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
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
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
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 gemäß1 , jedoch in geschnittener Darstellung; -
3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß1 ; -
3a eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß3 , wobei die Induktionsspule in zwei zueinander verschwenkbare Spulenhälften aufgeteilt ist; -
4 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß3 längs der LinieIV-IV ; -
5 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gemäß3 längs der LinieV-V ; -
6 einen Schnitt durch die Induktionsspule in einer abgewandelten Ausführung; -
7 eine Seitenansicht der Induktionsspule gemäß6 ; -
8 eine Ansicht der Induktionsspule gemäß6 längs der LinieVIII-VIII ; -
9 eine Induktionsspule gemäß6 mit zwei zueinander verschwenkbaren Teilen, mit denen zugeordnete Polscheibensegmente am axialen Ende fest verbunden sind; -
10 eine Induktionsspule gemäß3 , mit am axialen Ende aufgesetzten äußeren kreisabschnittsförmigen Polscheibensegmenten und inneren geraden Polscheibensegmenten, die wahlweise verstellt oder herausgezogen werden können und -
11 eine Induktionsspule gemäß3 , mit am axialen Ende aufgesetzten äußeren kreissegmentförmigen Polscheibensegmenten, die radial verstellbar sind.
-
1 a perspective view of the device according to the invention; -
2 a view according to1 , but in a sectional view; -
3 a cross section through the device according to1 ; -
3a a modification of the device according to3 wherein the induction coil is divided into two mutually pivotable coil halves; -
4 a partial section through the device according to3 along the lineIV-IV ; -
5 a partial section through the device according to3 along the lineVV ; -
6 a section through the induction coil in a modified embodiment; -
7 a side view of the induction coil according to6 ; -
8th a view of the induction coil according to6 along the lineVIII-VIII ; -
9 an induction coil according to6 with two mutually pivotable parts with which associated Polscheibensegmente are firmly connected at the axial end; -
10 an induction coil according to3 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 to3 , With attached at the axial end outer circular segment Polschibensegmenten that are radially adjustable.
In
Die Polscheibe dient in bekannter Weise zur Abschirmung des Magnetfelds in dem Bereich außerhalb der Induktionsspule
Innerhalb des von der Induktionsspule
Infolge des offenen Bereiches
Der genauere Aufbau der Vorrichtung
Die Induktionsspule
Die Induktionsspule
Der maximale Durchmesser
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
Der Aufbau der Wicklung
In
Der Wirkungsgrad der Induktionsspule
Die insgesamt mit
Eine derartige Ausgestaltung der Induktionsspule
Zwar könnte der Winkel
Die
Gemäß
Gemäß
Gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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