DE102017115202A1 - Device for inductive heating of a component - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils, insbesondere zum Einschrumpfen oder Ausschrumpfen eines Werkzeugs innerhalb einer Spannöffnung (15) eines Schrumpfspannfutters (14) angegeben, mit einer Induktionsspule (12), in die das Bauteil seitlich ein- und ausführbar ist, und mit einer Wechselspannungsquelle (24), mit der die Induktionsspule (12) verbindbar ist. Die Induktionsspule (12) weist in Umfangsrichtung einen offenen Bereich (16) mit zwei einander gegenüberliegenden Enden (21, 29) auf. Die Induktionsspule (12) ist somit nicht vollständig in Umfangsrichtung geschlossen.The invention relates to a device for inductively heating a component, in particular for shrinking or shrinking a tool within a clamping opening (15) of a shrink chuck (14), with an induction coil (12) into which the component can be laterally inserted and removed, and with an AC voltage source (24) to which the induction coil (12) is connectable. The induction coil (12) has an open area (16) in the circumferential direction with two opposite ends (21, 29). The induction coil (12) is thus not completely closed in the circumferential direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils, insbesondere zum Einschrumpfen oder Ausschrumpfen eines Werkzeugs innerhalb einer Spannöffnung eines Schrumpfspannfutters, mit einer Induktionsspule, in die das Bauteil einführbar ist, und mit einer Wechselspannungsquelle, mit der die Induktionsspule verbindbar ist.The invention relates to a device for inductive heating of a component, in particular for shrinking or shrinking a tool within a clamping opening of a shrink chuck, with an induction coil, in which the component is insertable, and with an AC voltage source to which the induction coil is connectable.

Derartige Vorrichtungen zum Einschrumpfen bzw. Ausschrumpfen eines Werkzeugs innerhalb einer Spannöffnung eines Schrumpfspannfutters sind seit Jahren gebräuchlich.Such devices for shrinking or shrinking a tool within a clamping opening of a shrink chuck have been used for years.

Typischerweise weisen derartige Vorrichtungen eine vollständig geschlossene (ringförmige) Induktionsspule mit einer Mehrzahl von Windungen auf, in die das induktiv zu erwärmende Bauteil axial von einem Ende her eingeführt wird.Typically, such devices include a fully closed (annular) induction coil having a plurality of turns into which the component to be inductively heated is inserted axially from one end.

Um einen guten Wirkungsgrad zu gewährleisten, muss hierbei der Durchmesser der Induktionsspule an den Durchmesser des zu erwärmenden Bauteils in einem gewissen Grade angepasst sein. Sollen unterschiedliche Bauteile mit deutlich unterschiedlichen Durchmessern induktiv erwärmt werden, so sind hierzu unterschiedliche Induktionsspulen notwendig. Ferner ist der notwendige große axiale Verfahrweg zum Ein- und Ausfahren eines Bauteils in die Induktionsspule nachteilig.In order to ensure a good efficiency, in this case, the diameter of the induction coil must be adapted to the diameter of the component to be heated to a certain extent. If different components with significantly different diameters are to be inductively heated, different induction coils are necessary for this purpose. Furthermore, the necessary large axial travel path for extending and retracting a component into the induction coil is disadvantageous.

Aus der DE 202 03 784 U1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils bekannt, bei der bei einer Ausgestaltung eine in zwei Hälften aufgeteilte Induktionsspule vorgesehen ist, die zwischen einer Offenstellung zum Ein- bzw. Ausfahren des Bauteils und einer Schließstellung zur induktiven Erwärmung des Bauteils verschwenkbar sind.From the DE 202 03 784 U1 a device for inductive heating of a component is known in which in one embodiment, a divided into two halves induction coil is provided which are pivotable between an open position for retraction and extension of the component and a closed position for inductive heating of the component.

Der Aufbau der Induktionsspule ist allerdings kompliziert und hat keinen besonders guten Wirkungsgrad.However, the structure of the induction coil is complicated and has no particularly good efficiency.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils anzugeben, die eine einfache Handhabung und einen guten Wirkungsgrad bei der induktiven Erwärmung von Bauteilen ermöglicht.Against this background, the invention has for its object to provide a device for inductive heating of a component that allows easy handling and good efficiency in the inductive heating of components.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Induktionsspule in Umfangsrichtung einen offenen Bereich mit zwei einander gegenüberliegenden Enden aufweist.This object is achieved in a device according to the aforementioned type in that the induction coil in the circumferential direction has an open area with two opposite ends.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.

Da auf diese Weise die Induktionsspule in Umfangsrichtung nicht vollständig geschlossen ist, sondern an einer Seite einen offenen Bereich aufweist, kann das induktiv zu erwärmende Bauteil seitlich in die Induktionsspule eingebracht bzw. aus dieser entnommen werden. Durch den Entfall des im Stand der Technik notwendigen axialen Verfahrweges können Werkzeuge als auch Schrumpfspannfutter verwendet werden, die in radialer Richtung größer als der Durchmesser des Schrumpfspannfutters innerhalb der Induktionsspule im zu erhitzenden Bereich sind. Auch können Bauteile mit größeren Durchmesserunterschieden ohne weiteres erhitzt werden, sofern sie durch den offenen Bereich der Induktionsspule in diese radial eingeführt bzw. ausgeführt werden können.Since in this way the induction coil is not completely closed in the circumferential direction, but instead has an open region on one side, the component to be inductively heated can be introduced laterally into the induction coil or removed therefrom. By eliminating the need for axial travel in the prior art tools and shrink chuck can be used, which are larger in the radial direction than the diameter of the shrink chuck within the induction coil in the area to be heated. Also, components having larger diameter differences can be easily heated, as long as they can be radially inserted through the open region of the induction coil.

Es hat sich gezeigt, dass erstaunlicherweise trotz der nicht vollständig geschlossenen Induktionsspule eine weitgehend homogene Erwärmung eines Bauteils bzw. Schrumpfspannfutters möglich ist. Die induzierten Wirbelströme durchfließen das gesamte Bauteil, trotz einer nicht vollkommenen Umschlingung durch die Induktionsspule. Die spezielle Art in der Spulengeometrie nutzt den bei der Induktionserwärmung durch den Wechselstrom bedingten Effekt der Stromverdrängung derart, dass ohne weitere Hilfsmittel ein Wirbelstrom das rotationssymmetrische Bauteil derart durchsetzt, dass das Bauteil entlang seines Außenumfangs weitgehend homogen erwärmt wird.It has been found that, surprisingly, despite the not completely closed induction coil, a largely homogeneous heating of a component or shrink chuck is possible. The induced eddy currents flow through the entire component, despite an incomplete looping through the induction coil. The special type in the coil geometry utilizes the effect of current displacement caused by the alternating current during induction heating in such a way that an eddy current passes through the rotationally symmetric component without additional aids, so that the component is heated substantially homogeneously along its outer circumference.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Induktionsspule über einen Winkelbereich von 360°-α, wobei α höchstens 180° beträgt, bevorzugt höchstens 150°, weiter bevorzugt höchstens 120°, besonders bevorzugt höchstens 100° beträgt.In an advantageous embodiment of the invention, the induction coil extends over an angular range of 360 ° -α, wherein α is at most 180 °, preferably at most 150 °, more preferably at most 120 °, particularly preferably at most 100 °.

Auf diese Weise wird einerseits ein möglichst einfaches Ein- bzw. Ausfahren auch von Bauteilen mit größerem Durchmesser in die Induktionsspule bzw. aus der Induktionsspule heraus in radialer Richtung ermöglicht. Gleichzeitig wird andererseits die von der Induktionsspule auf das wärmende Bauteil induzierte Energie ausreichend groß, um ein effektives Arbeiten zu ermöglichen. Eine besonders guter Kompromiss zwischen einer homogenen Erwärmung des Bauteils einerseits und ein einem möglichst großen, einführbaren Werkzeug andererseits ergibt sich, wenn der Winkel α, über den sich der offene Bereich erstreckt, höchstens etwa 100° bis 120° beträgt. Hierbei ist der Winkel α als Mittelpunktswinkel, gemessen vom Spulenmittelpunkt bis zu den beiden offenen Enden der Spule definiert.In this way, on the one hand the simplest possible entry and exit of components with a larger diameter in the induction coil or from the induction coil out in the radial direction allows. At the same time, on the other hand, the energy induced by the induction coil on the heating element becomes sufficiently large to allow effective working. A particularly good compromise between a homogeneous heating of the component on the one hand and the largest possible insertable tool on the other hand arises when the angle α, over which the open area extends, is at most about 100 ° to 120 °. Here, the angle α is defined as the center point angle, measured from the coil center point to the two open ends of the coil.

Die Induktionsspule weist bevorzugt eine Windungszahl n auf, die größer als 1 ist, vorzugsweise größer als 5 ist. The induction coil preferably has a number of turns n which is greater than 1 is, preferably greater than 5 is.

Durch die Verwendung einer Spule mit einer größeren Windungszahl lässt sich eine gleichmäßigere Erwärmung von Bauteilen über einen größeren axialen Bereich ermöglichen. Je nach Länge und Größe der zu erwärmenden Bauteile wird die Induktionsspule in geeigneter Weise von ihrer Windungszahl und Größe her angepasst.By using a coil with a larger number of turns, a more uniform heating of components over a larger axial range can be made possible. Depending on the length and size of the components to be heated, the induction coil is adapted in a suitable manner by their number of turns and size ago.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Induktionsspule einen magnetisch leitfähigen, elektrisch nicht leitfähigen Kern auf, der von den Windungen der Induktionsspule umgeben ist.According to a further feature of the invention, the induction coil has a magnetically conductive, electrically non-conductive core, which is surrounded by the windings of the induction coil.

Hierdurch kann der Wirkungsgrad verbessert werden und eine homogenere Erwärmung unterstützt werden.As a result, the efficiency can be improved and a more homogeneous heating can be supported.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist an einem axialen Ende der Induktionsspule eine Polscheibe aus einem magnetisch leitfähigen, nicht elektrisch leitfähigen Material angeordnet, die eine zentrale Ausnehmung zur Durchführung eines in die Spannöffnung eingreifenden Werkzeugs aufweist.According to a further feature of the invention, a pole piece of a magnetically conductive, non-electrically conductive material is arranged at one axial end of the induction coil, which has a central recess for passing a tool engaging in the clamping opening.

Hierdurch kann die bei der induktiven Erwärmung eines Schrumpfspannfutters erzeugte magnetische Energie von den äußeren Bereichen, die nicht erwärmt werden sollen, in wirkungsvoller Weise abgeschirmt werden. Auf diese Weise lässt sich eine schnellere und wirksamere Erwärmung gewährleisten, ohne dass äußere Bereiche, die nicht erwärmt werden sollen, im wesentlichen Maße erwärmt werden.In this way, the magnetic energy generated in the inductive heating of a shrink chuck can be effectively shielded from the outer areas that are not to be heated. In this way, a faster and more effective heating can be ensured without substantially heating external areas which are not to be heated.

Die Polscheibe kann in einer Weiterbildung der Erfindung aus mehreren Segmenten bestehen.The pole disk can consist of several segments in a development of the invention.

Hierbei können etwa äußere, radial zustellbare, kreisabschnittsförmige Segmenten und innere gerade Segmenten vorgesehen sein, die wahlweise zugestellt bzw. herausgezogen werden können.Here, for example, outer, radially deliverable, circular segment-shaped segments and inner straight segments can be provided, which can optionally be delivered or pulled out.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Polscheibe eine Mehrzahl von radial verstellbaren, vorzugsweise kreisausschnittförmigen Segmenten.According to a further embodiment of the invention, the pole disk comprises a plurality of radially adjustable, preferably circular cutout segments.

Soweit eine Induktionsspule mit mindestens zwei relativ zueinander verschwenkbaren Spulenteilen verwendet wird, können diese mit entsprechenden, vorzugsweise kreissegmentförmigen Segmenten einer Polscheibe fest verbunden sein.As far as an induction coil is used with at least two relatively rotatable coil parts, they can be firmly connected to corresponding, preferably circular segment-shaped segments of a pole disk.

Mit diesen Merkmalen ergibt sich eine vereinfachte Anpassung der Polscheibe an unterschiedlich große Schrumpfspannfutter.With these features results in a simplified adaptation of the pole disk to different sized shrink chuck.

Ferner ist die Induktionsspule gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung außen von einem Mantel aus einem magnetisch leitfähigen, nicht elektrisch leitfähigen Material zumindest teilweise umschlossen.Furthermore, according to a further feature of the invention, the induction coil is at least partially enclosed externally by a jacket made of a magnetically conductive, non-electrically conductive material.

Dies führt zu einer weiteren Vergleichmäßigung der induktiven Erwärmung.This leads to a further homogenization of the inductive heating.

Die Polscheibe bzw. der zusätzliche Mantel bestehen bevorzugt aus einem Ferritmaterial. Hierbei handelt es sich um ein magnetisch besonders gut leitfähiges Material, das nicht elektrisch leitfähig ist. Bevorzugt wird hierbei ein weichmagnetisches Ferritmaterial verwendet.The pole disk or the additional jacket are preferably made of a ferrite material. This is a magnetically highly conductive material that is not electrically conductive. Preferably, a soft magnetic ferrite material is used here.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Induktionsspule mindestens zwei relativ zueinander verschwenkbare Spulenteile auf.According to a further feature of the invention, the induction coil on at least two relatively rotatable coil parts.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, noch größere rotationssymmetrische Bauteile in die Induktionsspule seitlich in Radialrichtung einzubringen bzw. herauszufahren. Ferner kann der Abstand zwischen Spule und Werkstück gezielt eingestellt werden. Durch eine Variation des Abstands kann eine Leistungsregelung unabhängig vom verwendeten Generator erreicht werden.By this measure, it is possible to introduce even larger rotationally symmetric components in the induction coil laterally in the radial direction or drive out. Furthermore, the distance between the coil and the workpiece can be adjusted specifically. By varying the distance, a power control can be achieved regardless of the generator used.

Bevorzugt ist hierbei jeder Spulenteil als eigenständiger Spulenteil ausgebildet, wobei die beiden Spulenteile über eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindung miteinander verbunden sind.In this case, each coil part is preferably designed as an independent coil part, wherein the two coil parts are connected to one another via an electrically conductive, flexible connection.

Hierdurch ergibt sich ein konstruktiv einfacher Aufbau der Induktionsspule.This results in a structurally simple construction of the induction coil.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Polscheibe eine Mehrzahl von Segmenten auf.According to a further feature of the invention, the pole disk has a plurality of segments.

Sofern die Induktionsspule aus mehreren Spulenteilen besteht, kann hierbei jeder Spulenteil mit einem Segment fest verbunden sein.If the induction coil consists of several coil parts, in this case each coil part can be firmly connected to a segment.

Beim Zusammenschwenken der Spulenteile befinden sich die Segmente der Polscheibe somit in einem optimalen Abstand zum Werkstück.When pivoting the coil parts, the segments of the pole disk are thus at an optimum distance from the workpiece.

Ferner können die Segmente radial verstellbar angeordnet sein, vorzugsweise radial nach innen federnd beaufschlagt sein.Further, the segments may be arranged radially adjustable, preferably be acted upon radially inwardly resiliently.

Auf diese Weise die Einstellung eines optimalen Abstands zum Werkstück erleichtert.In this way, the setting of an optimal distance to the workpiece easier.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine Ansicht gemäß 1, jedoch in geschnittener Darstellung;
  • 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1;
  • 3a eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß 3, wobei die Induktionsspule in zwei zueinander verschwenkbare Spulenhälften aufgeteilt ist;
  • 4 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß 3 längs der Linie IV-IV;
  • 5 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß 3 längs der Linie V-V;
  • 6 einen Schnitt durch die Induktionsspule in einer abgewandelten Ausführung;
  • 7 eine Seitenansicht der Induktionsspule gemäß 6;
  • 8 eine Ansicht der Induktionsspule gemäß 6 längs der Linie VIII-VIII;
  • 9 eine Induktionsspule gemäß 6 mit zwei zueinander verschwenkbaren Teilen, mit denen zugeordnete Polscheibensegmente am axialen Ende fest verbunden sind;
  • 10 eine Induktionsspule gemäß 3, mit am axialen Ende aufgesetzten äußeren kreisabschnittsförmigen Polscheibensegmenten und inneren geraden Polscheibensegmenten, die wahlweise verstellt oder herausgezogen werden können und
  • 11 eine Induktionsspule gemäß 3, mit am axialen Ende aufgesetzten äußeren kreissegmentförmigen Polscheibensegmenten, die radial verstellbar sind.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a perspective view of the device according to the invention;
  • 2 a view according to 1 , but in a sectional view;
  • 3 a cross section through the device according to 1 ;
  • 3a a modification of the device according to 3 wherein the induction coil is divided into two mutually pivotable coil halves;
  • 4 a partial section through the device according to 3 along the line IV-IV ;
  • 5 a partial section through the device according to 3 along the line VV ;
  • 6 a section through the induction coil in a modified embodiment;
  • 7 a side view of the induction coil according to 6 ;
  • 8th a view of the induction coil according to 6 along the line VIII-VIII ;
  • 9 an induction coil according to 6 with two mutually pivotable parts with which associated Polscheibensegmente are firmly connected at the axial end;
  • 10 an induction coil according to 3 with, at the axial end patch outer circular segment-shaped Polscheibensegmenten and inner straight Polscheibensegmenten that can be selectively adjusted or withdrawn and
  • 11 an induction coil according to 3 , With attached at the axial end outer circular segment Polschibensegmenten that are radially adjustable.

In 1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet und perspektivisch dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist eine Induktionsspule 12 auf, die erfindungsgemäß nicht vollständig geschlossen ist, sondern an einem Ende einen offenen Bereich 16 aufweist. Auf dem oberen, axialen Ende der Induktionsspule 12 ist eine Polscheibe 18 aus einem magnetisch leitfähigen, nicht elektrisch leitfähigen Material, nämlich aus einem weichmagnetischen Ferrit, angeordnet.In 1 is a device for inductive heating of a component in total with the digit 10 designated and shown in perspective. The device 10 has an induction coil 12 on, which is not completely closed according to the invention, but at one end an open area 16 having. On the upper, axial end of the induction coil 12 is a pole disk 18 of a magnetically conductive, non-electrically conductive material, namely a soft magnetic ferrite arranged.

Die Polscheibe dient in bekannter Weise zur Abschirmung des Magnetfelds in dem Bereich außerhalb der Induktionsspule 12.The pole disk is used in a known manner to shield the magnetic field in the area outside the induction coil 12 ,

Innerhalb des von der Induktionsspule 12 umschlossenen Raumes ist ein Bauteil in Form eines Schrumpfspannfutters 14 dargestellt, das eine zentrale Spannöffnung 15 zum Einschrumpfen von Werkzeugen aufweist.Inside of the induction coil 12 enclosed space is a component in the form of a shrink chuck 14 shown, which has a central clamping opening 15 for shrinking tools.

Infolge des offenen Bereiches 16 der Induktionsspule 12 kann das Schrumpfspannfutter 14 seitlich in die Induktionsspule 12 ein- bzw. ausgeführt werden, entgegen den im Stand der Technik bekannten vollständig geschlossenen Induktionsspulen, bei denen nur ein axiales Einführen möglich ist.As a result of the open area 16 the induction coil 12 can the shrink chuck 14 laterally in the induction coil 12 On or be executed, contrary to the known in the prior art fully closed induction coils, in which only an axial insertion is possible.

2 zeigt die Vorrichtung 10 in geschnittener Darstellung. 2 shows the device 10 in a cutaway view.

Der genauere Aufbau der Vorrichtung 10 ist aus der nachfolgenden 3 zu ersehen.The more precise construction of the device 10 is from the following 3 to see.

Die Induktionsspule 10 weist eine Wicklung 20 mit mehreren Windungen 30 auf, wobei zwei Wicklungsenden 22, 23 nach hinten aus der Induktionsspule 12 herausstehen. Die Wicklungsenden 22, 23 können über Anschlussleitungen 25, 26 mit einer Wechselspannungsquelle 24 verbunden werden.The induction coil 10 has a winding 20 with several turns 30 on, with two coil ends 22 . 23 to the rear from the induction coil 12 stand out. The winding ends 22 . 23 can via connecting cables 25 . 26 with an AC voltage source 24 get connected.

Die Induktionsspule 12 erstreckt sich über einen Winkelbereich von 360°-α. Der Winkel α, der den Öffnungswinkel des offenen Bereiches 16 darstellt, ist als zentraler Öffnungswinkel zwischen den beiden Enden 21, 29 der Induktionsspule 12 definiert. Der Winkel α ist im dargestellten Fall etwas kleiner als 90° und beträgt etwa 88°.The induction coil 12 extends over an angular range of 360 ° -α. The angle α, which is the opening angle of the open area 16 represents is as a central opening angle between the two ends 21 . 29 the induction coil 12 Are defined. The angle α is in the illustrated case slightly smaller than 90 ° and is about 88 °.

Der maximale Durchmesser Dmax eines Schrumpfspannfutters 14, das in die Induktionsspule 12 seitlich ein- bzw. ausgefahren werden kann, ist Dmax= sin α/2 · Di, wobei Di der Innendurchmesser der Induktionsspule 12 ist. Hat die Induktionsspule 12 beispielsweise einen Innendurchmesser Di von 70 mm, so beträgt der maximale Durchmesser Dmax bei einem Öffnungswinkel α von 88° etwa 49 mm.The maximum diameter D max a shrink chuck 14 that enters the induction coil 12 can be moved in and out, D max = sin α / 2 · D i , where D i the inner diameter of the induction coil 12 is. Has the induction coil 12 For example, an inner diameter D i of 70 mm, then the maximum diameter D max at an opening angle α of 88 ° about 49 mm.

Es hat sich gezeigt, dass erstaunlicherweise trotz der nicht vollständig geschlossenen Induktionsspule eine weitgehend homogene Erwärmung eines Schrumpfspannfutters möglich ist. Die induzierten Wirbelströme durchfließen das gesamte Schrumpfspannfutter, trotz einer nicht vollkommenen Umschlingung durch die Induktionsspule. Die spezielle Art in der Spulengeometrie nutzt den bei der Induktionserwärmung durch den Wechselstrom bedingten Effekt der Stromverdrängung derart, dass ohne weitere Hilfsmittel ein Wirbelstrom das rotationssymmetrische Schrumpfspannfutter 14 derart durchsetzt, dass das Schrumpfspannfutter 14 entlang seines Außenumfangs weitgehend homogen erwärmt wird.It has been found that, surprisingly, despite the not completely closed induction coil, a largely homogeneous heating of a shrink chuck is possible. The induced eddy currents flow through the entire shrink chuck, despite an imperfect loop through the induction coil. The special type in the coil geometry uses the in the Induction heating caused by the AC current effect of the current displacement such that without further aids an eddy current the rotationally symmetric shrink chuck 14 permeated so that the shrink chuck 14 is heated largely homogeneously along its outer circumference.

Der Aufbau der Wicklung 20 und die Lage der einzelnen Windungen 30 sind aus den beiden Schnittdarstellungen gemäß der 4 und 5 näher ersichtlich.The structure of the winding 20 and the location of the individual turns 30 are from the two sectional views according to the 4 and 5 closer.

In 4 ist zusätzlich noch beispielhaft ein Werkzeug 32 dargestellt, das mit seinem Werkzeugschaft 34 in der Spannöffnung 15 des Schrumpfspannfutters 14 aufgenommen ist.In 4 is also an example of a tool 32 pictured with his tool shank 34 in the tension opening 15 of the shrink chuck 14 is included.

Der Wirkungsgrad der Induktionsspule 12 kann durch die Anordnung der Polscheibe 18 am axialen Ende und optional durch einen zylindrischen Mantel 36, der die Induktionsspule 12 von außen umschließt, verbessert werden. Sowohl die Polscheibe 18 als auch der Mantel 36 bestehen aus einem magnetisch leitfähigen, nicht elektrisch leitfähigen Material, im vorliegenden Fall aus einem weichmagnetischen Ferrit.The efficiency of the induction coil 12 can by the arrangement of the pole disk 18 at the axial end and optionally by a cylindrical jacket 36 that the induction coil 12 from the outside, to be improved. Both the pole disk 18 as well as the coat 36 consist of a magnetically conductive, non-electrically conductive material, in the present case of a soft magnetic ferrite.

3a zeigt eine abgewandelte Ausführung der Induktionsspule 12a, die mit zwei relativ zueinander verschwenkbaren Spulenteilen ausgebildet ist, um so bei einem gegebenen Innendurchmesser der Induktionsspule größere Schrumpfspannfutter als vorstehend erläutert seitlich ein- bzw. ausführen zu können. Der Aufbau wird nachfolgend anhand der 6 bis 8 näher erläutert. 3a shows a modified embodiment of the induction coil 12a , which is formed with two relatively rotatable coil parts, so as to laterally with a given inner diameter of the induction coil larger shrink chuck than explained above to run or execute. The structure will be described below with reference to 6 to 8th explained in more detail.

Die insgesamt mit 12a bezeichnete Induktionsspule weist zwei Spulenhälften 40, 42 auf, die jeweils als eigenständige Spulenteile ausgebildet sind und die gemäß 8 nur an einer Stelle über eine flexible elektrische Verbindung 44 miteinander verbunden sind. Die beiden Spulenteile 40, 42 sind gemäß 6 und 8 an einem Punkt über ein Gelenk 31 miteinander verschwenkbar verbunden.The total with 12a designated induction coil has two coil halves 40 . 42 on, which are each formed as separate coil parts and according to 8th only in one place via a flexible electrical connection 44 connected to each other. The two coil parts 40 . 42 are according to 6 and 8th at one point about a joint 31 connected to each other pivotally.

Eine derartige Ausgestaltung der Induktionsspule 12a erlaubt es, größere Schrumpfspannfutter 14 in das Spuleninnere seitlich einzuführen bzw. auszuführen, als dies bei einer feststehenden Induktionsspule 12 gemäß 1 bis 3 der Fall ist.Such a configuration of the induction coil 12a allows larger shrink chucks 14 laterally introduce into the coil inside or execute, as this with a fixed induction coil 12 according to 1 to 3 the case is.

Zwar könnte der Winkel α vergrößert werden, um auch bei einer feststehenden Induktionsspule, die ein- bzw. ausführen Durchmesser Dmax zu vergrößern, jedoch hätte eine Vergrößerung des Winkels α den Nachteil, dass der Wirkungsgrad der Induktionsspule herabgesetzt würde.Although the angle could be α be enlarged, even with a fixed induction coil, the on or run diameter D max to increase, however, would have an increase in the angle α the disadvantage that the efficiency of the induction coil would be reduced.

Die 9 bis 11 zeigen verschiedene Varianten einer aus mehreren Segmenten zusammengesetzten Polscheibe.The 9 to 11 show different variants of a composite of several segments Polscheibe.

Gemäß 9 ist bei einer Induktionsspule 12a, die gemäß 3 a aus zwei zueinander verschwenkbaren Spulenteilen besteht, eine Polscheibe 18a am axialen Ende vorgesehen, die aus zwei Segmenten 60, 61 besteht, die jeweils mit einem Spulenteil fest verbunden sind.According to 9 is at an induction coil 12a according to 3 a consists of two mutually pivotable coil parts, a pole disc 18a provided at the axial end, consisting of two segments 60 . 61 consists, each firmly connected to a coil part.

Gemäß 10 ist bei einer Induktionsspule 12 gemäß 3 eine Polscheibe 18b mit zwei äußeren, kreisabschnittförmigen Segmenten 46, 48 vorgesehen, zwischen denen innere gerade Segmente 49, 50, 51 radial verstellbar bzw. herausziehbar angeordnet sind.According to 10 is at an induction coil 12 according to 3 a pole disk 18b with two outer, circular segment-shaped segments 46 . 48 provided, between which inner straight segments 49 . 50 . 51 are arranged radially adjustable or pulled out.

Gemäß 11 ist bei einer Induktionsspule 12 gemäß 3 eine Polscheibe 18c mit vier kreissegmentförmigen Segmenten 53, 54, 55, 56 vorgesehen, die radial verstellbar sind, wie durch die Doppelpfeile 57 angedeutet ist. Die Segmente 53, 54, 55, 56 können auch durch Federn in Richtung nach innen vorgespannt sein.According to 11 is at an induction coil 12 according to 3 a pole disk 18c with four circular segments 53 . 54 . 55 . 56 provided, which are radially adjustable, as by the double arrows 57 is indicated. The segments 53 . 54 . 55 . 56 can also be biased inwards by springs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 20203784 U1 [0005]DE 20203784 U1 [0005]

Claims (14)

Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils, insbesondere zum Einschrumpfen oder Ausschrumpfen eines Werkzeugs (32) innerhalb einer Spannöffnung (15) eines Schrumpfspannfutters (14), mit einer Induktionsspule (12, 12a), in die das Bauteil einführbar ist, und mit einer Wechselspannungsquelle (24), mit der die Induktionsspule (12, 12a) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (12, 12a) in Umfangsrichtung einen offenen Bereich (16) mit zwei einander gegenüberliegenden Enden (21, 29) aufweist.Device for inductive heating of a component, in particular for shrinking or shrinking a tool (32) within a clamping opening (15) of a shrink chuck (14), with an induction coil (12, 12a) into which the component can be inserted, and with an AC voltage source ( 24) to which the induction coil (12, 12a) is connectable, characterized in that the induction coil (12, 12a) in the circumferential direction has an open area (16) with two opposite ends (21, 29). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Induktionsspule (12, 12a) über einen Winkelbereich von 360° - α erstreckt, wobei α höchstens 180° beträgt, bevorzugt höchstens 150°, weiter bevorzugt höchstens 120°, besonders bevorzugt höchstens 100° beträgt.Device after Claim 1 , characterized in that the induction coil (12, 12a) extends over an angular range of 360 ° - α, wherein α is at most 180 °, preferably at most 150 °, more preferably at most 120 °, particularly preferably at most 100 °. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (12, 12a) eine Windungszahl n aufweist, die größer als 1 ist, vorzugsweise größer als 5 ist.Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the induction coil (12, 12a) has a number of turns n which is greater than 1, preferably greater than 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (12, 12a) einen magnetisch leitfähigen, nicht elektrisch leitfähigen Kern (28) aufweist, der von den Windungen der Induktionsspule (12, 12a) umgeben ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the induction coil (12, 12a) has a magnetically conductive, non-electrically conductive core (28) which is surrounded by the turns of the induction coil (12, 12a). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende der Induktionsspule (12, 12a) eine Polscheibe (18) aus einem magnetisch leitfähigen, vorzugsweise weichmagnetischem, nicht elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, die eine zentrale Ausnehmung (19) zur Durchführung eines in die Spannöffnung (15) eingreifenden Werkzeugs (32) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at one axial end of the induction coil (12, 12a) a pole disc (18) made of a magnetically conductive, preferably soft magnetic, non-electrically conductive material is arranged, which has a central recess (19) for Implementation of a in the clamping opening (15) engaging tool (32). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe eine Mehrzahl von Segmenten aufweist.Device after Claim 5 , characterized in that the pole disk has a plurality of segments. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente radial verstellbar angeordnet sind, vorzugsweise radial nach innen federnd beaufschlagt sind.Device after Claim 6 , characterized in that the segments are arranged radially adjustable, preferably resiliently acted upon radially inwardly. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente kreisabschnittsförmig oder kreissegmentförmig ausgebildet sind.Device after Claim 6 or 7 , characterized in that the segments are formed in a circular segment or circular segment. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von geraden Segmenten zwischen äußeren kreisabschnittförmigen Segmenten vorgesehen ist, wobei die inneren geraden Segmente seitlich verstellbar oder herausziehbar sind.Device according to one of Claims 5 to 8th , characterized in that a plurality of straight segments between outer circular segment-shaped segments is provided, wherein the inner straight segments are laterally adjustable or retractable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (12, 12a) außen von einem Mantel (36) aus einem magnetisch leitfähigen, vorzugsweise weichmagnetischem, nicht elektrisch leitfähigen Material zumindest teilweise umschlossen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the induction coil (12, 12a) on the outside of a jacket (36) of a magnetically conductive, preferably soft magnetic, non-electrically conductive material is at least partially enclosed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Polscheibe und/oder der Mantel (36) aus einem Ferritmaterial besteht.Device according to one of Claims 5 to 10 , characterized in that at least the pole disk and / or the jacket (36) consists of a ferrite material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (12a) mindestens zwei relativ zueinander verschwenkbare Spulenteile (40, 42) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the induction coil (12a) has at least two relatively rotatable coil parts (40, 42). Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenteil (40, 42) als eigenständiger Spulenteil ausgebildet ist, und dass die beiden Spulenteile (40, 42) über eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindung (44) miteinander verbunden sind.Device after Claim 12 , characterized in that each coil part (40, 42) is formed as a separate coil part, and that the two coil parts (40, 42) via an electrically conductive, flexible connection (44) are interconnected. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polscheibe aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, wobei jedes Spulenteil mit einem Segment an seinem axialen Ende fest verbunden ist.Device after Claim 12 or 13 , characterized in that a pole disc is composed of a plurality of segments, wherein each coil member is fixedly connected to a segment at its axial end.
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