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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 Hohlraum umschließt, in den das Schrumpfspannfutter mit seinem Schrumpfabschnitt einführbar ist, und mit einer im Bereich eines ersten äußeren Endes der Induktionsspule platzierbaren ersten Polscheibe aus einem weichmagnetischen und elektrisch nicht leitenden Werkstoff.
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Bei der bekannten Vorrichtung besteht der Polschuh der Induktionsspule aus einer Mehrzahl von speichenartig angeordneten Stegen, die in Radialrichtung und in Axialrichtung verstellbar angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Anpassung an unterschiedliche Größen von Schrumpfspannfuttern ermöglicht.
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Auf diese Weise kann der Hotspot, d.h. der Punkt größter Erwärmung, optimal auf die jeweilige Größe eines verwendeten Schrumpfspannfutters abgestimmt werden.
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Nachteilig hieran ist der relativ komplizierte Aufbau der Vorrichtung. Ferner lässt sich zwar mit den verstellbaren Polschuhsegmenten eine verbesserte Anpassung erreichen, allerdings ist das Ergebnis nicht in jedem Falle optimal für unterschiedliche Geometrien.
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Wird dagegen lediglich mit auswechselbaren Polscheiben gearbeitet, die auf das Gehäuse der Induktionsspule aufgelegt werden, so müssen diese Polscheiben nach der Erwärmung aus der Induktionsspule entnommen werden, bevor der Werkzeughalter oder der Verbund aus Werkzeughalter und Schaft aus der Induktionsspule entnommen werden kann. Dies ermöglicht keine optimale Anpassung an unterschiedliche Geometrien. Außerdem besteht ein erhebliches Verletzungsrisiko für den Benutzer, wenn der Werkzeughalter erhitzt und nicht ausreichend abgekühlt ist, wenn die Entnahme aus der Induktionsspule erfolgt.
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Zwar können Kühleinrichtungen an der Vorrichtung vorgesehen werden, jedoch benötigen diese eine gewisse Zeit, wodurch der Ablauf verlängert wird. Außerdem besteht nach wie vor ein Verletzungsrisiko falls der Benutzer nicht ausreichend lange wartet, bevor das Werkzeug entnommen wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs im Schrumpfsitz zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile zumindest teilweise vermeidet. Insbesondere soll eine einfache Anpassung an unterschiedliche Größen von Schrumpfspannfuttern ermöglicht werden und eine Verletzungsgefahr durch Verbrennung reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Adapter aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff vorgesehen ist, der auf eine Außenoberfläche des Schrumpfspannfutters aufsetzbar ist und auf dem sich die erste Polscheibe abstützt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Erfindungsgemäß wird der Adapter einfach auf die Außenoberfläche des Schrumpfspannfutters aufgesetzt, und darauf stützt sich die erste Polscheibe ab.
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Auf diese Weise kann der Adapter mit der Polscheibe vor dem Erwärmungsprozess auf das Schrumpfspannfutter aufgesetzt werden und kann bis zur abgeschlossenen Kühlung aller erwärmten Komponenten auf dem Schrumpfspannfutter verbleiben. Auf diese Weise ist eine sehr einfache und kostengünstige Anpassung der Polscheibe an unterschiedliche Schrumpfspannfutter ermöglicht, während gleichzeitig die Verletzungsgefahr durch Verbrennen deutlich reduziert ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Polscheibe“ jegliche Form eines Magnetkonzentrators umfasst. Es kann sich somit um die Form einer Scheibe handeln, jedoch auch um andere Formen, soweit diese auf dem Adapter abstützbar sind und die Funktion eines Magnetkonzentrators erfüllen. Insbesondere kann es sich um Formen handeln, die von einer Scheibe oder einem Topf abgeleitet sind. Beispielsweise könnte eine Kröpfung vorhanden sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Adapter aus einem diamagnetischem oder paramagnetischen Werkstoff. Er besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, was einen besonders kostengünstige Lösung bedeutet. Er könnte auch aus einer Keramik, wie z.B. aus Aluminiumoxid bestehen.
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Der Adapter hat also vorzugsweise nur einen unbedeutenden Einfluss auf den Verlauf des magnetischen Flusses. Der Verlauf des magnetischen Flusses wird weitgehend von der Induktionsspule und der Polscheibe vorgegeben.
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Theoretisch wäre es auch denkbar, den Adapter aus einem weichmagnetischen Werkstoff herzustellen. In diesem Fall würde der Adapter selbst zur Führung des des magnetischen Flusses beitragen. Hierzu könnte der Adapter etwa aus einer ferromagnetischen Legierung, wie etwa Ferrit bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Adapter aus mindestens zwei Segmenten, die auf das Schrumpfspannfutter von außen aufsetzbar und davon abnehmbar sind.
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Auf diese Weise kann der Adapter auf besonders einfache Weise auf das Schrumpfspannfutter aufgesetzt und davon abgenommen werden, was beispielsweise durch eine Bewegung überwiegend in Radialrichtung erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die erste Polscheibe aus mindestens zwei Segmenten.
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Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn jeweils ein Segment der ersten Polscheibe mit jeweils einem Segment des Adapters fest verbunden ist und gemeinsam damit auf dem Schrumpfspannfutter platzierbar ist.
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Auf diese Weise wird das Aufsetzen bzw. die Entnahme der Polscheibe weiter vereinfacht, da dies gemeinsam mit dem Adapter erfolgt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umschließt der Adapter das Schrumpfspannfutter, wenn er darauf aufgesetzt ist, nur teilweise.
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Auf diese Weise ist eine materialsparende und kostengünstige Ausgestaltung ermöglicht. Außerdem wird auf diese Weise die Masse reduziert, die aufgeheizt und später wieder abgekühlt werden muss.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Polscheibe vorgesehen, die im Bereich eines zweiten inneren Endes der Induktionsspule platzierbar ist.
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Auf diese Weise wird das Magnetfeld bei der Erwärmung auch im Bereich des inneren Endes der Induktionsspule besser konzentriert.
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Auch die zweite Polscheibe besteht vorzugsweise aus mindestens zwei Segmenten, wobei bevorzugt die Segmente der zweiten Polscheibe jeweils mit zugeordneten Segmenten des Adapters fest verbunden sind.
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Auf diese Weise wird die Handhabung weiter vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter ein Formschlusselement auf, das mit einem Formschlussgegenelement der Induktionsspule zusammenwirkt, um deren Axialposition relativ zum Schrumpfspannfutter vorzugeben.
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Auf diese Weise wird eine zuverlässige und einfache Positionierung der Induktionsspule relativ zum Schrumpfspannfutter gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter Mittel zur Verstellung der Axialposition in Bezug auf die Induktionsspule auf.
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Auf diese Weise kann eine bessere Anpassung der Induktionsspule an unterschiedliche Größenverhältnisse gewährleistet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Adapter zur Abstützung mindestens einer ersten Polscheibe aus einem weichmagntischen und elektrisch nicht leitenden Werkstoff auf einem thermisch aufweitbaren Schrumpfabschnitt eines Schrumpfspannfutters in einer Vorrichtung zum Ein- und Ausspannen eines Werkzeugs mit seinem Werkzeugschaft in einer Induktionsspule zum Erwärmen des Schrumpfabschnitts gelöst, welche einen Hohlraum umschließt, in den das Schrumpfspannfutter mit seinem Schrumpfabschnitt einführbar ist, wobei die erste Polscheibe auf dem Adapter abstützbar ist, und wobei der Adapter aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht und auf eine Außenoberfläche des Schrumpfspannfutters aufsetzbar ist.
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Auch hierdurch wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Set mit einer Mehrzahl von Schrumpfspannfuttern unterschiedlicher Form und/oder Größen vorgesehen, denen jeweils Adapter und zumindest eine erste Polscheibe entsprechender Form und/oder Größe zugeordnet sind.
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Auf diese Weise ist eine besonders einfache Anpassung an unterschiedliche Formen/Größen von Schrumpfspannfuttern und Induktionsspulen ermöglicht.
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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 Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung des Adapters gemäß 1 mit aufgesetzter erster Polscheibe und
- 3 eine Explosionsdarstellung eines Schrumpfspannfutters mit zwei zugeordneten Segmenten des Adapters mit daran aufgenommenen Polscheibensegmenten.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 16 auf, in dem eine ringförmige Induktionsspule 18 aufgenommen ist. Das Gehäuse 16 ist von einer zentralen Öffnung 17 durchsetzt. Ein seitlicher Anschlussstutzen 20 steht vom Gehäuse aus radial nach außen hervor und dient zur Zuführung der erforderlichen Zu- und Ableitungen (nicht dargestellt) zur Induktionsspule 18.
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In der zentralen Öffnung 17 des Gehäuses 16 ist ein Schrumpfspannfutter 12 mit kegelförmigem Schrumpfspannabschnitt 14 aufgenommen. Der Schrumpfspannabschnitt 14 weist eine zentrale Ausnehmung auf, in der ein zugeordnetes Werkzeug 22 mit seinem Werkzeugschaft 24 gehalten ist.
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Bekanntlich ist für den Schrumpfspannvorgang die Passung zwischen dem Außendurchmesser des Werkzeugschaftes 24 und dem Innendurchmesser der zugeordneten Öffnung des Schrumpfspannabschnitts 14 dermaßen gewählt, dass ein kaltes Werkzeug 22 mit seinem Werkzeugschaft 24 in einen erhitzten Schrumpfspannabschnitt 14 des Schrumpfspannfutters 12 eingeführt werden kann und nach Erkalten sicher darin im Schrumpfsitz gehalten wird.
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Um das Magnetfeld der Induktionsspule 18 im Bereich des ersten äußeren Endes 26 auf das Ende des Schrumpfspannabschnitts 14 zu zentrieren und zu vermeiden, dass sich das Werkzeug 22 außerhalb des eigentlichen Schrumpfbereiches zu stark erwärmt, ist im Bereich des ersten äußeren Endes 26 eine Polscheibe 32 aus einem weichmagnetischen und elektrisch nicht leitenden Werkstoff vorgesehen.
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Zusätzlich kann im Bereich des zweiten, inneren Endes 28 der Induktionsspule 18 eine zweite Polscheibe vorgesehen sein (nicht dargestellt), um auch in diesem Bereich die Führung des magnetischen Flusses zu optimieren.
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Erfindungsgemäß ist zur Positionierung des Schrumpfspannfutters 12 innerhalb der zentralen Öffnung 17 und zur Positionierung der ersten Polscheibe 32 ein Adapter 30 vorgesehen.
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Der Adapter 30 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, der auf eine Außenoberfläche des Schrumpfspannfutters 12 von außen aufsetzbar ist und auf dem sich die erste Polscheibe 32 oben abstützt.
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Beispielsweise könnte der Adapter 30 aus einem Kunststoff bestehen, beispielsweise aus PTFE. Hierbei handelt es sich um einen ausreichend temperaturbeständigen, relativ kostengünstigen Werkstoff.
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Daneben ist auch eine Keramik, wie etwa aus Aluminiumoxid, denkbar. Hierbei handelt es sich um einen sehr beständigen Werkstoff, der ausreichend temperaturstabil, elektrisch nicht leitend und diamagnetisch ist.
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Alternativ könnte der Adapter 30 auch aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Ferrit. In diesem Fall trägt der Adapter selbst zur Führung des Magnetflusses bei aktivierter Induktionsspule 18 bei.
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Der nähere Aufbau des Adapters 30 ist aus den 2 und 3 zu sehen. Der Adapter 30 ist in Axialrichtung in mehrere Segmente unterteilt, im vorliegenden Fall in zwei Hälften, 36 und 38. Am oberen Ende des Adapters 30 ist eine umlaufende Vertiefung vorgesehen, worin die Polscheibe 32 aufgenommen ist. Hierzu ist die Polscheibe 32 gleichfalls in zwei Segmente 42, 44 unterteilt, so dass jedes Polscheibensegment 42, 44 mit dem zugeordneten Segment 36, 38 des Adapters fest verbunden werden kann.
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In der Wand des Adapters können zusätzlich mehrere Ausnehmungen 40 vorgesehen sein, wodurch Material eingespart wird und somit die Gesamtmasse verringert wird, die beim Ein- und Ausspannen erwärmt bzw. wieder abgekühlt werden muss.
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Durch ein Formschlusselement 35 am Adapter 30 und ein zugeordnetes Formschlussgegenelement 37 am Gehäuse 16 der Induktionsspule kann die Axialposition des Adapters 30 bzw. des davon umschlossenen Schrumpfspannfutters 12 in Axialrichtung und ggf. auch in Radialrichtung festgelegt werden. Im vorliegenden Fall dient hierbei die äußere Stirnfläche des Adapters 30 als Formschlusselement, während eine zugeordnete Innenschulter des Gehäuses 16 als Formschlussgegenelement 37 dient.
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Alternativ oder zusätzlich könnten weitere Formschlusselemente bzw. Formschlussgegenelemente bspw. im Bereich des inneren Endes 28 der Induktionsspule 18 vorgesehen sein.
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Der Adapter 30 wird vor Beginn des Erhitzungsvorgangs einfach von außen auf das zugeordnete Schrumpfspannfutter 12 aufgesetzt und kann dann zusammen damit von unten in die Öffnung 17 des Gehäuses 16 der Induktionsspule 18 eingebracht werden.
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Nach dem Einspann- bzw. Ausspannvorgang durch die Erhitzung mittels der Induktionsspule 18 kann der Adapter 30 zusammen mit der Polscheibe 32 auf dem Schrumpfspannfutter 12 verbleiben, bis eine ausreichende Abkühlung erfolgt ist.
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Für unterschiedliche Formen und Größen von Schrumpfspannfuttern können entsprechend angepasste Adapter 30 mit zugeordneten Polscheiben 32 bereitgehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017130773 A1 [0002]
