DE102013114643A1

DE102013114643A1 - Heizmantel einer Vorrichtung und Vorrichtung zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen in/aus Schrumpfspannfutter(n)

Info

Publication number: DE102013114643A1
Application number: DE102013114643.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lang
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Es werden ein Heizmantel (46) einer Vorrichtung (10) und eine Vorrichtung (10) zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen, insbesondere Drehwerkzeugen (12), in/aus Schrumpfspannfutter(n) (14) beschrieben. Der Heizmantel (46) ist hülsenförmig. Der Heizmantel weist wenigstens ein Heizelement (52) zum Erwärmen wenigstens eines Spannfutterkopfs (50) des wenigstens einen Schrumpfspannfutters (14) auf. Das wenigstens eine Heizelement (52) ist zum Erwärmen des Heizmantels (46) ausgestaltet. Der Heizmantel (46) ist wenigstens abschnittsweise zumindest zwischen dem wenigstens einen Heizelement (52) und seiner bezüglich seiner Mantelachse radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizmantel einer Vorrichtung zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen, insbesondere Drehwerkzeugen, in/aus Schrumpfspannfutter(n), wobei der Heizmantel hülsenförmig ist und wenigstens ein Heizelement zum Erwärmen wenigstens eines Spannfutterkopfs des wenigstens einen Schrumpfspannfutters aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen, insbesondere Drehwerkzeugen, in/aus Schrumpfspannfutter(n), mit wenigstens einer Halteeinrichtung zum Halten wenigstens eines Schrumpfspannfutters und mit wenigstens einem hülsenförmigen Heizmantel, insbesondere einem erfindungsgemäßen Heizmantel, der wenigstens ein Heizelement zum Erwärmen wenigstens eines Spannfutterkopfs des wenigstens einen Schrumpfspannfutters aufweist und der zumindest in einer Arbeitsposition koaxial zu einer Halteachse der wenigstens einen Halteeinrichtung angeordnet werden kann.
STAND DER TECHNIK
Ein vom Markt her bekanntes Induktiv-Schrumpfgerät zum Einspannen von Bohrern in Schrumpfspannfutter weist eine Halteeinrichtung zum Halten eines Schrumpfspannfutters auf. Das Induktiv-Schrumpfgerät verfügt über einen hülsenförmigen Heizmantel, welcher zum Einspannen des Bohrers von der Seite des Bohrers in axialer Richtung zu einer Halteachse der Halteeinrichtung über einen Spannfutterkopf des Schrumpfspannfutters gesteckt wird. Der Heizmantel verfügt über eine Induktionsspule, mit der mittels Induktion das Schrumpfspannfutter erwärmt wird. In der Stirnseite des Schrumpfspannfutters befindet sich eine Bohreraufnahme für den Bohrerschaft. Die Bohreraufnahme für den Bohrerschaft ist etwas kleiner als der Durchmesser des Bohrerschafts. Durch Erwärmen mittels der Induktionsspule dehnt sich die Bohreraufnahme des Schrumpfspannfutters und der Bohrer kann in die Bohreraufnahme gleiten. Beim Erkalten spannt das Schrumpfspannfutter den Bohrer in der Bohreraufnahme kraftschlüssig ein. Der Heizmantel ist bezüglich seiner Achse umfangsmäßig geschlossen und in der Regel hohlzylinderförmig ausgebildet. Da der Spannfutterkopf konisch ist, kann der Heizmantel nur von der freien Seite des Spannfutterkopfs, in die der Bohrer eingesteckt wird, aufgesetzt werden. Dementsprechend muss eine Hub-, Schwenk- und Senkbewegung des Heizmantels ausgeführt werden, wobei zum Überstülpen des Heizmantels über den Spannfutterkopf ein großvolumiger Arbeitsbereich zur Verfügung gestellt werden muss, die Verfahrmechanik entsprechend komplex und störanfällig ausgebildet ist und der Bewegungsablauf zeitaufwendig ist. Ferner ist es wegen der Verwendung der Induktionsspule erforderlich, den Heizmantel abzuschirmen, um eine elektromagnetische Abstrahlung zu verringern, insbesondere zu verhindern. Es sind Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, um zu verhindern, dass beispielsweise Bediener mit Herzschrittmachern gesundheitlich gefährdet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizmantel und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, die einfach und sicher betrieben werden können. Insbesondere soll ein Automatisierungsgrad der Vorrichtung erhöht und der Ein-/Ausspannvorgang beschleunigt durchgeführt werden können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird mit dem Heizmantel dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Heizelement zum Erwärmen des Heizmantels ausgestaltet ist und der Heizmantel wenigstens abschnittsweise zumindest zwischen dem wenigstens einen Heizelement und seiner bezüglich seiner Mantelachse radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig ist.
Erfindungsgemäß ist der Heizmantel zumindest in dem Bereich zwischen dem wenigstens einen Heizelement und der radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig. Auf diese Weise kann die Wärme des wenigstens einen Heizelements auf den Heizmantel übertragen werden und diesen erwärmen. Die radial innere Umfangsseite des Heizmantels ist in seiner Arbeitsposition mit einer entsprechenden radial äußeren Umfangsseite wenigstens des Spannfutterkopfs in Wärmekontakt. Auf diese Weise kann die Wärme des Heizmantels auf wenigstens den Spannfutterkopf übertragen werden. Es findet also eine Erwärmung des Spannfutterkopfs mittels Wärmeübertragung zwischen dem wenigstens einen Heizelement und dem Spannfutterkopf statt. Eine elektromagnetische Abschirmung ist hier also nicht erforderlich.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine Heizmantel mehrere Mantelsektoren aufweisen, die relativ zueinander bewegbar sein können.
So kann der Heizmantel insbesondere zumindest an einer Umfangsseite geöffnet werden. Der Heizmantel kann auf diese Weise von der Seite her, also bezüglich einer Halteachse einer Halteeinrichtung der Vorrichtung für das Schrumpfspannfutter von radial außen nach radial innen an das Schrumpfspannfutter herangefahren werden. So kann der Heizmantel auch auf einem Schrumpfspannfutter angeordnet werden, welches aufgrund seiner äußeren Form ein Aufstecken des Heizmantels axial vom freien Ende des Schrumpfspannfutters her bezüglich der Mantelachse oder der Spannfutterachse nicht zulässt. Somit kann der Bauraum der Werkzeugwechselvorrichtung verkleinert und die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens zwei der Mantelsektoren identisch ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Mantelsektoren gleichmäßig um das Schrumpfspannfutter platziert werden. So kann eine gleichmäßige Erwärmung des Schrumpfspannfutters mit dem Heizmantel realisiert werden. Vorteilhafterweise kann der Heizmantel zwei, drei, vier oder mehr Mantelsektoren aufweisen. Die Mantelsektoren sind umfangsmäßig bezüglich der Mantelachse nebeneinander angeordnet. Die zusammengesetzten Mantelsektoren bilden die umfangsmäßig geschlossene Wand des Heizmantels. Sie können in Form von Hohlzylindermantelabschnitten ausgebildet sein. Alternativ können wenigstens zwei der Mantelsektoren auch unterschiedlich sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Heizelement elektrisch betrieben sein. Elektrisch betriebene Heizelemente können einfach gesteuert werden.
In den Mantelwänden können individuell bestrombare Heizelemente, insbesondere Heizstifte, Peltierstäbe etc. angeordnet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass eine elektrische Kontaktierung der Heizelemente im Inneren des Zylindermantels jedes Mantelsektors durch elektrische Kontaktierungsflächen an den aneinander stoßenden Seitenflächen der Mantelsektoren vorgesehen sind. Auf diese Weise kann eine elektrische Reihen- oder Parallelverbindung der elektrischen Heizelemente erst beim berührenden Zusammenschluss der Mantelsektoren zu einem Heizmantel erfolgen. Die Kontaktierungsflächen können federnd gelagerte Stifte-/Buchsenverbindungen aufweisen.
Vorteilhafterweise kann zusätzlich oder alternativ wenigstens ein Heizelement nach dem Prinzip des Wärmetransports arbeiten. Zum Wärmetransport kann das wenigstens eine Heizelement wenigstens ein fluides, insbesondere flüssiges und/oder gasförmiges, Wärmetransportmedium aufweisen.
Wenigstens ein Heizelement kann vorteilhafterweise wenigstens ein Wärmeleitrohr aufweisen. Wärmeleitrohre sind unter anderem bekannt unter der Bezeichnung "Heatpipe". Wärmeleitrohre können vorteilhafterweise passiv, das heißt ohne zusätzliche Steuerungselemente, arbeiten. Da Wärmeleitrohre keine bewegten Teile benötigen, arbeiten sie zuverlässig und geräuschlos. Ferner können Wärmeleitrohre, insbesondere mit Metallrohren, einfach und unterschiedlich geformt, insbesondere gebogen, werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Wärmeabgabeabschnitt des Wärmeleitrohrs in dem Heizmantel angeordnet und mit diesem in Wärmekontakt sein. Der wenigstens eine Wärmeabgabeabschnitt kann wenigstens abschnittsweise stabförmig sein. Wenigstens ein Wärmeaufnahmeabschnitt des Wärmeleitrohrs kann außerhalb des Heizmantels angeordnet sein und mit einem Umgebungsbereich und/oder einem Heizbauteil in Wärmekontakt stehen. Die Temperatur des Umgebungsbereichs ist beim Betrieb des Heizmantels größer als die Temperatur des Heizmantels. Die Wärme wird vom Wärmeaufnahmeabschnitt mittels des Wärmetransportmediums zum Wärmeabgabeabschnitt transportiert und dort an den Heizmantel übertragen.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Wärmeaufnahmeabschnitt des Wärmeleitrohrs mit dem aktiven oder passiven Heizbauteil wärmetechnisch verbunden sein.
Vorteilhafterweise kann das Heizbauteil den Heizmantel umfangsmäßig wenigstens teilumfänglich umgeben. Auf diese Weise kann es platzsparend untergebracht sein. Ein aktives Heizbauteil kann vorteilhafterweise insbesondere elektrisch und/oder mittels wenigstens einem Heizfluid betrieben sein.
Die Mantelachse kann in der Arbeitsposition parallel oder koaxial zur Halteachse der wenigstens einen Halteeinrichtung und/oder der Spannfutterachse des Schrumpfspannfutters sein. Auf diese Weise kann eine reproduzierbare Position des wenigstens einen Schrumpfspannfutters und/oder des Werkzeugs erreicht werden.
Vorteilhafterweise können wenigstens zwei, insbesondere alle Mantelsektoren vollständig voneinander trennbar ausgebildet werden. Die wenigstens zwei Mantelsektoren können getrennt voneinander bewegt werden. Auf diese Weise können die Mantelsektoren einfach getrennt voneinander insbesondere von unterschiedlichen Seiten und/oder in unterschiedlichen Richtungen auf das Schrumpfspannfutter gesteckt bzw. angefahren werden. Außerdem können die Mantelsektoren getrennt voneinander platzsparend in einer jeweiligen Parkposition geparkt werden. Die Parkposition kann so gewählt sein, dass die geparkten Mantelsektoren die freie Zugänglichkeit des Schrumpfspannfutters nicht beeinträchtigen. So kann das Schrumpfspannfutter einfacher ausgetauscht werden. Außerdem kann so das Werkzeug einfacher im Schrumpfspannfutter platziert und diesem entnommen werden. Durch günstige Wahl der Parkpositionen abseits des Schrumpfspannfutters kann die Gefahr, dass ein Bediener der Vorrichtung versehentlich heiße Stellen des Heizmantels berührt, vermindert werden. So kann die Betriebssicherheit der Vorrichtung, insbesondere des Heizmantels, erhöht werden, insbesondere ein Verletzungsrisiko verringert werden.
Das Bewegen des Heizmantels kann manuell und/oder maschinell erfolgen. Das maschinelle Bewegen des Heizmantels kann automatisch oder von einem Bediener gestartet werden. Ein Austauschen des Schrumpfspannfutters und/oder des Werkzeugs kann manuell und/oder maschinell automatisch oder von einem Bediener gestartet erfolgen.
Wenigstens zwei der Mantelsektoren können vorteilhafterweise bewegbar miteinander verbunden sein. Die wenigstens zwei Mantelsektoren können insbesondere aufgeklappt werden. Sie können hierzu bevorzugt an einer axial ausgerichteten Kantenfläche des Mantelsektors eine Schwenkachse und an der umfangsmäßig gegenüberliegenden Kantenfläche eine kreisförmige Schwenkbahn ausführbar ausgestaltet werden. Die aufgeklappten Mantelsektoren können von der Seite, also bezüglich der Mantelachse und/oder der Halteachse von radial außen nach radial innen, über das entsprechende Schrumpfspannfutter gesteckt werden. Die aufgeklappten Mantelsektoren können in einer entsprechenden Parkposition, insbesondere entfernt von dem Schrumpfspannfutter und/oder der Halteeinrichtung, geparkt werden.
Vorteilhafterweise können die Mantelsektoren in der Arbeitsposition wärmeleitfähig aneinander liegen. Auf diese Weise kann Wärme zwischen den Mantelsektoren übertragen werden. So kann eine gleichmäßige Erwärmung des Heizmantels erfolgen. Es ist weiterhin denkbar, dass im Falle der Verwendung wenigstens eines elektrisch betriebenen Heizelements die anliegenden Kantenflächen der Mantelsektoren elektrische Kontaktierungselemente zur elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen in dem Mantelsektor umfassten Heizelements aufweisen. Insbesondere kann wenigstens ein Stabheizelement und/oder wenigstens ein PTC-Element als Heizelement vorgesehen sein.
Eine radial innere Umfangsseite des Heizmantels kann vorteilhafterweise wenigstens abschnittsweise komplementär zu wenigstens einem Abschnitt einer radial äußeren Umfangsseite des Spannfutterkopfs sein. Auf diese Weise kann der Heizmantel in der Arbeitsposition in diesem Abschnitt passgenau auf dem Schrumpfspannfutter angeordnet werden. So kann in der Arbeitsposition die radial innere Umfangsseite des Heizmantels wenigstens abschnittsweise flächig wärmeleitend an der radial äußeren Umfangsseite des Spannfutterkopfs anliegen. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Wärmeübertragung zwischen dem Spannfutterkopf und dem Heizmantel erfolgen.
Mit der Vorrichtung können Werkzeuge schnell mit geringem Aufwand gewechselt werden. Durch die Anwendung des Schrumpfspannverfahrens kann eine Reproduzierbarkeit der Lage und Orientierung der Werkzeuge im Schrumpfspannfutter verbessert werden. So können die Werkzeuge mit dem Schrumpfspannfutter in einer Werkzeugmaschine stets gleich angeordnet werden.
Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise einen möglichst hohen Automatisierungsgrad aufweisen, so dass nach der Inbetriebnahme im normalen Betrieb etwaige Eingriffe des Bedieners minimiert werden können. Hierdurch wird eine Fehlbedienung und eine Verletzungsgefahr ausgeschlossen und es kann eine hohe Geschwindigkeit beim Werkzeugwechseln erreicht werden.
Vorteilhafterweise kann das Werkzeug ein rotierendes Werkzeug, ein so genanntes Drehwerkzeug, sein, das bei seiner Verwendung in der Werkzeugmaschine mit dem Schrumpfspannfutter um die Spannfutterachse/Werkzeugachse rotierend bewegt werden kann. Das Werkzeug kann vorteilhafterweise ein Bohrer, ein Fräser, eine Reibahle, ein Senker oder ein andersartiges Werkzeug, insbesondere Drehwerkzeug, sein. Das Werkzeug kann auch ein nicht rotierendes Werkzeug sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann jeder der Mantelsektoren wenigstens ein eigenes Heizelement aufweisen. Auf diese Weise können die Mantelsektoren separat voneinander geheizt werden. Ferner können die Heizelemente der unterschiedlichen Mantelsektoren unabhängig voneinander mit entsprechenden Versorgungsleitungen verbunden sein. Im Falle der Verwendung wenigstens eines elektrisch betriebenen Heizelements können elektrische Versorgungsleitungen vorgesehen sein. Im Falle der Verwendung wenigstens eines auf Wärmetransport basierenden Heizelements können die Versorgungsleitungen entsprechende Wärmetransportabschnitte insbesondere des Heizelements sein. Die Mantelsektoren können getrennt voneinander bewegt werden, ohne dass sie durch die Heizelemente dabei behindert werden. Die Mantelsektoren können räumlich getrennt voneinander geparkt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eines der Heizelemente wenigstens abschnittsweise stabförmig und/oder mäanderförmig sein und/oder insbesondere schlangenlinienförmig ausgerichtet im Heizmantel, insbesondere im Mantelsektor, umfasst sein.
Ein wenigstens abschnittsweise stabförmiges Heizelement kann einfach parallel zur Mantelachse angeordnet werden. Eine Mehrzahl von Heizelementen kann parallel zueinander umfangsmäßig verteilt, insbesondere gleichverteilt in/an dem Heizmantel angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der Heizelemente in der Wand des Heizmantels angeordnet sein. Stabförmige Heizelemente können bevorzugt axial ausgerichtet in zylindrischen Ausnehmungen der Mantelsektoren angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eines der Heizelement innerhalb des oder auf dem entsprechenden Mantelsektor(s) wenigstens abschnittsweise insbesondere mäandrisch, zickzackförmig und/oder wellenförmig verlaufen. Das Heizelement kann so einen größeren Bereich des Mantelsektors bezüglich der Mantelachse axial und umfangsmäßig abdecken als ein stabförmiges Heizelement. Die Anzahl der erforderlichen Heizelemente in einem Mantelsektor kann auf diese Weise verringert werden. Ferner kann so die Anzahl der benötigten elektrischen oder wärmetransportierenden Anschlüsse und Leitungen reduziert werden. Letztlich kann das Innere des Mantelsektors mit einem Widerstandsmaterial befüllt sein, dass vollflächig von elektrischem Strom zur Erwärmung durchflossen wird. Auch ist denkbar, an einer Innen- oder Außenseite des Mantelsektors eine Heiz/-Kühlfolie anzuordnen, die den Mantelsektor aufheizen bzw. abkühlen kann.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der Heizelemente eine Heizpatrone sein.
Vorteilhafterweise kann der Heizmantel eine Mehrzahl von zylindrischen Elementaufnahmen, insbesondere Sacklöchern, aufweisen. In den Elementaufnahmen kann jeweils eines der insbesondere wenigstens abschnittsweise stabförmigen Heizelemente eingesteckt werden. Die Elementaufnahmen können vorteilhafterweise parallel zur Mantelachse verlaufen.
Die Elementaufnahmen können vorteilhafterweise jeweils an einer Stirnseite des Heizmantels eine insbesondere verschließbare Einbauöffnung für die Heizelemente aufweisen. Die Einbauöffnung kann vorteilhafterweise öffenbar und wieder verschließbar sein. So kann das enthaltene Heizelement bei Bedarf, insbesondere bei einem Defekt, einfach ausgetauscht werden.
Im Falle von elektrisch betriebenen Heizelementen kann eine Kontaktierung derselben über einen Verschlussringabschnitt erfolgen. Die Heizelemente können mittels federnden Kontaktstiften elektrisch in Reihe oder Parallel kontaktiert werden. Verschlussringabschnitte benachbarter Mantelsektoren können beim Berühren der Mantelsektoren durch Kontaktelemente miteinander elektrisch kontaktieren. Vorteilhafterweise kann nur ein einzelner Mantelsektor oder mehrere Mantelsektoren eine elektrische Versorgungsleitung aufweisen. Die übrigen Mantelsektoren können beim Umschließen des Spannfutters mit diesem elektrisch kontaktieren.
Im Falle eines auf Wärmetransport basierenden Heizelements können die Versorgungsleitungen aus den entsprechenden Einbauöffnungen herausführen.
Vorteilhafterweise können die Längen der stabförmigen Heizelemente etwa einer axialen Länge des Heizmantels entsprechen. Die Heizelemente können so nahezu über die gesamte Höhe des Heizmantels mit diesen in Wärmekontakt stehen. Auf diese Weise kann eine Effizienz der Erwärmung des Heizmantels verbessert werden.
Wenigstens eines der stabförmigen Heizelemente kann eine Länge von bis zu 300 mm und mehr aufweisen. Ein Außendurchmesser wenigstens eines der stabförmigen Heizelemente kann bis zu 20 mm und mehr betragen.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der Heizelemente, insbesondere ein Heizelementmantel, dicht, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht verschlossen, insbesondere verschweißt, sein.
Wenigstens ein elektrisch betriebenes Heizelement kann mit wenigstens einer elektrischen Versorgungsleitung elektrisch verbunden sein. Die elektrische Versorgungsleitung kann eine oder mehrere Adern aufweisen zur Verbindung mit den entsprechenden Polen der elektrischen Energiequelle. Es können auch mehrere elektrische Versorgungsleitungen vorgesehen sein. Mehrere Versorgungsleitungen können jeweils mit unterschiedlichen Polen der elektrischen Energiequelle verbunden sein.
Die wenigstens eine elektrische oder wärmetransportierende Versorgungsleitung kann vorteilhafterweise im Bereich einer Stirnseite eines stabförmigen Heizelements durch den Heizelementmantel führen.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein stabförmiges Heizelement mit seiner Stirnseite, die der Stirnseite mit der wenigstens einen elektrischen Versorgungsleitung gegenüberliegt, voran in eine etwaige Elementaufnahme eingesteckt sein. Die wenigstens eine elektrische oder wärmetransportierende Versorgungsleitung kann vorteilhafterweise aus der Einbauöffnung der Elementaufnahme herausragen. So können die Versorgungsleitungen zu den einzelnen Heizelementen platzsparend an einer Stirnseite des Heizmantels herausragen. Die Versorgungsleitungen der einzelnen Heizelemente können auf diese Weise einfach weitergeführt, insbesondere zusammengeführt, werden. Wärmetransportierende Versorgungsleitungen können vorteilhafterweise zu entsprechenden Heizbauteilen führen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Temperatursteuereinrichtung zur Kontrolle/Regelung/Steuerung einer Temperatur des wenigstens einen Heizmantels vorgesehen sein, insbesondere wenigstens eines Heizelements. Die Temperatursteuereinrichtung kann wenigstens einen Temperatursensor, insbesondere ein Thermoelement oder dergleichen, aufweisen. Mittels des Temperatursensors kann eine Temperatur des Heizmantels, insbesondere wenigstens eines Heizelements, erfasst werden. Der Temperatursensor kann in einem oder in jedem Mantelsektor umfasst sein. Die Temperatursteuereinrichtung kann vorteilhafterweise mit einer Steuereinheit der Vorrichtung in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann eine Heizleistung für die Heizelemente zentral gesteuert und/oder geregelt werden.
Wenigstens ein Temperatursensor kann vorteilhafterweise in oder an wenigstens einem Heizelement angeordnet, insbesondere in dieses integriert, sein. So kann platzsparend das entsprechende Heizelement individuell gesteuert und/oder geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Temperatursensor in oder an dem Heizmantel angeordnet sein. Wenigstens ein Temperatursensor kann auch außerhalb des Heizmantels angeordnet sein. Auf diese Weise können die Temperaturen an unterschiedlichen Stellen erfasst werden. So kann eine Genauigkeit der Temperaturvorgabe und deren Regelung/Steuerung verbessert werden. Dies kann sich schonend auf das Schrumpfspannfutter und/oder das Werkzeug auswirken. Außerdem kann so das Werkzeug noch genauer und reproduzierbarer in dem Schrumpfspannfutter eingespannt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eines der Heizelemente wenigstens einen elektrischen Heizleiter aufweisen. Bei der Verwendung von Heizleitern zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie können im Unterschied zur Verwendung von Induktionsspulen geringere Anforderungen insbesondere in Bezug auf eine Abschirmung von magnetischen Feldern oder elektromagnetischer Strahlung gestellt werden. So geht von den Heizleitern keine unmittelbare Gesundheitsgefährdung insbesondere für Personen mit Herzschrittmachern aus. Der wenigstens eine Heizleiter kann vorteilhafterweise gegebenenfalls über wenigstens eine elektrische Versorgungsleitungen mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sein.
Der wenigstens eine Heizleiter kann aus einem geeigneten Heizleiterwerkstoff, insbesondere einer Heizleiterlegierung, sein. Derartige Heizleiterlegierungen, wie etwa Nickel-Chrom-Legierungen oder Nickel-Kupfer-Legierungen oder dergleichen, können aus zwei oder mehr metallischen Komponenten bestehen, deren jede aufgrund ihres relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstands bereits die Eigenschaft eines Heizleiters besitzt, nämlich elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der Heizelemente wenigstens einen Trägerkörper für wenigstens einen Heizleiter aufweisen. Wenigstens ein Heizleiter kann an, in und/oder auf dem Trägerkörper angeordnet sein. Mit dem Trägerkörper kann der Verlauf und/oder die Form des Heizleiters vorgegeben, gehalten und stabilisiert werden. Der wenigstens eine Heizleiter kann um den wenigstens einen Trägerkörper gewickelt sein. So kann der wenigstens eine Heizleiter über eine entsprechend große Oberfläche in unterschiedlichen Richtungen Wärme abgeben.
Wenigstens ein Heizleiter und gegebenenfalls wenigstens ein Trägerkörper können in dem Heizelementmantel, insbesondere einem Rohrmantel, angeordnet sein. Der Heizelementmantel kann vorteilhafterweise aus Metall, wie etwa Chrom-Nickel-Stahl, sein. Der Heizelementmantel kann vorteilhafterweise eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Wenigstens ein Zwischenraum zwischen dem wenigstens einen Heizleiter mit gegebenenfalls wenigstens einem Trägerkörper und dem wenigstens einen Heizelementmantel kann vorteilhafterweise mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt sein. Das elektrisch isolierende Material kann vorteilhafterweise hitzebeständig, insbesondere feuerbeständig, sein. Vorteilhafterweise kann das isolierende Material Magnesiumoxid aufweisen oder aus diesem bestehen. Magnesiumoxid ist hitzebeständig. Es hat eine hohe Feuerfestigkeit und einen hohen Schmelzpunkt und ist daher sehr gut zur Verwendung bei Heizelementen geeignet. Das isolierende Material kann vorteilhafterweise hochverdichtet sein.
Das wenigstens eine Heizelement kann mit Versorgungsspannungen von bis zu 400 Volt und mehr betrieben werden. Das wenigstens eine Heizelement kann vorteilhafterweise mit Wechselspannung betrieben werden. Alternativ kann es auch so ausgelegt sein, dass es mit Gleichspannung betrieben werden kann. Wenigstens eines der Heizelemente kann bei einer Versorgungsspannung von 230 V eine elektrische Leistung von bis zu 2500 W und mehr aufnehmen. Mit dem wenigstens einen Heizelement können Betriebstemperaturen an seiner Außenseite, insbesondere am Heizelementmantel, von bis zu 750°C und mehr erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens einer der Mantelsektoren des Heizmantels bezüglich der Mantelachse wenigstens mit einer Richtungskomponente radial bewegbar sein. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Mantelsektor von radial außen nach radial innen über das Schrumpfspannfutter gesteckt werden und in umgekehrter Richtung von diesem entfernt werden. Vorteilhafterweise können mehrere Mantelsektoren radial bewegbar sein. Wenigstens zwei der Mantelsektoren können vorteilhafterweise bezüglich der Mantelachse symmetrisch bewegbar sein. Auf diese Weise können die Mantelsektoren mit gleichmäßigen Bewegungen auf dem Schrumpfspannfutter platziert werden und von diesem entfernt werden. Bei einem aus zwei Mantelsektoren bestehenden Heizmantel können die Mantelsektoren vorteilhafterweise von gegenüberliegenden Umfangsseiten auf dem Schrumpfspannfutter platziert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Heizmantel, insbesondere wenigstens einer der Mantelsektoren, mit wenigstens einer angetriebenen Positioniereinrichtung kraftübertragend verbunden sein. Mit der wenigstens einen Positioniereinrichtung kann der Heizmantel, insbesondere der wenigstens eine Mantelsektor, wenigstens zwischen seiner Arbeitsposition und seiner Parkposition bewegbar sein. Mit der angetriebenen Positioniereinrichtung kann der Heizmantel, insbesondere der wenigstens eine Mantelsektor, in der Arbeitsposition und/oder der Parkposition maschinell angeordnet werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Positioniereinrichtung wenigstens einen Positionierantrieb, insbesondere einen elektrischen, magnetischen, elektromagnetischen, hydraulischen, pneumatischen Antrieb und/oder einen kombinierten Antrieb, aufweisen. Mit dem wenigstens einem Positionierantrieb kann der Heizmantel, insbesondere der wenigstens eine Mantelsektor, kontrolliert bewegt werden.
Der wenigstens eine Positionierantrieb kann vorteilhafterweise mit einer Steuereinrichtung steuerbar verbunden sein. Auf diese Weise kann er einfach angesteuert werden. So kann ein Automatisierungsgrad der Vorrichtung erhöht werden. Die Steuerverbindung kann vorteilhafterweise drahtlos und/oder drahtgebunden sein.
Vorteilhafterweise können mehrere, bevorzugt alle Mantelsektoren, mit wenigstens einer Positioniereinrichtung verbunden sein.
Vorteilhafterweise können mehrere Positioniereinrichtungen, insbesondere Positionierantriebe, vorgesehen sein, um unterschiedliche Mantelsektoren anzutreiben. Auf diese Weise können die entsprechenden Mantelsektoren individuell bewegt werden. Vorteilhafterweise kann jeder der entsprechenden Mantelsektoren mit einer eigenen Positioniereinrichtung verbunden sein. Es können auch mehrere Mantelsektoren mit einem Positionierantrieb verbunden sein. So können die Mantelsektoren gemeinsam bewegt werden. Außerdem kann so die Anzahl der Positionierantriebe und damit der Montage- und/oder Bauteilaufwand reduziert werden.
Die technische Aufgabe wird ferner durch die Vorrichtung dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Heizelement zum Erwärmen des wenigstens einen Heizmantels ausgestaltet ist und der wenigstens eine Heizmantel wenigstens abschnittsweise zumindest zwischen dem wenigstens einen Heizelement und seiner bezüglich seiner Mantelachse radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig ist.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Heizmantel und dessen vorteilhaften Ausführungsformen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend und umgekehrt.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine isometrische Darstellung einer Vorrichtung zum Einspannen und Ausspannen von Bohrern in/aus Schrumpfspannfutter(n) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, mit einer Heizstation, einer Kühlstation und einer Wechselstation;
2 eine Draufsicht der Vorrichtung aus der 1;
3 eine Detailansicht eines Heizmantels der Heizstation der Vorrichtung aus den 1 und 2 mit zwei Mantelsektoren;
4 eine Detailansicht eines stabförmigen Heizelements des Heizmantels aus der 3;
5 einen Heizmantel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit drei Mantelsektoren;
6 einen Heizmantel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit vier Mantelsektoren;
7 einen Heizmantel gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem die Heizelemente jeweils schlangenlinienförmig in den Mantelsektoren verlaufen;
8 einen Heizmantel gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, der einen einzigen, umfangsmäßig zusammenhängenden Mantelsektor aufweist.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
In der 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Einspannen von Bohrern 12 in Schrumpfspannfutter 14 und Ausspannen aus Schrumpfspannfuttern 14 in einer isometrischen Darstellung gezeigt. Beispielhaft werden in der Darstellung identische Schrumpfspannfutter 14 gezeigt. Es können unterschiedliche Schrumpfspannfutter mit der Vorrichtung 10 behandelt werden. 2 zeigt die Vorrichtung 10 in einer Draufsicht. Die Vorrichtung 10 wird zum Wechsel der Bohrer 12 verwendet, die in den Schrumpfspannfuttern 14 mittels Aufheizen und Abkühlen eingespannt und mittels Aufheizen ausgespannt werden können. Die Schrumpfspannfutter 14 mit eingesetzten Bohrern 12 werden in einer hier nicht weiter interessierenden Werkzeugmaschine zum Bohren von Werkstücken eingesetzt. Mithilfe der Schrumpfspannfutter 14 können die Bohrer 12 präzise und lagegenau gehalten werden, sodass eine reproduzierbare Anordnung der Bohrer 12 in der Werkzeugmaschine möglich ist.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 16, 1 unten, an dem drei Arbeitsstationen, nämlich eine Heizstation 18, in der 1 im Hintergrund links, eine Kühlstation 20, in der 1 im Hintergrund rechts, und eine Wechselstation 22, in der 1 im Vordergrund mittig, angeordnet sind. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinheit 24, die innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet und daher in der 2 lediglich gestrichelt angedeutet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung 10 eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 26 zur Bedienung der Vorrichtung.
Die Vorrichtung 10 verfügt über eine Dreheinrichtung 28, mit der insgesamt drei beispielhaft identische Haltesockel 30 zwischen der Heizstation 18, der Kühlstation 20 und der Wechselstation 22 bewegt werden können. Die Haltesockel 30 dienen zum Halten der Schrumpfspannfutter 14. Die Haltesockel 30 sind jeweils Rotationskörper, deren Achse parallel zueinander verlaufen. Die Achsen der Haltesockel 30 werden im Folgenden als Halteachsen 32 bezeichnet. In der üblichen Betriebsposition der Vorrichtung 10 verlaufen die Halteachsen 32 räumlich vertikal.
Die Haltesockel 30 haben jeweils eine zu ihrer Halteachse 32 koaxiale Spannfutteraufnahme 34. Die Spannfutteraufnahmen 34 sind zylindrische Vertiefungen, welche sich in der Draufsicht betrachtet zum Gehäuse 16 hin konisch verjüngen. Die Formen der radial inneren Umfangsseiten der Spannfutteraufnahmen 34 entsprechen der Form der radial äußeren Umfangsseiten von Spannfutterschäften der Schrumpfspannfutter 14. Die Spannfutterschäfte befinden sich jeweils auf der dem entsprechenden Bohrer 12 bezüglich einer jeweiligen Spannfutterachse axial gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Schrumpfspannfutters 14. Die Schrumpfspannfutter 14 sind austauschbar in den Haltesockeln 30 angeordnet. Die Spannfutterschäfte sind drehfest in die jeweilige Spannfutteraufnahme 34 eingesetzt. Die jeweilige Spannfutterachse ist koaxial zu der entsprechenden Halteachse 32. Die Spannfutterschäfte sind in den Schrumpfspannfuttern 14 jeweils mittels hier nicht weiter interessierender Fixierelemente trennbar fixiert.
An der radial äußeren Umfangsseite sind die Haltesockel 30 abgestuft, sodass sich jeweils ein radial zu den Halteachsen 32 erstreckender Befestigungsrand ergibt. An den Befestigungsrändern sind die Haltesockel 30 jeweils mit einer Verbindungsplatte 36 der Dreheinrichtung 28 trennbar verbunden. Die Verbindungsplatte 36 ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beispielhaft eben. In der Draufsicht betrachtet hat sie beispielhaft die Form eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Ecken entsprechend einem Verlauf der radial äußeren Umfangsseiten der Haltesockel 30 abgeschnitten sind. An den Eckbereichen des Dreiecks sind die Haltesockel 30 mittels Schrauben mit der Verbindungsplatte 36 lösbar befestigt. Die Haltesockel 30 können gegen andere Haltesockel ausgetauscht werden, die beispielsweise für andere Schrumpfspannfutter erforderlich sein können. Die Halteachsen 32 der Haltesockel 30 sind an den Ecken eines angedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die Halteachsen 32 stehen senkrecht auf der Ebene der Verbindungsplatte 36. Diese erstreckt sich in der normalen Betriebsposition der Vorrichtung 10 horizontal.
Die Verbindungsplatte 36 ist in ihrem Schwerpunkt auf einer Drehwelle 38 befestigt. Die Drehwelle 38 befindet sich unterhalb der Verbindungsplatte 36. Sie ist in der 1 verdeckt und daher gestrichelt angedeutet. Eine Drehachse 40 der Drehwelle 38 verläuft parallel zu den Halteachsen 32 durch den Schwerpunkt der Verbindungsplatte 36. Die Drehachse 40 befindet sich in der Mitte des gleichseitigen Dreiecks, das durch die Halteachsen 32 aufgespannt ist.
Die Haltesockel 30 und die Verbindungsplatte 36 befinden sich in der Arbeitsposition, wie in der 1 und 2 gezeigt, oberhalb des Gehäuses 16. Die Drehachse 40 verbindet die Verbindungsplatte 36 mit einem in der 2 gestrichelt angedeuteten rotierenden Elektromotor 42. Der Elektromotor 42 befindet sich unterhalb der Verbindungsplatte 36 innerhalb des Gehäuses 16. Mit dem Elektromotor 42 kann die Drehwelle 38 und damit die Verbindungsplatte 36 um die Drehachse 40 drehbar in eine Links- und eine Rechtsrichtung angetrieben werden. Durch die Drehung der Verbindungsplatte 36 können die Haltesockel 30 zwischen der Heizstation 18, der Kühlstation 20 und der Wechselstation 22 bewegt werden. Die Kühlstation 20 ist im Drehsinn der Verbindungsplatte 36 mit den Haltesockeln 30 hinter der Heizstation 18 angeordnet. Die Wechselstation 22 ist im Drehsinn hinter der Kühlstation 20 und vor der Heizstation 18 angeordnet. Der Drehsinn entspricht in Draufsicht in Richtung der Drehachse 40 betrachtet dem Uhrzeigersinn.
Der Elektromotor 42 ist mittels einer drahtgebundenen, elektrischen Signal-/Steuerleitung 44 steuerbar mit der Steuereinheit 24 verbunden. Mittels der Steuereinheit 24 kann der Elektromotor 42 so angesteuert werden, dass er mittels Drehen im Drehsinn die Haltesockel 30 reproduzierbar jeweils in einem Zentrum der Heizstation 18, Kühlstation 20 und der Wechselstation 22 positioniert. Hierzu kann ein Positionserfassungssystem, beispielsweise mit wenigstens einem Endlagenschalter und/oder einer Schrittmotorsteuerung, vorgesehen sein.
Die Heizstation 18 umfasst einen Heizmantel 46, der aus zwei identischen Heizmantelsektoren 48 zusammengesetzt ist. Der Heizmantel 46 ist im Detail in der 3 gezeigt. Der Heizmantel 46 ist aus Metall. Er ist wärmeleitend. Der Heizmantel 46 hat außen eine kreiszylindrische Form. Seine Mantelachse verläuft, wie in der 1 gezeigt, koaxial zur Halteachse 32 des in der Heizstation 18 befindlichen Haltesockels 30.
Die radial innere Umfangsseite des Heizmantels 46 hat eine konische Form. Der Innenquerschnitt des Heizmantels 46 weitet sich axial zur Mantelachse betrachtet zu dem Haltesockel 30 hin auf. Die radial innere Umfangsseite des Heizmantels 46 hat die gleiche Form wie die radial äußere Umfangsseite eines Spannfutterkopfs 50 des entsprechenden Schrumpfspannfutters 14. In der Arbeitsposition liegt der Heizmantel 46 flächig wärmeleitend an dem entsprechenden Spannfutterkopf 50 an.
Die Ausdehnung des Heizmantels 46 axial zu seiner Mantelachse entspricht der axialen Ausdehnung des Spannfutterkopfs 50. Auf diese Weise kann der Heizmantel 46 den gesamten Spannfutterkopf 50 umgeben. Bereiche des Schrumpfspannfutters 14 außerhalb des Spannfutterkopfs 50 werden von dem Heizmantel 46 frei gehalten. So wird im Wesentlichen der Spannfutterkopf 50 erhitzt, um den Bohrer 12 einzuspannen oder auszuspannen. Eine nicht dargestellte automatische Wechselvorrichtung kann nach einem Erhitzen des Spannfutterkopfs 50 eine Entnahme bzw. Auswechseln des Bohrers 12 vornehmen.
Der Spannfutterkopf 50 weist eine Bohreraufnahme in Form eines zur Spannfutterachse koaxialen Sacklochs auf. Die radial innere Umfangsseite der Bohreraufnahme kann zusätzlich Nuten aufweisen, welche sich parallel zur Spannfutterachse erstrecken, oder kann aufgrund seiner Form einen Formschluss zwischen den Bohrer 12 und dem Schrumpfspannfutter 14 bewirken, z.B. einen ovalen, konischen oder Polygonquerschnitt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können Erhebungen an der radial inneren Umfangsseite der Bohreraufnahme vorgesehen sein, die sich gegebenenfalls parallel zur Spannfutterachse erstrecken. Die Bohreraufnahme dient zur Aufnahme des Bohrers 12. Die Bohreraufnahme hat an einem Ende, das dem Spannfutterschaft bezüglich der Spannfutterachse axial abgewandt ist, eine Einstecköffnung zum Einstecken des Bohrers 12. Im Bereich der Einstecköffnung ist der Innendurchmesser der Bohreraufnahme etwas größer als der Außendurchmesser des Bohrerschafts, so dass der Bohrer 12 dort vormontiert werden kann. Im unteren Bereich ist der Außendurchmesser des Bohrerschafts etwas größer als der Innendurchmesser der Bohreraufnahme, sodass der Bohrer 12 erst durch Aufheizen des Spannfutterkopfs 50 und Ausdehnen der Bohreraufnahme vollständig in diese eingleiten kann.
Die Heizmantelsektoren 48 beinhalten jeweils beispielhaft vier identische elektrisch betriebene Heizelemente 52, von denen eines beispielhaft in der 4 im Detail gezeigt ist. Die Heizelemente 52 befinden sich innerhalb der Wand des Heizmantels 46 in entsprechenden Heizelementaufnahmen und sind von außen nicht sichtbar. In den 1 bis 3 sind die Heizelemente 52 gestrichelt angedeutet. Die Heizelementaufnahmen sind kreiszylindrische Sacklöcher, deren Achsen sich parallel zur Mantelachse, in der Arbeitsposition also parallel zur Halteachse 32, erstrecken. Die Heizelementaufnahmen sind an einem Ende, das in der Arbeitsposition dem entsprechenden Haltesockel 30 zugewandt ist, also in 1 unten, geschlossen. Jeweilige Einbauöffnungen der Heizelementaufnahmen auf der axial gegenüberliegenden Stirnseite sind nach dem Einbau der Heizelemente 52 verschlossen. Die Heizelementaufnahmen und die Heizelemente 52 sind bezüglich der Mantelachse umfangsmäßig gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Heizelemente 52 erstrecken sich nahezu über die gesamte axiale Höhe des Heizmantels 46.
Die Heizelemente 52 sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als stabförmige Heizpatronen ausgestaltet. Die Heizelemente 52 haben jeweils einen Trägerkörper 54, der zentrisch in einem Abstand von einem Rohrmantel 56 angeordnet ist. Der Rohrmantel 56 ist beispielsweise aus Metall, wie etwa Chrom-Nickel-Stahl.
Ein elektrischer Heizleiter 58 ist in einer oder mehreren Lagen außen um den Trägerkörper 54 gewickelt. Der Heizleiter 58 ist aus einer Heizleiterlegierung, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Legierung oder eine Nickel-Kupfer-Legierung. Mit dem Heizleiter 58 wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt.
Ein Zwischenraum zwischen dem Trägerkörper 54 und dem Rohrmantel 56 ist mit einem isolierenden Material, beispielsweise hochverdichtetem Magnesiumoxid, befüllt.
Aus dem Rohrmantel 56 des Heizelements 52 ragt an einem Ende eine elektrische Versorgungsleitung 60 heraus, welche zwei Adern zur Verbindung mit zwei Polen der elektrischen Versorgung aufweist.
Die Heizelemente 52 können mit einer Versorgungsspannung von bis zu 400 Volt und mehr versorgt werden. Mit den Heizelementen 52 kann eine Betriebstemperatur am jeweiligen Rohrmantel 56 von bis zu 750°C und mehr erreicht werden.
Jedes Heizelement 52 kann ferner über jeweils einen Temperatursensor, beispielsweise ein Thermoelement, verfügen, mit dessen Hilfe eine Temperaturkontrolle des entsprechenden Heizelements 52 erfolgen kann. Es kann auch ein einzelner Temperatursensor pro Mantelsektor 48 angeordnet sein. Ein Temperatursensor kann alle Heizelemente 52 eines Mantelsektors 48 oder nur ein einzelnes, zugeordnetes Heizelement 52 schalten.
Die Versorgungsleitungen 60 sind mit der Steuereinheit 24 verbunden. Der Übersichtlichkeit wegen sind in den 1 und 2 die Versorgungsleitungen 60 nur beispielhaft mittels gestrichelter Linien angedeutet. Über die Versorgungsleitungen 60 kann mit der Steuereinheit 24 die Heizleistung der Heizelemente 52 gesteuert werden.
Die Heizmantelsektoren 48 haben jeweils die Form von Zylinderhalbschalen. Sie können voneinander getrennt werden, wie dies in der 3 angedeutet ist. Jeder Heizmantelsektor 48 ist an seiner bezüglich der Mantelachse radial äußeren Umfangsseite zentral an einem Ende eines Haltearms 62 befestigt. Die Haltearme 62 sind abgewinkelt. Die Haltearme 62 sind mit ihrem anderen Ende jeweils mit einem Positionierantrieb 64 einer entsprechenden Positioniereinrichtung 66 kraftübertragend verbunden. Die Versorgungsleitungen 60 der Heizleiter 58 des entsprechenden Heizmantelsektors 48 verlaufen in dem jeweiligen Haltearm 62.
Mit der Positioniereinrichtung 66 kann der entsprechende Heizmantelsektor 48 aus seiner Arbeitsposition, wie in der 1 gezeigt, in eine Parkposition bewegt werden. Eine analoge Parkposition ist weiter unten im Zusammenhang mit der Kühlstation 20 gezeigt. Die Heizmantelsektoren 48 und die jeweiligen Positioniereinrichtungen 66 sind bezüglich einer Ebene, in der sich die Mantelachse und die Halteachse 32 im Bereich der Heizstation 18 befindet, spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Positionierantriebe 64 der Positioniereinrichtungen 66 umfassen elektrische Linearmotoren. Mit den Positionierantrieben 64 können die Haltearme 62 mit den entsprechenden Heizmantelsektoren 48 bezüglich der Mantelachse und der Halteachse 32 in und entgegen einer radialen Bewegungsrichtung 68 bewegt werden. Außerdem können sie parallel zur Mantelachse und zur Halteachse 32 in und entgegen einer axialen Bewegungsrichtung 70 bewegt werden. Die axiale Bewegung und die radiale Bewegung können überlagert sein. Die Positionierantriebe 64 sind drahtgebunden mit der Steuereinheit 24 steuerbar verbunden. Die Positionierantriebe 64 können mit der Steuereinheit 24 so gesteuert werden, dass die Heizmantelsektoren 48 präzise und reproduzierbar je nach Bedarf in ihre jeweiligen Arbeitspositionen oder Parkpositionen gebracht werden können. Hierzu kann ein Positionserfassungssystem, beispielsweise mit einer Schrittmotorsteuerung und/oder einem Endlagerschalter, verwendet werden.
Die Positionierantriebe 64 befinden sich in dem Gehäuse 16 unterhalb einer jeweiligen Parkkammer 72 für den entsprechenden Heizmantelsektor 48. Die Heizmantelsektoren 48 sind in ihrer Parkposition in der jeweiligen Parkkammer 72 angeordnet. Die beiden Parkkammern 72 befinden sich bezüglich der Mantelachse und der Halteachse 32 des entsprechenden Haltesockels 30 auf radial gegenüberliegenden Seiten. Sie sind bezüglich der Mantelachse und der Halteachse 32 an der Umfangsseite angeordnet, an der auch der entsprechende Heizmantelsektor 48 angeordnet ist. In der Draufsicht befinden sich die Parkkammern 72 der Heizstation 18 außerhalb der Projektion des dort platzierten Haltesockels 30.
Die Parkkammern 72 weisen jeweils eine Kammeröffnung 74 auf, durch die die Heizmantelsektoren 48 in die Parkkammer 72 und aus dieser heraus gebracht werden können. Die Kammeröffnungen 74 befinden sich in einer oberen Wand des Gehäuses 16. Die Formen und die Abmessungen der Kammeröffnungen 74 sind so gewählt, dass die Heizmantelsektoren 48 und die Haltearme 62 bei entsprechender Positionierung radial zu der Mantelachse und der Halteachse 32 mit der entsprechenden axialen Bewegung 70 hindurch passen. Beispielhaft haben die Kammeröffnungen 74 etwa die Form eines Kreisringsektors.
Die Kühlstation 20 weist einen Kühlmantel 76 auf. Form, Größe und Anordnung des Kühlmantels 76 ist analog zu dem Heizmantel 46. Der Kühlmantel 76 umfasst analog zum Heizmantel 46 zwei Kühlmantelsektoren 78. Die Kühlmantelsektoren 78 sind ist in den 1 und 2 in ihren Parkpositionen gezeigt. In den Kühlmantelsektoren 78 sind analog zu den Heizmantelsektoren 48 beispielhaft vier identische stabförmige, elektrisch betriebene Kühlelemente 80 angeordnet. Die Kühlelemente 80 können thermoelektrische Kühlelemente, beispielsweise Peltier-Elemente oder Seebeck-Elemente, sein. Des Weiteren kann auch ein passives Herunterkühlen der Kühlsektoren durch eine Kältemaschine eingesetzt werden, oder die Kühlsektoren weisen Kühlkanäle mit einem durchströmenden kalten Medium wie Kühlmittel, flüssiges Helium oder ähnliches auf.
Die Kühlelemente 80 sind über elektrische Versorgungsleitungen 82 mit der Steuereinheit 24 verbunden. Mit der Steuereinheit 24 können die Kühlelemente 80 elektrisch gesteuert werden. Jeder Kühlmantelsektor 78 ist mit einer jeweiligen Positioniereinrichtung 66 analog zu den Heizmantelsektoren 48 aus seiner jeweiligen Arbeitsposition in die Parkposition und umgekehrt bewegbar. Die Positioniereinrichtungen 66 der Kühlstation 20 und entsprechende Parkkammern 72 für die Kühlmantelsektoren 78 sind analog zu den Positioniereinrichtungen 66 und den Parkkammern 72 der Heizstation 18 aufgebaut und angeordnet. Sie sind der besseren Übersichtlichkeit wegen jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Funktionsweise der Positioniereinrichtungen 66 der Kühlstation 20 entspricht der Funktionsweise der Positioniereinrichtungen 66 der Heizstation 18. Die Positioniereinrichtungen 66 der Heizstation 18 und der Kühlstation 20 können unabhängig voneinander mit der Steuereinheit 24 angesteuert werden.
Die Wechselstation 22 befindet sich in einem freien Bereich zwischen einer der Parkkammern 72 der Heizstation 18 und einer der Parkkammern 72 der Kühlstation 20. In der Wechselstation 22 können die Schrumpfspannfutter 14 in den dortigen Haltesockel 30 eingesetzt oder diesem entnommen werden. In dem in der 1 und 2 dargestellten Betriebszustand der Vorrichtung 10 ist der Haltesockel 30 in der Wechselstation 22 leer.
Die Vorrichtung 10 ist des Weiteren mit einer, in den 1 und 2 nicht gezeigten, externen elektrischen Energiequelle verbunden.
Die Eingabe-/Ausgabeeinheit 26 verfügt über eine Anzeige 84, über die Betriebszustände der Vorrichtung 10, beispielsweise Ist- oder Solltemperaturen der Heizstation 18 und/oder der Kühlstation 20, und/oder entsprechende Hinweise oder Warnsignale in Bezug auf den Betriebszustand der Vorrichtung 10 angezeigt werden können. Ferner verfügt die Eingabe-/Ausgabeeinheit 26 über Eingabetasten 86, mit denen die Vorrichtung 10 bedient werden kann. Zusätzlich kann die Eingabe-/Ausgabeeinheit 26 über einen akustischen und/oder einen optischen Signalgeber verfügen.
Im Bereitschaftszustand der Vorrichtung 10 befinden sich die Heizmantelsektoren 48 und die Kühlmantelsektoren 78 in ihren jeweiligen Parkkammern 72. In der Heizstation 18, der Kühlstation 20 und der Wechselstation 22 befindet sich jeweils einer der Haltesockel 30.
Zum Einsetzen eines Bohrers 12 in ein Schrumpfspannfutter 14 werden mit den Eingabetasten 86 die für das Verfahren erforderlichen Parameter, beispielsweise Heiztemperatur und Heizdauer, eingestellt und das Verfahren gestartet. Ein leeres Schrumpfspannfutter 14 oder ein bereits bestückte Schrumpfspannfutter 14 wird in den Haltesockel 30, der in der Wechselstation 22 positioniert ist, eingesetzt und fixiert. Insofern bereits im Schrumpfspannfutter 14 ein Bohrer 12 aufgenommen ist, wird in der Heizstation 18 zunächst ein Erhitzen des Schrumpfspannfutters 14 zur Entnahme des Bohrers 12 durchgeführt. Eine automatisierte und nicht dargestellte Werkzeugwechselvorrichtung kann den Bohrer 12 in der Heizstation 18 oder in der Wechselstation 22 automatisch auswechseln bzw. entnehmen. Hiernach kann beispielsweise die Dreheinrichtung 28 in die Ausgangsstellung verfahren werden, um einen neuen Bohrer 12 vorzumontieren.
Der Bohrer 12 wird in den Spannfutterkopf 50 des Schrumpfspannfutters 14 in der Wechselstation 22 vormontiert. Mit der Steuereinheit 24 wird automatisch die Dreheinrichtung 28 angesteuert und die Haltesockel 30 werden jeweils zur nächsten Arbeitsstation befördert. Der Haltesockel 30 mit dem Schrumpfspannfutter 14 und dem vormontierten Bohrer 12 befindet sich jetzt in der Heizstation 18.
Mit den Positionierantrieben 64 der Heizstation 18 werden, angesteuert durch die Steuereinheit 24, automatisch die Heizmantelsektoren 48 aus dem Parkkammern 72 in ihre Arbeitspositionen gefahren. Die Heizelemente 52 werden mit der Steuereinheit 24 heizend angesteuert. Der Spannfutterkopf 50 wird erhitzt, so dass sich die Bohreraufnahme ausdehnt. Der Bohrer 12 gleitet aufgrund der Schwerkraft mit seinem Bohrerschaft vollständig in die Bohreraufnahme. Mit der Steuereinheit 24 wird die Heizansteuerung der Heizelemente 52 beendet. Die Heizmantelsektoren 48 werden wieder in ihre Parkpositionen bewegt.
Mit der Steuereinheit 24 wird automatisch die Dreheinrichtung 28 angesteuert und die Haltesockel 30 werden zur jeweils nächsten Arbeitsstation gedreht. Der Haltesockel 30 aus der Heizstation 18 mit dem Schrumpfspannfutter 14 und dem eingesetzten Bohrer 12 wird dabei zur Kühlstation 20 befördert. Die Kühlmantelsektoren 78 der Kühlstation 20 werden automatisch analog wie Eingangs die Heizmantelsektoren 48 der Heizstation 18 in ihre jeweilige Arbeitsposition gebracht. Mit der Steuereinheit 24 werden die Kühlelemente 80 kühlend angesteuert. Der Spannfutterkopf 50 wird abgekühlt. Die Schaftaufnahme des Spannfutterkopfs 50 zieht sich zusammen und spannt so den Schaft des Bohrers 12 gleichmäßig und präzise ein. Die kühlende Ansteuerung der Kühlelemente 80 wird durch die Steuereinheit 24 gestoppt. Die Kühlmantelsektoren 78 werden wie zuvor die Heizmantelsektoren 48 aus ihrer jeweiligen Arbeitsposition in ihre jeweilige Parkposition gebracht.
Die Haltesockel 30 werden mit der Dreheinrichtung 28 zur jeweils nächsten Arbeitsstation gedreht. Das Schrumpfspannfutter 14 mit dem eingespannten Bohrer 12 ist jetzt in der Wechselstation 22 und kann entnommen werden.
Zum Ausspannen eines Bohrers 12 aus einem Schrumpfspannfutter 14 wird das Schrumpfspannfutter 14 in den leeren Haltesockel 30 in der Wechselstation 22 eingesetzt. Der Haltesockel 30 wird mit dem Schrumpfspannfutter 14 mittels der Dreheinrichtung 28 in die Heizstation 18 gefahren. Die Heizmantelsektoren 48 werden in ihre Arbeitsposition gebracht. Der Heizmantel 46 wird heizend angesteuert. Der Bohrer 12 wird beispielsweise mit einem Werkzeug oder von Hand oder gegebenenfalls der Werkzeugwechselvorrichtung aus der aufgeweiteten Schaftaufnahme des aufgeheizten Spannfutterkopfs 50 herausgezogen. Eine Abkühlung des Schrumpfspannfutters 14, wie bei dem Einspannprozess beschrieben, ist beim Ausspannen des Bohrers 12 nicht unbedingt erforderlich.
Die Vorrichtung 10 ist geeignet, um bis zu drei Schrumpfspannfutter 14 gleichzeitig aufzunehmen.
Beispielsweise können mit der Vorrichtung 10 in oben beschriebener Weise im getakteten Betrieb nacheinander eine Vielzahl von Schrumpfspannfutter 14 mit Bohrern 12 versehen werden. Dabei können die in der Heizstation 18, der Kühlstation 20 und der Wechselstation 22 an den dort jeweils angeordneten Schrumpfspannfuttern 14 durchzuführenden Verfahrensschritte im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Entsprechend kann das Ausspannen von Bohrern 12 aus Schrumpfspannfuttern 14 im getakteten Betrieb im Wesentlichen automatisch erfolgen.
Mithilfe der Steuereinheit 24 und der Eingabe-/Ausgabeeinheit 26 können die Verfahrensschritte beim Einspannen und/oder Ausspannen der Bohrer 12 variiert, insbesondere ihre Reihenfolge verändert, werden. Es können je nach Bedarf einzelne Verfahrensschritte ausgelassen werden. Dies kann abhängig davon erfolgen, wie viele Schrumpfspannfutter 14 gleichzeitig mit der Vorrichtung 10 bearbeitet werden und/oder ob die Bohrer 12 in die entsprechenden Schrumpfspannfutter 14 eingespannt oder ausgespannt werden sollen.
In der 5 ist ein Heizmantel 246 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 bis 4 weist beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Heizmantel 246 drei identische Heizmantelsektoren 248 auf. Die Heizmantelsektoren 248 erstrecken sich jeweils bezüglich der Mantelachse 232 über einen Umfangswinkel von 120 Grad. Die Heizmantelsektoren 148 können analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit entsprechenden Positioniereinrichtungen relativ zueinander bewegt werden.
In der 6 ist ein Heizmantel 346 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, welcher vier identische Heizmantelsektoren 348 aufweist. Die Heizmantelsektoren 348 erstrecken sich jeweils über einen Umfangswinkel von 90 Grad. Die Heizmantelsektoren 348 sind analog zu den vorigen Ausführungsbeispielen mit entsprechenden Positioniereinrichtungen relativ zueinander bewegbar.
In der 7 ist ein Heizmantel 446 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 weisen die identischen Heizmantelsektoren 448 jeweils ein Heizelement 452 auf. Die Heizelemente 452 sind jeweils in dem entsprechenden Heizmantelsektor 448 schlangenlinienartig verlegt. Sie erstrecken sich flächenhaft entlang des jeweiligen Heizmantelsektors 448. Die Heizmantelsektoren 448 sind analog zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen mit entsprechenden Positioniereinrichtungen relativ zueinander bewegbar.
An den zugewandten Stirnkantenflächen der Mantelsektoren 48, 248, 348 und 448 können elektrische Kontaktierungselemente eine elektrische Kontaktierung nach einem berührenden Umschließen des Spannfutters 14 herstellen, so dass die Anzahl der elektrischen Verbindungen minimiert wird.
In der 8 ist ein Heizmantel 646 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 weist der Heizmantel 646 einen einzigen, umfangsmäßig zusammenhängenden und geschlossenen Mantelsektor 648 auf.
Bei einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel kann der einzige Mantelsektor wie beim fünften Ausführungsbeispiel aus 8 ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel aus 7 wenigstens ein schlangenlinienartig verlegtes Heizelement aufweisen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen können statt identischer Heizmantelsektoren auch unterschiedliche Heizmantelsektoren eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Bohrer
14: Schrumpfspannfutter
16: Gehäuse
18: Heizstation
20: Kühlstation
22: Wechselstation
24: Steuereinheit
26: Eingabe-/Ausgabeeinheit
28: Dreheinrichtung
30: Haltesockel
32: Halteachsen
34: Spannfutteraufnahme
36: Verbindungsplatte
38: Drehwelle
40: Drehachse
42: Elektromotor
44: Signal-/Steuerleitung
46; 246; 346; 446; 646: Heizmantel
48; 248; 348; 448; 648: Heizmantelsektoren
50: Spannfutterkopf
52; 452: Heizelement
54: Trägerkörper
56: Rohrmantel
58: Heizleiter
60: Versorgungsleitungen Heizelemente
62: Haltearm
64: Positionierantrieb
66: Positioniereinrichtung
68: radiale Bewegung
70: axiale Bewegung
72: Parkkammer
74: Kammeröffnung
76: Kühlmantel
78: Kühlmantelsektoren
80: Kühlelemente
82: Versorgungsleitungen
84: Anzeige
86: Eingabetasten

Claims

Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646) einer Vorrichtung (10) zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen, insbesondere Drehwerkzeugen (12), in/aus Schrumpfspannfutter(n) (14), wobei der Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646) hülsenförmig ist und wenigstens ein Heizelement (52; 452) zum Erwärmen wenigstens eines Spannfutterkopfs (50) des wenigstens einen Schrumpfspannfutters (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (52; 452) zum Erwärmen des Heizmantels (46; 246; 346; 446; 646) ausgestaltet ist und der Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646) wenigstens abschnittsweise zumindest zwischen dem wenigstens einen Heizelement (52; 452) und seiner bezüglich seiner Mantelachse radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig ist.
Heizmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646) mehrere Mantelsektoren (48; 248; 348; 448) aufweist, die relativ zueinander bewegbar sind.
Heizmantel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Heizelement (53; 452) elektrisch betrieben ist.
Heizmantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Mantelsektoren (48; 248; 348; 448; 648) wenigstens ein eigenes Heizelement (52; 452) aufweist.
Heizmantel nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Heizelemente (52; 452) wenigstens abschnittsweise stabförmig und/oder mäanderförmig ist und/oder insbesondere schlangenlinienförmig ausgerichtet im Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646), insbesondere im Mantelsektor (48; 248; 348; 448; 648), umfasst ist.
Heizmantel nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Temperatursteuereinrichtung zur Kontrolle/Regelung/Steuerung einer Temperatur des wenigstens einen Heizmantels (46; 246; 346; 446; 646) vorgesehen ist, insbesondere wenigstens eines Heizelements (52; 452).
Heizmantel nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Heizelemente (52; 452) wenigstens einen elektrischen Heizleiter (58) aufweist.
Heizmantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Mantelsektoren (48; 248; 348; 448; 648) des Heizmantels (46; 246; 346; 446; 646) bezüglich der Mantelachse wenigstens mit einer Richtungskomponente (68) radial bewegbar ist.
Heizmantel nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646), insbesondere wenigstens einer der Mantelsektoren (48; 248; 348; 448; 648), mit wenigstens einer angetriebenen Positioniereinrichtung (66) kraftübertragend verbunden ist.
Vorrichtung (10) zum Einspannen und/oder Ausspannen von Werkzeugen, insbesondere Drehwerkzeugen (12), in/aus Schrumpfspannfutter(n) (14), mit wenigstens einer Halteeinrichtung (30) zum Halten wenigstens eines Schrumpfspannfutters (14) und mit wenigstens einem hülsenförmigen Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646), insbesondere einem erfindungsgemäßen Heizmantel, der wenigstens ein Heizelement (52; 452) zum Erwärmen wenigstens eines Spannfutterkopfs (50) des wenigstens einen Schrumpfspannfutters (14) aufweist und der zumindest in einer Arbeitsposition koaxial zu einer Halteachse (32) der wenigstens einen Halteeinrichtung (30) angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (52; 452) zum Erwärmen des wenigstens einen Heizmantels (46; 246; 346; 446; 646) ausgestaltet ist und der wenigstens eine Heizmantel (46; 246; 346; 446; 646) wenigstens abschnittsweise zumindest zwischen dem wenigstens einen Heizelement (52; 452) und seiner bezüglich seiner Mantelachse radial inneren Umfangsseite wärmeleitfähig ist.