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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs mit seinem Werkzeugschaft in einem thermisch aufweitbaren Schrumpfabschnitt eines Schrumpfspannfutters, mit einer Induktionsspule zum Erwärmen des Schrumpfabschnitts, welche einen zentralen Hohlraum umschließt, in den das Schrumpfspannfutter mit seinem Schrumpfabschnitt einführbar ist, und mit einem ersten, am äußeren Ende der Induktionsspule angeordneten Polschuh aus einem magnetisch leitenden und elektrisch nicht leitendem Werkstoff, wobei der erste Polschuh eine Mehrzahl von speichenartig angeordneten ersten Stegen aufweist.
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Das Schrumpfspannen von Werkzeugen in thermisch aufweitbaren Schrumpfspannfuttern ist seit Jahren gebräuchlich. Hierzu wurden geeignete Vorrichtungen entwickelt, um das Ein- und Ausspannen der Werkzeuge in den Schrumpfspannfuttern auf zuverlässige Art und Weise in möglichst reproduzierbarer ggf. teilautomatisierter Form durchführen zu können. Um eine gute Erwärmung des Schrumpfspannfutters im Bereich seines Schrumpfabschnittes zu ermöglichen, in dem der Werkzeugschaft in einer zugeordneten Bohrung aufgenommen wird, ist ein Polschuh am äußeren Ende der Induktionsspule vorgesehen, der als Konzentrator wirkt, um das Magnetfeld möglichst unmittelbar über dem Ende des Schrumpfspannfutters umzulenken und zum Streuverluste nach außen hin möglichst gering zu halten.
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Hierbei müssen für unterschiedliche Schrumpfspannfutter mit unterschiedlichen Durchmessern entsprechend angepasste Polscheiben mit geeignetem Durchmesser auf das obere Ende der Vorrichtung aufgelegt werden (vgl. hierzu die noch nicht eingetragene deutsche Gebrauchsmusteranmeldung 20 2016 104 798.6). Hierzu müssen Polschuhe unterschiedlicher Größe bereitgehalten werden und der jeweils korrekte Polschuh auf das obere Ende der Induktionsspule aufgelegt werden. Dies ist aufwändig und kann ggf. zu Fehlbedienungen führen.
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Ferner besteht das Problem, dass bei verschiedenen Schrumpfspannfuttern mit unterschiedlichen axialen Längen der Schrumpfabschnitte der sog. „Hot Spot“, d.h. der Punkt größter Erwärmung, der in der Mitte der Schrumpfabschnitte liegen sollte, zu einer Seite der Schrumpfspannfutter hin auswandert, wenn Schrumpfspannfutter mit größeren axialen Längen eingesetzt werden.
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Aus der
WO 2006/103105 A1 ist es zur Vermeidung dieses Problems bekannt, zwei zueinander axial verstellbare Induktionsspulen vorzusehen, welche jeweils mit einem entsprechenden Polschuh versehen sind.
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Durch die axiale Längenverstellung der beiden Induktionsspulen zueinander kann der Hot Spot optimal auf die jeweilige Größe eines verwendeten Schrumpfspannfutters abgestimmt werden. Um Unterschiede in den Durchmessern der verwendeten Schrumpfspannfuttern zu kompensieren, sind zumindest bei einem der Polschuhe mehrere radial über den Innenumfang der Induktionsspule nach innen vorstehende relativ zueinander bewegliche Konzentratorelemente aus weichmagnetischem, elektrisch nicht leitendem Material vorgesehen, deren zur Drehachse hin gelegener radialer Überstand über den Innenumfang der Induktionsspule durch ein Verschwenken um parallel zur Drehachse verlaufende Schwenkachsen veränderbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Größe der Polschuhe an den betreffenden Querschnitt eines Schrumpfspannfutters anpassen. Eine derartige Anordnung entspricht etwa der bei Fotoapparaten bekannten Verstellung von Blendensegmenten zum Verkleinern oder Vergrößern der eingestellten Blende.
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Die bekannte Vorrichtung ist infolge der zwei erforderlichen Induktionsspulen mit zugeordneten verstellbaren Konzentratorsegmenten sehr aufwändig und kompliziert.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass unterschiedliche Schrumpfspannfutter mit unterschiedlichen Durchmessern und unterschiedlichen axialen Längen auf möglichst einfache und kostengünstige Weise induktionsmäßig erwärmt werden können, um ein Ein- bzw. Ausspannen von Werkzeugen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ersten Stege gegenüber einer Radialebene geneigt und verschiebbar angeordnet sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch die gegenüber einer Radialebene geneigte und gleichzeitig verschiebbare Anordnung der ersten Stege führt ein Verschieben der ersten Stege sowohl zu einer axialen Verstellung als auch zu einer radialen Verstellung der Stege. Dies hat zur Folge, dass sich das innere Ende der Stege sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung verstellt, wodurch mit einer einzigen Verstellung sowohl eine Anpassung des Polschuhs an eine veränderte axiale Länge eines Schrumpfspannfutters als auch an einen veränderten Durchmesser des Schrumpfspannfutters erreicht werden kann. Die hierzu notwendige Konstruktion ist besonders einfach und kostengünstig. Im Vergleich zum aus der
WO 2006/103105 A1 bekannten Stand der Technik wird die axiale und radiale Verstellbarkeit des Polschuhs mit nur einer einzigen Induktionsspule ohne einen aufwändigen Verstellmechanismus ermöglicht. Dies führt zu einer erheblichen Kosteneinsparung gegenüber der bekannten Anordnung.
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In bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die ersten Stege in einem Winkel von 30° bis 70°, vorzugsweise von 40° bis 50°, besonders bevorzugt von etwa 45° gegenüber einer Radialebene geneigt angeordnet.
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Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Dimensionierung eine bestmögliche Abstimmung auf verschiedene Schrumpfspannfutter mit verschiedenen axialen Längen und Durchmessern des Schrumpfspannabschnitts erreicht wird.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Stege mittels eines verdrehbar angeordneten Stellrings verstellbar.
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Hierzu kann der Stellring Führungsbahnen aufweisen, in welche die ersten Stege mittels daran vorgesehener Nocken eingreifen.
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Durch diese Maßnahmen ist eine besonders einfache und zuverlässige Verstellung der ersten Stege ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am dem ersten Polschuh gegenüberliegenden Ende der Induktionsspule ein zweiter Polschuh aus einem magnetisch leitenden und elektrisch nicht leitendem Werkstoff vorgesehen, der eine Mehrzahl von verstellbaren zweiten Stegen aufweist, die vorzugsweise in Radialrichtung verstellbar sind.
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Durch die zusätzliche Verwendung eines zweiten Polschuhs am anderen Ende der Induktionsspule werden die Streuverluste noch weiter reduziert und insgesamt der Wirkungsgrad verbessert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Antrieb zur motorischen Verstellung der ersten oder zweiten Stege vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Verstellung automatisch mittels einer Steuereinrichtung.
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Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung bei der Bedienung der Vorrichtung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Stellring an einem Gehäuse, in dem die Induktionsspule aufgenommen ist, gehalten, wobei am Gehäuse und am Stellring einander zugeordnete Markierungen vorgesehen sind, die vorbestimmte Winkelpositionen des Stellrings anzeigen, die bestimmten Schrumpfspannfuttern zugeordnet sind.
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Auf diese Weise sind die optimalen Einstellungen bei der Verwendung eines bestimmten Schrumpfspannfutters für den Werker ohne weiteres erkennbar, so dass eine entsprechende Einstellung einfach vorgenommen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Stromflusses durch die Induktionsspule vorgesehen, welche für bestimmte Schrumpfspannfutter für bestimmte Werkzeugdurchmesser zugeordnete Sollpositionen für die Stellung der ersten oder zweiten Stege vorgibt.
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Hierbei kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Sollpositionen der ersten oder zweiten Stege mittels optischer und/oder akustischer Indikatoren anzuzeigen.
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Auf diese Weise ist für den Werker ohne weiteres erkennbar, in welche Position der Stellring eingestellt werden soll, sofern ein bestimmtes Schrumpfspannfutter verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine zur Steuerung des Stromflusses durch die Induktionsspule vorgesehen, die mit mindestens einem Sensor gekoppelt ist, der zur Erfassung der Istpositionen der ersten oder zweiten Stege ausgebildet ist.
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Auf diese Weise kann eine besonders präzise Einstellung der ersten bzw. zweiten Stege gewährleistet werden. Gegebenenfalls kann diese Maßnahme auch mit einer automatischen motorischen Verstellung der ersten oder zweiten Stege gekoppelt werden.
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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.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß 1, wobei zusätzlich ein in die Vorrichtung eingeführtes Schrumpfspannfutter dargestellt ist;
- 3 eine Aufsicht der Vorrichtung gemäß 1;
- 4 ein perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, die zusätzlich geschnitten ist;
- 5 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 4, wobei jedoch der Stellring zur besseren Erkennbarkeit der Führungsbahnen abgenommen wurde;
- 6 eine Darstellung der Vorrichtung gemäß 2, wobei jedoch ein größeres Schrumpfspannfutter mit einer größeren axialen Länge und einem größeren Durchmesser des Schrumpfspannabschnittes dargestellt ist und die Position der ersten Stege entsprechend verstellt wurde;
- 7 eine Darstellung einer leicht gegenüber der Ausführung gemäß 6 abgewandelten Ausführung mit einem zweiten Polschuh am anderen Ende der Induktionsspule mit radial verstellbaren Stegen und
- 8 eine vereinfachte schematische Darstellung einer motorischen Verstellung des Stellrings, mit einem zugeordneten Sensor.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung perspektivisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist zur induktiven Erwärmung von Schrumpfspannfuttern vorgesehen, um ein Werkzeug mit seinem Werkzeugschaft im Schrumpfabschnitt eines Schrumpfspannfutters mittels einer Induktionsspule zu erwärmen, um ein Ein- oder Ausspannen des Werkzeugs zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung 10 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 12 auf, an dessen Oberseite ein Stellring 20 verdrehbar aufgenommen ist. Der Stellring 20 weist eine zentrale Öffnung 22 auf, in der ein insgesamt mit 24 bezeichneter erster Polschuh mit beweglich angeordneten ersten Stegen 26 vorgesehen ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Am Gehäuse 12 befindet sich ein seitlicher Anschlussstutzen 14, in dem zugeordnete Anschlüsse 15, 16 für eine ringförmige Induktionsspule vorgesehen sind, die innerhalb des Gehäuses 12 aufgenommen ist.
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Schematisch angedeutet ist ein Wechselstromgenerator 17, mit dem die Induktionsspule mit einer Wechselspannung, z.B. mit einer Frequenz von 10 kHz beaufschlagt werden kann. Zur Steuerung des Generators 17 und zur allgemeinen Steuerung der Vorrichtung 10 ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die schematisch mit der Ziffer 18 angedeutet ist.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung 10, wobei ein zugeordnetes Schrumpfspannfutter 30 von unten in eine von der Induktionsspule 28 aufgespannte zentrale Ausnehmung 29 eingesetzt ist. Das Schrumpfspannfutter 30 weist einen Schrumpfabschnitt 32 auf, in dem eine Aufnahmeöffnung 34 vorgesehen ist, in der ein entsprechendes Werkzeug mit seinem Werkzeugschaft, der mit Übermaß versehen ist, nach entsprechender thermischer Aufweitung aufgenommen werden kann. Nach dem Erkalten ist das Werkzeug mit seinem Schaft im Schrumpfabschnitt 32 im Presssitz gehalten.
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Aus den 2 und 3 ist ersichtlich, dass insgesamt sechs erste Stege 26 vorgesehen sind, die in der in 2 gezeigten Stellung auf dem oberen Ende des Schrumpfabschnitts 32 aufliegen.
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Die ersten Stege 26 sind, wie aus 2 ersichtlich, gegenüber einer Radialebene 29 in einem Winkel a, der etwa 45° beträgt, geneigt angeordnet. Die Stege 26 können in zugeordneten Führungen 27 mittels des Stellrings 20 verfahren werden. Der Stellring weist den ersten Stegen 26 zugeordnete spiralförmige Führungsbahnen 36 auf, in welche die ersten Stege 26 mit Nocken 38 eingreifen. Wenn der Stellring 20 um seine Längsachse verdreht wird, so verschieben sich die ersten Stege 26 entlang ihrer Führungen 27 innerhalb des Gehäuses 12. Da jeder der insgesamt sechs in einem Winkel von jeweils 60° zueinander winkelmäßig versetzten Stege um 45° gegenüber der Radialebene 29 geneigt ist, bewegen sich die ersten Stege 26 bei einer Verdrehung des Stellrings 20 von der in den 2 und 3 gezeigten Endstellung, in der die Stege 26 seitlich an ihren inneren Enden aneinander anliegen, nach außen, wobei sich diese gleichzeitig in Axialrichtung und in Radialrichtung bewegen.
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Soll also ein Schrumpfspannfutter 30 mit einem Schrumpfspannabschnitt 32 von größerer axialer Länge und von größerem Durchmesser verwendet werden, wie etwa in 6 dargestellt ist, so kann das größere Schrumpfspannfutter 30' mit seinem längeren Schrumpfspannabschnitt 32 in die zentralen Ausnehmung 31 der Induktionsspule 28 eingeführt werden. Dabei muss der Stellring 20 in geeigneter Weise verdreht werden, so dass die ersten Stege 26 nach außen hin verschoben werden und sich gleichzeitig in Axialrichtung nach außen bewegen, so dass die Stirnfläche des Schrumpfspannfutters 30' gemäß 6 weiter in die Induktionsspule 28 hineinreicht und etwa mit dem axialen Ende der Induktionsspule fluchtet. Dies ist vorteilhaft, da so die Konzentration der magnetischen Feldlinien am Ende der Induktionsspule 28 gemäß 6 in der mit 10' bezeichneten Ausführung erfolgen kann.
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Die gleichzeitige axiale und radiale Verschiebung der ersten Stege 26 hat zur Folge, dass unabhängig davon, ob ein Schrumpfspannfutter 30 mit einem kürzeren und dünneren Schrumpfspannabschnitt 32 gemäß 2 eingesetzt ist oder ob ein Schrumpfspannfutter 30' mit einem längeren und breiteren Schrumpfspannabschnitt 32' gemäß 6 eingesetzt ist, der sich ergebende Hot Spot immer etwa im mittleren Bereich des Schrumpfspannabschnitts 32 liegt.
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Aus den 4 und 5 ist die Führung der ersten Stege 26 und die Verstellung der ersten Stege 26 mittels der Nocken 38, die in die spiralförmigen Führungsbahnen 36 des Stellrings 20 eingreifen, erkennbar.
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In der Aufsicht gemäß 3 ist ferner eine erste Markierung 40 am Gehäuse erkennbar, der zweite Markierungen 41, 42, 43, 44, 45 am Stellring 20 zugeordnet sind. Die zweiten Markierungen 41 bis 45 sind unterschiedlichen Durchmessern von Schrumpfspannfuttern zugeordnet. Fluchtet die jeweilige zweite Markierung 41 bis 45 mit der ersten Markierung 40 so ist die betreffende winkelmäßige Position des Stellrings 20 annähernd korrekt eingestellt.
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Zusätzlich können optische Indikatoren vorgesehen sein, die ein Erreichen einer gewünschten Sollposition, wie sie von der zentralen Steuerung 18 vorgegeben wird, anzeigen. In 3 sind hierzu beispielhaft zwei Indikatoren 46, 47 in Form von LEDs angedeutet.
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In 7 ist eine Abwandlung der Vorrichtung 10 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet. Hierbei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
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Der einzige Unterschied zur zuvor beschriebenen Vorrichtung 10 besteht darin, dass zusätzlich zum ersten Polschuh 24 an der Oberseite ein zweiter Polschuh 48 mit einer Mehrzahl von zweiten Stegen 50 vorgesehen ist.
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Die zweiten Stege 50 sind in einer Radialebene angeordnet und radial verstellbar, wie durch den Pfeil 52 angedeutet ist. Zur Verstellung könnte wiederum ein Stellring vorgesehen sein, wie zuvor erläutert wurde (nicht dargestellt). Durch den zweiten Polschuh 48 kann eine zusätzliche magnetische Abschirmung auch am unteren Ende der Induktionsspule 28 erreicht werden, so dass die Streuverluste reduziert werden und der Wirkungsgrad steigt. Die zweiten Stege 50 sind in Radialrichtung verstellbar. Dabei kann die Verstellung synchron mit einer Verstellung der ersten Stege 26 oder unabhängig davon erfolgen.
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In 8 ist schematisch dargestellt, dass die Verstellung des ersten Stellrings 20 auch motorisch mit Hilfe eines Motors 56 erfolgen kann, der über ein Getriebe 58, etwa in Form eines Schneckenradgetriebes, mit dem ersten Stellring 20 gekoppelt ist. In 8 sind ferner zusätzlich mit der Ziffer 54 Sensoren angedeutet, über die eine Position des Stellrings 20 erfasst werden kann und die entsprechenden Sensorsignale der Steuereinrichtung 18 zugeführt werden. Es kann somit eine automatische, sensorgesteuerte Einstellung der Position des Stellrings 20 durchgeführt werden.
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Die ersten und zweiten Stege 26, 50 bestehen aus einem weichmagnetischen, d.h. aus magnetisch leitendem, und elektrisch nicht leitendem Werkstoff, wie beispielsweise aus Ferrit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19915412 A1 [0002]
- WO 2006/103105 A1 [0006, 0012]
