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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur Kühlung eines Schrumpffutters, das zur Aufnahme eines Werkzeugs oder Werkstücks dient.
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Aus dem Stand der Technik (z. B.
DE 20 2006 019 670 U1 ) sind Schrumpffutter bekannt, die in einer Werkzeugmaschine zur Aufnahme eines Werkzeugs dienen. Zum Einspannen des Werkzeugs in das Schrumpffutter muss das Schrumpffutter erwärmt werden, wodurch sich eine Werkzeugaufnahmeöffnung derart aufweitet, dass das Werkzeug eingeführt werden kann. Anschließend wird das Schrumpffutter dann wieder abgekühlt, wodurch sich die Werkzeugaufnahmeöffnung wieder verengt und das Werkzeug dadurch einspannt. Zur Entnahme des Werkzeugs aus dem Schrumpffutter muss das Schrumpffutter dann wieder entsprechend erwärmt werden.
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Weiterhin sind aus
DE 20 2006 019 670 U1 Kühleinrichtungen bekannt, um derartige Schrumpffutter abzukühlen. Diese herkömmlichen Kühleinrichtungen weisen hierzu zwei halbschalenförmige Kontaktelemente auf, die von außen um den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters gelegt werden und dann einen großflächigen Berührungskontakt mit dem Werkzeugaufnahmeabschnitt des zu kühlenden Schrumpffutters herstellen. Das Schrumpffutter wird dann durch Wärmeleitung von dem Schrumpffutter auf die Kühleinrichtung abgekühlt. Nachteilig an dieser bekannten Kühleinrichtung ist die Tatsache, dass die Innenkontur der Kühleinrichtung exakt an die Außenkontur des Schrumpffutters angepasst sein muss, so dass die Kühleinrichtung nur für einen einzigen Typ eines Schrumpffutters mit einer bestimmten Außenkontur geeignet ist. Zum Kühlen anders geformter Schrumpffutter müssen dann entsprechend geformte andere Kühleinrichtungen verwendet werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Kühleinrichtung zu schaffen, die zur Kühlung eines Schrumpffutters dient.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen ringförmigen Kühladapter auf, um die Außenkontur des Schrumpffutters zu kontaktieren und dadurch Wärme von dem Schrumpffutter durch Wärmeleitung abzuleiten, wodurch das Schrumpffutter gekühlt wird.
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass der Kühladapter mehrere getrennte Kontaktelemente aus einem wärmeleitfähigen Material aufweist, die über den Umfang des Kühladapters verteilt angeordnet sind und im Betrieb die Außenkontur des Schrumpffutters berühren, um die Wärme durch Wärmeleitung von dem Schrumpffutter auf die Kontaktelemente abzuführen.
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Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik sind die einzelnen Kontaktelemente hierbei beweglich gelagert, um sich der Außenkontur des Schrumpffutters anpassen zu können.
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Vorzugsweise sind die einzelnen Kontaktelemente hierbei in radialer Richtung beweglich, so dass die einzelnen Kontaktelemente radial nach außen ausweichen können, um sich der Außenkontur des jeweiligen Schrumpffutters anzupassen. Die radiale Verschiebbarkeit der einzelnen Kontaktelemente ermöglicht also vorteilhaft eine Anpassung an unterschiedliche Außendurchmesser der Schrumpffutter.
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Darüber hinaus sind die einzelnen Kontaktelemente vorzugsweise auch schwenkbar, um sich der Außenkontur des jeweiligen Schrumpffutters anzupassen, d. h. die einzelnen Kontaktelemente können in einer Radialebene um eine Schwenkachse schwenken, die rechtwinklig zu der Radialebene ausgerichtet ist. Dies ist vorteilhaft, weil die üblichen Schrumpffutter Außenkonturen mit unterschiedlichen Konuswinkeln haben, die üblicherweise 4,5° oder 3° betragen. In Abhängigkeit von dem Konuswinkel des jeweiligen Schrumpffutters können die einzelnen Kontaktelemente dann entsprechend schwenken, um sich der konusförmigen Außenkontur des jeweiligen Schrumpffutters anzuschmiegen. Hierbei können die einzelnen Kontaktelemente um einen maximalen Schwenkwinkel geschwenkt werden, der mindestens 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6° oder sogar mindestens 7° beträgt. Die Schwenkbarkeit der einzelnen Kontaktelemente ermöglicht also vorteilhaft eine Anpassung an unterschiedliche Konuswinkel der Außenkontur der Schrumpffutter.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Kühleinrichtung ohne bauliche Anpassungen für verschiedene Typen von Schrumpffuttern geeignet ist, da sich die verschiedenen Kontaktelemente der jeweiligen Außenkontur des Schrumpffutters flexibel anpassen können.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kühleinrichtung eine Spanneinrichtung auf, um die einzelnen Kontaktelemente in radialer Richtung nach innen gegen die Außenkontur des Schrumpffutters zu spannen. Die Spanneinrichtung sorgt also dafür, dass die einzelnen Kontaktelemente von außen gegen die jeweilige Außenkontur des Schrumpffutters gedrückt werden.
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Vorzugsweise enthält die Spanneinrichtung mehrere Federn, welche die Kontaktelemente jeweils in radialer Richtung nach innen gegen die Außenkontur des Schrumpffutters drücken. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedem der Kontaktelemente jeweils mindestens eine Feder zugeordnet, die das jeweilige Kontaktelement radial nach innen gegen die Außenkontur des Schrumpffutters drückt. Es ist jedoch bevorzugt, dass jedem der Kontaktelemente mindestens zwei Federn zugeordnet sind, die entlang der Längsachse des Schrumpffutters hintereinander angeordnet sind. Dies ermöglicht vorteilhaft Innenkonturen der Kontaktelemente, die von einem exakt axial ausgerichteten Verlauf abweichen und beispielsweise gegenüber der Einführrichtung geneigt oder entlang der Einführrichtung gekrümmt sind, ohne dass dabei ein Verkanten der Kontaktelemente auftritt. Beispielsweise können die Federn als Spiralfedern ausgebildet sein.
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Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Kühleinrichtung vorzugsweise eine Entspanneinrichtung zum Entspannen des Kontakts zwischen den einzelnen Kontaktelementen und dem Schrumpffutter, indem die Kontaktelemente radial nach außen bewegt werden. Die Entspanneinrichtung bewegt die Kontaktelemente also radial nach außen, um das Schrumpffutter einführen oder entnehmen zu können. Die Spanneinrichtung bewegt die einzelnen Kontaktelemente dagegen radial nach innen, damit sich die Kontaktelemente möglichst gut an die Außenkontur des Schrumpffutters anlegen.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet die Entspanneinrichtung pneumatisch, beispielsweise mittels Druckluft. Hierzu können die einzelnen Kontaktelemente jeweils mit einer Kolbenstange verbunden sein, die einen Kolben trägt, der pneumatisch mit Druck beaufschlagt werden kann, um das jeweilige Kontaktelement radial nach außen zu ziehen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verlaufen die Kolbenstangen jeweils im Wesentlichen radial und tragen an ihrer radial außen liegenden Seite einen Kolben, der mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung schließen die in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Kontaktelemente jeweils einen Luftspalt ein, um die Wärme von den Kontaktelementen durch Konvektion abzuführen. Durch den Luftspalt zwischen den unmittelbar benachbarten Kontaktelementen kann also ein Luftstrom geleitet werden, der sich beim Durchströmen des Luftspalts erwärmt und dadurch Wärme von den Kontaktelementen abführt. Vorzugsweise sind die Luftspalte zwischen den unmittelbar benachbarten Kontaktelementen jeweils keilförmig.
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Darüber hinaus kann die Kühleinrichtung eine Düsenanordnung umfassen, um einen kühlenden Gasstrom (z. B. Luftstrom) auf die Kontaktelemente zu richten, um die Wärme von den Kontaktelementen durch Konvektion abzuführen, wie bereits vorstehend kurz erwähnt wurde. Vorzugsweise wird dieser Gasstrom durch die Luftspalte zwischen den unmittelbar benachbarten Kontaktelementen geleitet, um die Wärme abzuführen.
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Die vorstehend erwähnte Düsenanordnung ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und koaxial zu dem ringförmigen Kühladapter angeordnet. Beispielsweise ist die Düsenanordnung über dem Kühladapter angeordnet und gibt den kühlenden Gasstrom nach unten auf den Kühladapter bzw. in die Luftspalte zwischen den unmittelbar benachbarten Kontaktelementen ab.
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Beispielsweise kann die Düsenanordnung eine ringförmig umlaufende Schlitzdüse aufweisen, um den kühlenden Gasstrom abzugeben. Hierbei erstreckt sich der kühlende Gasstrom also über den gesamten Umfang der Düsenanordnung. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Düsenanordnung über den Umfang verteilt mehrere Düsen aufweist, die jeweils einen kühlenden Teilstrom abgeben.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die einzelnen Kontaktelemente im Querschnitt quer zur Einführrichtung im Wesentlichen T-förmig und weisen einen Längsschenkel und einen Querschenkel auf.
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Hierbei drücken die T-förmigen Kontaktelemente mit dem Ende ihres Längsschenkels vorzugsweise in radialer Richtung von außen auf die Außenkontur des Schrumpffutters.
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An dem Querschenkel der T-förmigen Kontaktelemente stützt sich dagegen radial außen jeweils mindestens eine Spiralfeder ab, die das jeweilige Kontaktelement radial nach innen drückt.
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Hierbei werden die einzelnen Kontaktelemente vorzugsweise von jeweils mindestens einem Führungsstift geführt, der radial verläuft.
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Die einzelnen Führungsstifte zur Führung der zugehörigen Kontaktelemente verlaufen vorzugsweise jeweils koaxial durch die einzelnen Spiralfedern.
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Die Querschenkel der einzelnen T-förmigen Kontaktelemente weisen vorzugsweise zur Durchführung der Führungsstifte jeweils eine Bohrung auf, die sich bis in den Längsschenkel des jeweiligen Kontaktelements erstreckt.
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Die einzelnen Führungsstifte sind mit ihren Enden vorzugsweise in den zugehörigen T-förmigen Kontaktelementen befestigt.
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Zur Halterung der einzelnen Kontaktelemente kann ein Haltering vorgesehen sein, der koaxial zu dem ringförmigen Kühladapter und der ringförmigen Düsenanordnung angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist der Haltering zahlreiche radial verlaufende Führungsbohrungen auf, in denen die Führungsstifte radial verschiebbar sind.
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Die Führungsbohrungen bilden hierbei vorzugsweise eine Spielpassung für die Führungsstifte, so dass die Führungsstifte nicht nur radial verschiebbar, sondern auch in einer Radialebene um einen kleinen Schwenkwinkel schwenkbar sind. Dies ist sinnvoll, damit die einzelnen Kontaktelemente etwas geschwenkt werden können, um sich dem jeweiligen Konuswinkel der Außenkontur des Schrumpffutters anpassen zu können.
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Die Führungsstifte weisen vorzugsweise jeweils einen Kopf auf, der an der äußeren Mantelfläche des Halterings aufliegt und ein Durchrutschen der Führungsstäbchen verhindert. Der Bewegungsspielraum der T-förmigen Kontaktelemente ist also in radialer Richtung vorzugsweise nach innen begrenzt, wenn die Querschenkel der unmittelbar benachbarten Kontaktelemente aneinander anstoßen und/oder wenn die inneren Enden der Längsschenkel der unmittelbar benachbarten Kontaktelemente zusammenstoßen.
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Die einzelnen Kontaktelemente bestehen aus einem Material mit einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, um die Wärme möglichst gut abführen zu können.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Kontaktelemente in radialer Richtung verschiebbar und auch in einer Radialebene schwenkbar. Die radiale Verschiebbarkeit der Kontaktelemente ermöglicht hierbei eine Anpassung an unterschiedliche Außendurchmesser der Schrumpffutter, während die Schwenkbarkeit der einzelnen Kontaktelemente eine Anpassung an unterschiedliche Konuswinkel der Schrumpffutter erlaubt.
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Die einzelnen Kontaktelemente können zum Kontaktieren der Außenkontur des Schrumpffutters innen eine Kontaktfläche aufweisen, die verschiedene Formen aufweisen kann. In einer Variante der Erfindung ist die innenliegende Kontaktfläche der einzelnen Kontaktelemente parallel zur Mittelachse des ringförmigen Kühladapters ausgerichtet und verläuft entlang der Mittelachse linear und krümmungsfrei. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Kontaktfläche zur Mittelachse geneigt ist und zwar in der Einführrichtung oder entgegen der Einführrichtung. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass die Kontaktfläche der einzelnen Kontaktelemente in der Einführrichtung gekrümmt ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1A eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung,
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1B eine vergrößerte Detailansicht aus 1A, sowie
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2 eine Längsschnittansicht durch die Kühleinrichtung gemäß den 1A und 1B.
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Die Zeichnungen zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung zur Kühlung eines Schrumpffutters, das zur Aufnahme eines Werkzeugs oder Werkstücks dient, wobei das Schrumpffutter selbst in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
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Die Kühleinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Oberteil 1 mit einem Deckel 2, einem Unterteil 3 und einem Verbindungsteil 4, wobei das Verbindungsteil 4 durch Schraubverbindungen einerseits mit dem Oberteil 1 und andererseits mit dem Unterteil 3 verbunden ist.
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Der Deckel 2 ist durch eine Schraubverbindung auf dem Oberteil 1 festgeschraubt, wobei der Deckel 2 auch einen ringförmig umlaufenden Ringkanal 5 abdeckt, der an eine Druckluftversorgung angeschlossen ist. An seiner Innenseite schließt der Deckel 2 mit dem Oberteil 1 eine ringförmig umlaufende Schlitzdüse 6 ein, die einen Kühlluftstrom 7 schräg nach unten abgibt, um Wärme abzuführen, wie noch detailliert erläutert wird. Der Kühlluftstrom 7 wird hierbei aus dem Ringkanal 5 gespeist und der Ringkanal 5 ist an eine Druckluftversorgung angeschlossen.
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Der ringförmige Deckel 2 und das ebenfalls ringförmige Oberteil 1 sind koaxial angeordnet zu einer Einführöffnung 8, wobei das zu kühlende Schrumpffutter in Richtung des Blockpfeils in die Einführöffnung 8 der Kühleinrichtung eingeführt werden kann, d. h. parallel zur Mittelachse 9 der Kühleinrichtung.
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In dem ebenfalls ringförmigen Unterteil 3 sind über den Umfang verteilt jeweils paarweise zwei übereinanderliegende Führungsbohrungen angeordnet, die radial verlaufen und jeweils einen radial verschiebbaren Führungsstift 10, 11, 12, 13 aufnehmen. Die einzelnen Führungsstifte 10–13 weisen jeweils einen Stiftkopf 14, 15, 16, 17 auf, der in der Position gemäß 2 radial außen an der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Unterteils 3 anliegt und verhindert, dass die Führungsstifte 10–13 radial nach innen durchrutschen. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Führungsbohrungen für die Führungsstifte 10–13 eine Spielpassung bilden, so dass die Führungsstifte 10–13 in den Führungsbohrungen nicht nur radial verschiebbar sind, sondern auch um einen kleinen Schwenkwinkel schwenkbar sind. Dies ist wichtig, da die Kontaktelemente 18, 19 auch schwenkbar sind, wie noch ausführlich erläutert wird.
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An ihrem radial innenliegenden Ende sind die Führungsstifte 10–13 jeweils paarweise mit einem Kontaktelement 18, 19 verbunden, wobei die Kontaktelemente 18, 19 aus einem wärmeleitfähigen Material (z. B. Kupfer) bestehen und die Aufgabe haben, Wärme durch Wärmeleitung von dem Schrumpffutter abzuleiten. Im Betrieb liegen die Kontaktelemente 18, 19 deshalb mit ihrer innenliegenden Kontaktfläche 20, 21 an der Außenkontur des zu kühlenden Schrumpffutters an und stellen dann einen großflächigen Berührungskontakt her, was eine gute Wärmeableitung ermöglicht.
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Die Kontaktelemente 18, 19 werden hierbei durch Spiralfedern 22, 23, 24, 25 in radialer Richtung nach innen gedrückt. Die Spiralfedern 22–25 stützen sich einerseits an der Innenwand des ringförmigen Unterteils 3 und andererseits an der radial außen liegenden Seite der Kontaktelemente 18 bzw. 19 ab, wobei die Spiralfedern 22–25 die Führungsstifte 10–13 spiralförmig umgeben.
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Darüber hinaus weist die dargestellte Kühleinrichtung eine Entspanneinrichtung auf, um die Kontaktelemente 18, 19 radial nach außen zu ziehen. Dies ist erforderlich, um das Schrumpffutter in die Kühleinrichtung einzuführen bzw. das Schrumpffutter wieder aus der Kühleinrichtung zu entnehmen. Hierzu weist die Entspanneinrichtung für jedes der Kontaktelemente 18, 19 jeweils eine Kolbenstange 26, 27 auf, die in radialer Richtung verläuft und an ihrem radial außen liegenden Ende jeweils einen Kolben 28 bzw. 29 trägt. Die Kolben 28, 29 können über einen Druckluftkanal 30, 31 einseitig mit Druckluft beaufschlagt werden, um die Kolbenstange 26, 27 und damit das zugehörige Kontaktelement 18, 19 radial nach außen zu drücken. Eine Druckbeaufschlagung der Kolben 28, 29 ist hierbei jedoch nur erforderlich, um die Kontaktelemente 18, 19 radial nach außen zu ziehen. Im normalen Kühlbetrieb ist dagegen keine Druckbeaufschlagung erforderlich, da dann die Spiralfedern 22–25 die Kontaktelemente 18, 19 radial nach innen gegen die Außenkontur des Schrumpffutters drücken.
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Die einzelnen Kontaktelemente 18, 19 können also zur Anpassung an unterschiedlich geformte Schrumpffutter eine Ausweichbewegung ausführen.
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Zum einen ist im Rahmen dieser Ausweichbewegung eine radiale Verschiebung der Kontaktelemente 18, 19 möglich, damit sich die Kontaktelemente 18, 19 an den Außendurchmesser des jeweiligen Schrumpffutters anpassen können.
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Zum anderen ist im Rahmen der Ausweichbewegung aber auch eine Schwenkbewegung der Kontaktelemente 18, 19 um eine Schwenkachse A1 bzw. A2 möglich, wobei die Schwenkachsen A1, A2 jeweils rechtwinklig zu einer Radialebene ausgerichtet sind. Die Schwenkrichtung ist hierbei in 2 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Diese Schwenkbewegung der Kontaktelemente 18, 19 ermöglicht eine Anpassung der Kontaktelemente 18, 19 an unterschiedliche Konuswinkel der Außenkontur der Schrumpffutter.
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Zur Ermöglichung dieser Schwenkbewegung der Kontaktelemente 18, 19 bilden die Führungsbohrungen für die Führungsstifte 10–13 jeweils Spielpassungen, damit sich die Führungsstifte 10–13 auch um einen kleinen Schwenkwinkel in der Radialebene schwenken können. Dies ist wichtig, weil eine spielfreie Linearführung der Führungsstifte 10–13 eine Schwenkbewegung der Kontaktelemente 18, 19 verhindern würde.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass die unmittelbar benachbarten Kontaktelemente 18, 33 jeweils einen im Wesentlichen keilförmigen Luftspalt 32 einschließen, durch den der Kühlluftstrom 7 geleitet wird, um Wärme durch Konvektion abzuführen. Im Betrieb geht also die Wärme zunächst von dem Schrumpffutter auf die Kontaktelemente 18, 33 über. Anschließend geht die Wärme von den Kontaktelementen 18, 33 durch Wärmeleitung auf den Kühlluftstrom 7 über, der durch die keilförmige Luftspalte 32 geleitet wird. Mit dem Kühlluftstrom 7 verlässt die Wärme dann durch Konvektion die Kühleinrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oberteil
- 2
- Deckel
- 3
- Unterteil
- 4
- Verbindungsteil
- 5
- Ringkanal
- 6
- Schlitzdüse
- 7
- Kühlluftstrom
- 8
- Einführöffnung
- 9
- Mittelachse der Kühleinrichtung
- 10–13
- Führungsstifte
- 14–17
- Stiftkopf
- 18, 19
- Kontaktelement
- 20, 21
- Kontaktfläche der Kontaktelemente
- 22–25
- Spiralfedern
- 26, 27
- Kolbenstange
- 28, 29
- Kolben
- 30, 31
- Druckluftkanal
- 32
- Luftspalt
- 33
- Kontaktelement
- A1
- Schwenkachse des Kontaktelements 18
- A2
- Schwenkachse des Kontaktelements 19
