherein c) the shielding element (20) and / or the induction coil (12) in the working position is designed to be determinable.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen von einen Einspannabschnitt aufweisenden Körpern in einer Aufnahme, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device for clamping and unclamping bodies having a clamping section in a receptacle, according to the preamble of claim 1.
Solche beispielsweise aus der
Zum Ausspannen wird die Spannhülse erneut durch Bestromung der Induktionsspule erwärmt, wodurch sich aufgrund des zeitlich bedingten Wärmeübergangs von außen nach innen, also von der Spannhülse auf den Werkzeugschaft zunächst die Spannhülse erwärmt und sich ausdehnt, wodurch der demgegenüber noch kältere Werkzeugschaft aus der Aufnahmebohrung der Spannhülse herausgezogen werden kann. Dieser Vorgang funktioniert bei Werkzeugen aus Hartmetall wesentlich unproblematischer als bei solchen aus HSS (High Speed Steel), da bei ersteren die thermisch bedingten Dehnungen wesentlich geringer sind als bei letzteren. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass der geeignete Zeitpunkt verpasst wird, an dem die Spannhülse soweit erwärmt und der Werkzeugschaft noch so kalt ist, dass ein problemloses Ausspannen möglich ist.To relax the clamping sleeve is heated again by energizing the induction coil, which is due to the time-related heat transfer from outside to inside, so heated by the clamping sleeve on the tool shank first the clamping sleeve and expands, which in contrast still colder tool shank from the receiving bore of the clamping sleeve can be pulled out. This process works much easier for carbide tools than for HSS (High Speed Steel), as the thermally induced strains are much lower in the former than in the latter. Furthermore, it can not be ruled out that the appropriate time will be missed at which the clamping sleeve heats so far and the tool shaft is still so cold that a trouble-free clamping is possible.
Um Probleme beim Ausspannen von Stahlwerkzeugen aus den genannten Werkzeugaufnahmen zu vermeiden, schlägt die gattungsgemäße
Der Effekt dieser Maßnahmen soll darin bestehen, dass die elektromagnetischen Streufelder im Bereich des freien Endes der Spannhülse soweit herabgesetzt würden, dass eine Aufheizung des in der Werkzeugaufnahme befindlichen Werkzeugs vermieden wird. Insbesondere würde mit diesen Maßnahmen erreicht, dass die magnetischen Feldlinien an der Stirnseite der Induktionsspule im Polschuh konzentriert werden, so dass der über die Werkzeugaufnahme überstehende Teil des Werkzeugs gegenüber elektromagnetischen Streufeldern abgeschirmt sei.The effect of these measures should be that the electromagnetic stray fields in the region of the free end of the clamping sleeve would be reduced so far that heating of the tool located in the tool holder is avoided. In particular, would be achieved with these measures that the magnetic field lines are concentrated on the end face of the induction coil in the pole piece, so that the projecting beyond the tool holder part of the tool against electromagnetic stray fields is shielded.
Diese Abschirmmaßnahmen sind jedoch unter anderem dadurch teuer, als abhängig von verschiedenen Durchmessern der an das jeweilige Werkzeug angepassten Spannhülsen jeweils ein anderer Polschuh eingebaut werden muss, was die Rüstzeiten der Werkzeugmaschine unvorteilhaft erhöht und eine entsprechend aufwändige Bevorratung von Polschuhen unterschiedlicher Größe bedingt. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass Polschuhe verloren gehen.However, these shielding measures are expensive, inter alia, as a function of different diameters of the respective tool adapted clamping sleeves each have a different pole piece must be installed, which disadvantageously increases the set-up times of the machine tool and a correspondingly expensive storage of pole pieces of different sizes. Furthermore, it can not be ruled out that pole shoes are lost.
Die
Gemäß der nachveröffentlichten und gattungsbildenden
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass sie einfacher und kostengünstiger zu fertigen sein.The invention is based on the object, a device of the above mentioned type so that they are easier and cheaper to manufacture.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is solved by the features of patent claim 1.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass von der in dem Abschirmelement vorhandenen Durchgangsöffnung mit sich in Relativbewegungsrichtung gesehen ändernden Innenabmessungen ein für die Außenabmessung des zu spannenden Körpers geeigneter Abschnitt der Durchgangsöffnung in eine mit der Aufnahmeöffnung der Spannhülse koaxiale Arbeitsstellung einstellbar ist.According to the invention, it is proposed that a section of the passage opening suitable for the outer dimension of the body to be clamped is adjustable from the passage opening present in the shielding element to a working position which is coaxial with the receiving opening of the clamping sleeve.
Mit anderen Worten ergeben sich für verschiedene Stelllungen des Abschirmelements bzw. der Induktionsspule unterschiedliche Innenabmessungen der Durchgangsöffnung für den Körper, so dass die Relativposition zwischen Abschirmelement und Induktionsspule abhängig von den Außenabmessungen des jeweils gespannten Werkzeugs gewählt wird, um eine Durchgangsöffnung mit geeignetem Durchmesser für den Körper über der Spannhülsenachse bzw. über der Induktionsspulenachse zu platzieren.In other words, different inner dimensions of the passage opening for the body result for different positions of the shielding element or the induction coil, so that the relative position between the shielding element and the induction coil is selected depending on the outer dimensions of the particular tool being clamped, around a passage opening with a suitable diameter for the body to be placed over the clamping sleeve axis or over the induction coil axis.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass nur noch ein einziges Abschirmelement hergestellt werden muss, welches für sämtliche Durchmesser von zu spannenden Körpern verwendet werden kann, ohne dass eine Notwendigkeit zum Auswechseln aufgrund von unterschiedlich dimensionierten Körpern besteht. Dadurch entfällt auch eine Lagerung eines Satzes von Abschirmelementen mit unterschiedlichen Abmessungen der Durchgangsöffnung. Weiterhin können keine einzelnen Abschirmelemente verloren gehen. Aufgrund der Reduktion auf nur noch ein einziges Abschirmelement sinkt die Anzahl der Bauteile der Vorrichtung und damit auch deren Herstellkosten.This has the advantage that only a single shielding element has to be produced, which can be used for all diameters of bodies to be clamped, without the need for replacement due to differently dimensioned bodies. This also eliminates storage of a set of shielding with different dimensions of the through hole. Furthermore, no individual shielding can be lost. Due to the reduction to only a single shielding element decreases the number of components of the device and thus their production costs.
Nicht zuletzt trägt das Abschirmelement auch zum Arbeitsschutz der Bedienperson der Vorrichtung bei, als es diese vom elektromagnetischen Feld der Induktionsspule abschirmt.Last but not least, the shielding element also contributes to occupational safety of the operator of the device as it shields it from the electromagnetic field of the induction coil.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Schutzansprüchen angegebenen Erfindung möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the invention specified in the independent claims are possible.
Gemäß einer Variante kann sich die Durchgangsöffnung in Relativbewegungsrichtung gesehen kegelförmig erweitern, wodurch sich stufenlos erweiternde Innenabmessungen der Durchgangsöffnung ergeben, mit dem Vorteil, dass eine große Bandbreite von Körpern hinsichtlich deren Außenabmessungen abgedeckt werden kann, auch wenn diese von vorne herein nicht bekannt sind.According to a variant, the passage opening can be seen to extend conically in the direction of relative movement, resulting in infinitely widening internal dimensions of the passage opening, with the advantage that a wide range of bodies can be covered with regard to their external dimensions, even if these are not known from the outset.
Dabei kann die Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und der Induktionsspule linear oder rotatorisch sein, bevorzugt ist das Abschirmelement relativ zur festen Induktionsspule einstellbar.In this case, the relative movement between the shielding element and the induction coil can be linear or rotational, preferably the shielding element is adjustable relative to the fixed induction coil.
Eine besonders gute Kühlung der Induktionsspule bzw. des Zwischenraums zwischen Induktionsspule und Spannhülse ergibt sich, wenn das Abschirmelement die Spulenöffnung der Induktionsspule im Bereich der Induktionsspulenachse überspannt, die Spulenöffnung aber nicht vollständig verschließt. Denn in diesem Fall kann die Wärme, welche von der erhitzten Spannhülse abgestrahlt wird und in dem Zwischenraum zwischen der Induktionsspule und der Spannhülse ansteht, z. B. mittels konvektiver Luftströmung an dem Abschirmelement vorbei in die Umgebung abtransportiert werden. Dadurch wird die Induktionsspule thermisch weniger beansprucht, was sich positiv auf deren Lebensdauer auswirkt. Weiterhin trägt diese Maßnahme zu einer besseren Wärmeverteilung in der Spannhülse in axialer Richtung bei, was wiederum eine gleichmäßigere Aufweitung in radialer Richtung nach sich zieht. Dadurch verkürzt sich die Erwärmungszeit der Spannhülse, was Energie spart.A particularly good cooling of the induction coil or of the intermediate space between induction coil and clamping sleeve results when the shielding element spans the coil opening of the induction coil in the region of the induction coil axis, but does not completely close the coil opening. Because in this case, the heat, which is radiated from the heated clamping sleeve and is present in the space between the induction coil and the clamping sleeve, for. B. be transported by means of convective air flow past the shielding in the environment. As a result, the induction coil is thermally less stressed, which has a positive effect on their life. Furthermore, this measure contributes to a better heat distribution in the clamping sleeve in the axial direction, which in turn pulls a more uniform expansion in the radial direction by itself. This shortens the heating time of the clamping sleeve, which saves energy.
Besonders bevorzugt wird das Abschirmelement durch eine rechteckförmige, gegenüber der Induktionsspule linear verschiebliche Platte gebildet, wobei die Durchgangsöffnung der Platte zentral in Bezug zur Plattenmittellinie angeordnet sind, welche die Spannhülsenachse schneidet.Particularly preferably, the shielding element is formed by a rectangular, with respect to the induction coil linearly displaceable plate, wherein the passage opening of the plate are arranged centrally with respect to the plate center line which intersects the clamping sleeve axis.
Alternativ kann das Abschirmelement durch eine in Bezug zur Induktionsspulenachse exzentrisch schwenkbar angelenkte Platte gebildet werden, wobei eine Mittellinie der Durchgangsöffnung auf einem Kreisbogen angeordnet ist, welcher einen Schnittpunkt mit der Spannhülsenachse aufweist.Alternatively, the shield can be formed by a relative to the induction coil axis eccentrically pivotally hinged plate, wherein a center line of the through hole is disposed on a circular arc, which has an intersection with the clamping sleeve axis.
Anstatt durch einen einstückigen ferritischen Körper gebildet zu werden kann die Platte wenigstens einen von einer ferritischen Schicht wenigstens teilweise bedeckten Grundkörper aufweisen, der aus einem anderen Material besteht.Instead of being formed by a one-piece ferritic body, the plate may have at least one base body which is at least partially covered by a ferritic layer and which is made of a different material.
Besonders bevorzugt ist die Arbeitsstellung zwischen dem Abschirmelement und der Induktionsspule durch eine Rastung festlegbar, insbesondere derart, dass eine Raststellung einer bestimmten Arbeitsstellung entspricht.Particularly preferably, the working position between the shielding and the induction coil can be fixed by a detent, in particular such that a detent position corresponds to a specific working position.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Anwendung ist der Körper ein Werkzeug, beispielsweise ein Fräser oder Bohrer, der Schaft ein Werkzeugschaft des Fräsers oder Bohrers und die Aufnahme eine Werkzeugaufnahme.According to a particularly preferable application, the body is a tool, for example a milling cutter or drill, the shank is a tool shank of the milling cutter or drill and the receptacle is a tool holder.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den in den restlichen Unteransprüchen angegebenen Merkmalen. Further advantages result from the features specified in the remaining subclaims.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. In the drawing shows:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Gemäß einer in
Die Werkzeugaufnahme
Die Funktion einer solchen Vorrichtung
Im weiteren Unterschied zur
Gemäß der in
Besonders bevorzugt wird das Abschirmelement
Die Relativbewegung erfolgt dabei linear, wie die Pfeile in
Abhängig von der Einstellung der Platte
Die Platte
Um die gewählte Arbeitsstellung, d. h. die Stellung, in welcher die Innenabmessung der Durchgangsöffnung
Im vorliegenden Fall von
Anstatt durch einen einstückigen ferritischen Körper gebildet zu werden, kann die Platte
Das Abschirmelement bzw. die Platte
Wie anhand von
Gemäß einer weiteren, in
Gemäß einer weiteren, in
Zur Kühlung der von der Induktionsspule
Abweichend von
Die Erfindung ist nicht auf Platten
Nicht zuletzt ist eine Anwendung der Erfindung nicht auf eine Werkzeugspannvorrichtung
Claims (13)
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DE200710062537 DE102007062537B4 (en) | 2007-12-20 | 2007-12-20 | Device for clamping bodies in a receptacle |
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