DE202007009465U1

DE202007009465U1 - Apparatus for coupling a tool or workpiece rotatable or rotating during a material processing process to a drive device

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Publication number: DE202007009465U1
Application number: DE200720009465
Authority: DE
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2017-07-06

Abstract

Vorrichtung zum Koppeln eines während eines Materialbearbeitungsprozesses, insbesondere eines Reibrührschweißprozesses oder eines Reibschweißprozesses, um eine Rotationsachse drehbaren oder drehenden Werkzeugs oder Werkstücks mit einer Antriebsvorrichtung umfassend
a) wenigstens eine Haltevorrichtung (2), die zum Halten des Werkzeugs oder Werkstücks vorgesehen ist und mit der Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gekoppelt oder koppelbar ist,
b) wobei an oder in der Haltevorrichtung (2) wärmeempfindliche Komponenten (8), insbesondere elektronische Komponenten, Energieversorgungskomponenten, Signalübertragungskomponenten, Messkomponenten und/oder Lagerkomponenten, angeordnet oder anordenbar sind,
und ferner umfassend
c) wenigstens eine Wärmeschutzeinrichtung (10) zum Schutz der wärmeempfindlichen Komponenten vor im Arbeitsbereich (51) des Werkzeugs oder Werkstücks während des Materialbearbeitungsprozesses entstehender Wärme, insbesondere Wärmestrahlung.Device for coupling a tool or workpiece rotatable or rotating with a drive device during a material processing process, in particular a friction stir welding process or a friction welding process, around a rotation axis
a) at least one holding device (2), which is provided for holding the tool or workpiece and can be indirectly or directly coupled or coupled to the drive device,
b) wherein heat-sensitive components (8), in particular electronic components, energy supply components, signal transmission components, measuring components and / or bearing components, are arranged or can be arranged on or in the holding device (2),
and further comprising
c) at least one heat protection device (10) for protecting the heat-sensitive components from heat generated in the working region (51) of the tool or workpiece during the material processing process, in particular thermal radiation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Koppeln eines während eines Materialbearbeitungsprozesses um eine Rotationsachse drehbaren oder drehenden Werkzeugs oder Werkstücks mit einer Antriebsvorrichtung.The The invention relates to a device for coupling one during a material processing process rotatable about a rotation axis or rotating tool or workpiece with a drive device.

Bei dem sogenannten Reibschweißen werden zwei Werkstücke relativ zueinander rotiert und mit einer voreinstellbaren Kraft gegeneinander gedrückt. Durch die aufgrund der Reibung entstehende Wärme plastifiziert der Werkstoff der Werkstücke, d. h. Plastifizierungstemperatur und zugehöriger Plastifizierungsdruck werden überschritten und es entsteht eine Schweißverbindung zwischen den Werkstoffen der beiden Werkstücke. Dieses Reibschweißen wird beispielsweise zum Verbinden zweier zylindrischer Werkstücke unterschiedlicher Durchmesser an ihren Stirnseiten eingesetzt.at the so-called friction welding are two workpieces rotated relative to each other and with a presettable force pressed against each other. Due to the friction the resulting heat plasticises the material of the workpieces, d. H. Plastification temperature and associated plastication pressure are exceeded and it creates a welded joint between the materials of the two workpieces. This Friction welding is used, for example, to connect two cylindrical workpieces of different diameters used at their ends.

Ferner ist auch ein als Reibrührschweißen bezeichnetes Verfahren bekannt, bei dem zwei Werkstücke an einer Stoßkante mit einer Schweißnaht geschweißt werden, indem längs der Stoßkanten ein schnell rotierendes Werkszeug, das als stiftartiger Vorsprung ausgebildet ist, unter einem vorbestimmten Druck über die Werkstücke bewegt wird und aufgrund der Reibungswärme und des Druckes die Werkstoffe der beiden Werkstücke ausreichend plastifiziert werden und so miteinander verschweißt werden. Die Werkstücke liegen dabei auf einem Gegenlager auf, um den von dem Werkzeug ausgeübten Druck entgegenzuwirken. Reibrührschweißvorrichtungen sind beispielweise aus DE 199 57 136 C1 und DE 10 2005 049 865 A1 bekannt. Gemäß DE 199 57 136 C1 ist ein hydraulisches Kolbenelement in einem Zylinderraum eines Gehäuses axial hin und her bewegbar, um den Druck des stiftar tigen Werkzeugs auf das Werkstück einzustellen. Der Druck des Werkzeugs kann aber auch konventionell über die Vorschubkraft der Spindel der Antriebseinrichtung oder Werkzeugmaschine eingestellt werden.Further, there is also known a method of friction stir welding in which two workpieces are welded to an abutting edge with a weld by moving along the abutting edges a rapidly rotating tool formed as a pin-like projection over the workpieces under a predetermined pressure and due the frictional heat and the pressure, the materials of the two workpieces are sufficiently plasticized and welded together. The workpieces rest on an abutment to counteract the pressure exerted by the tool. Friction stir welding devices are for example out DE 199 57 136 C1 and DE 10 2005 049 865 A1 known. According to DE 199 57 136 C1 a hydraulic piston member in a cylinder space of a housing is axially movable back and forth to adjust the pressure of the stiftar term tool on the workpiece. The pressure of the tool can also be adjusted conventionally via the feed force of the spindle of the drive device or machine tool.

Der Druck des Werkzeugs auf die Werkstücke beim Reibrührschweißen wird im Allgemeinen geregelt und bei der Plastifizierung der Werkstücke und dem dadurch bewirkten Eintauchen des Werkzeugs in die Werkstücke entsprechend nachgeregelt. Für diese Druckregelung werden die aktuell wirkenden Axialkräfte oder Vorschubkräfte axial zur Rotationsachse des Werkzeugs und ggf. auch Drehmomente gemessen mit Messkomponenten wie Dehnungsmessstreifen, die an dem Schaft des Werkzeughaltesystems angeordnet sind und mitrotieren. Zur Energieversorgung und Signalübertragung wird ein drahtloses System verwendet, insbesondere ein sogenanntes DDU-System, bei dem die Versorgungsenergie für die Messkomponenten induktiv oder über ein Magnetfeld übertragen wird und die Messignale über Funk oder induktiv übertragen werden. Es sind also außer den Dehnungsmesstreifen verschiedene elektronische Komponenten im Werkzeughaltesystem zu integrieren, insbesondere zur induktiven Energieversorgung und zum Senden der Funksignale und ggf. auch Prozessoren zur Signalvorverarbeitung. Diese Komponenten werden zum Schutz in Kunstharz vergossen und an dem Schaft des Werkzeughaltesystems befestigt.Of the Pressure of the tool on the workpieces during friction stir welding is generally regulated and used in the plastification of workpieces and the resulting immersion of the tool in the workpieces adjusted accordingly. For this pressure control will be the currently acting axial forces or feed forces axially to the axis of rotation of the tool and possibly also torques measured with measuring components such as strain gauges attached to the Shank of the tool holding system are arranged and co-rotate. to Power supply and signal transmission becomes a wireless System uses, in particular a so-called DDU system, in which the supply energy for the measuring components inductively or over a magnetic field is transmitted and the measuring signals via Be transmitted wirelessly or inductively. So it's out of the way the strain gauge various electronic components in the Tool holding system to integrate, especially for inductive Power supply and for transmitting the radio signals and possibly also processors for signal preprocessing. These components are for protection in Cast resin and attached to the shank of the tool holding system.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine neue Vorrichtung zum Koppeln eines während eines Materialbearbeitungsprozesses um eine Rotationsachse drehbaren oder drehenden Werkzeugs oder Werkstücks mit einer Antriebsvorrichtung anzugeben.Of the The invention is based on the object, a new device for coupling one during a material processing process about a rotation axis rotatable or rotating tool or workpiece specify with a drive device.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved according to the invention with the features of claim 1.

Die Vorrichtung ist zum Koppeln eines während eines Materialbearbeitungsprozesses, beispielsweise eines Reibschweißprozesses oder eines Reibrührschweißprozesses, um eine Rotationsachse drehbaren oder drehenden Werk zeugs oder Werkstücks mit einer Antriebsvorrichtung, insbesondere einer Spindel einer Werkzeugmaschine umfassend

a) wenigstens eine mit der Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gekoppelte oder koppelbare Haltevorrichtung zum Halten eines Teils des Werkzeugs oder Werkstücks,
b) wobei an oder in der Haltevorrichtung wärmeempfindliche Komponenten, insbesondere elektronische Komponenten, Energieversorgungskomponenten, Signalübertragungskomponenten, Messkomponenten und/oder Lagerkomponenten (z. B. Wälzlager), angeordnet oder anordenbar sind, und ferner umfassend
c) wenigstens eine Wärmeschutzeinrichtung zum Schutz der wärmeempfindlichen Komponenten vor im Arbeitsbereich des Werkzeugs oder Werkstücks während des Materialbearbeitungsprozesses entstehender Wärme, insbesondere Wärmestrahlung.

The device is for coupling during a material processing process, such as a friction welding process or a friction stir welding process, about a rotation axis rotatable or rotating work tool or workpiece with a drive device, in particular a spindle of a machine tool comprising

a) at least one holding device which is directly or indirectly coupled or can be coupled to the drive device for holding a part of the tool or workpiece,
b) wherein on or in the holding device heat-sensitive components, in particular electronic components, power supply components, signal transmission components, measuring components and / or bearing components (eg rolling bearings) are arranged or can be arranged, and further comprising
c) at least one heat protection device for protecting the heat-sensitive components from occurring in the working region of the tool or workpiece during the material processing process heat, in particular heat radiation.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments and developments according to the Invention will become apparent from the dependent of claim 1 Claims.

Die Haltevorrichtung ist insbesondere aus wenigstens zwei Teilen aufgebaut, nämlich einer ersten Haltevorrichtung vorgesehen ist, die in einem ersten Kopplungsbereich mit der Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gekoppelt oder koppelbar ist, und einer zweiten Haltevorrichtung zum Halten eines Teils des Werkzeugs oder Werkstücks. Die erste Haltevorrichtung ist in einem zweiten Kopplungsbereich mit der zweiten Haltevorrichtung gekoppelt oder koppelbar. Im gekoppelten Zustand rotieren im Allgemeinen Haltevorrichtung(en) und Werkzeug oder Werkstück mit der Antriebseinrichtung mitThe holding device is in particular made up of at least two parts, namely a first holding device is provided, which is directly or indirectly coupled or coupled in a first coupling region with the drive device or a second holding device for holding a part of the tool or workpiece. The first holding device is coupled or can be coupled in a second coupling region with the second holding device. In the coupled state rotate in general my holding device (s) and tool or workpiece with the drive device with

In einer Ausführungsform umfasst die Wärmeschutzeinrichtung eines oder mehrere Wärmestrahlungsschild(e), das zwischen den wärmeempfindlichen Komponenten einerseits und dem Arbeitsbereich des Werkzeugs oder Werkstücks während des Materialbearbeitungsprozesses und/oder dem in Rich tung der Rotationsachse gesehen vorderen Ende der ersten Haltevorrichtung oder dem zweiten Kopplungsbereich der ersten Haltevorrichtung andererseits angeordnet ist und die wärmeempfindlichen Komponenten somit vor der Wärmestrahlung abschirmt. Die Außenabmessung wenigstens eines Wärmestrahlungsschildes, vorzugsweise des den wärmeempfindlichen Komponenten unmittelbar benachbarten Wärmestrahlungsschildes, ist insbesondere wenigstens so groß ist wie die Außenabmessung der wärmeempfindlichen Komponenten.In An embodiment comprises the heat protection device one or more heat shield (s) between the heat-sensitive components on the one hand and the work area of the tool or workpiece during the material processing process and / or seen in Rich tion of the axis of rotation front end the first holding device or the second coupling region of the first holding device on the other hand is arranged and the heat-sensitive components thus shields from heat radiation. The outer dimension at least one heat radiation shield, preferably of the heat-sensitive components immediately adjacent Heat radiation shield, is at least as particular Big is like the outer dimension of the heat-sensitive Components.

Insbesondere umfasst die Wärmeschutzeinrichtung wenigstens zwei Wärmestrahlungsschilde, die axial zur Rotationsachse hintereinander und voneinander beabstandet oder unter Ausbildung von Zwischenräumen angeordnet sind. Die Außenabmessung wenigstens eines Wärmestrahlungsschildes kann nun größer sein als die eines weiteren Wärmestrahlungsschildes, das näher am Arbeitsbereich angeordnet ist.Especially The heat protection device comprises at least two heat radiation shields, the axially one behind the other and spaced apart from each other or are arranged with formation of gaps. The outside dimension of at least one heat radiation shield can now be larger than that of another heat radiation shield, which is located closer to the work area.

Wenigstens ein oder jedes Wärmestrahlungsschild ist insbesondere flach und/oder scheibenförmig und/oder kreisringförmig um die Rotationsachse ausgebildet ist und verläuft vorzugsweise senkrecht oder auch geneigt zur Rotationsachse und/oder außen um die Haltevorrichtung oder erste Haltevorrichtung.At least one or each heat radiation shield is in particular flat and / or disc-shaped and / or annular is formed about the axis of rotation and is preferably perpendicular or also inclined to the rotation axis and / or outside the holding device or first holding device.

Wenigstens ein oder jedes Wärmestrahlungsschild kann mit wenigstens einem Teil der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung einstückig ausgebildet oder durch Materialabtragung, insbesondere Drehen, aus einem gemeinsamen Rohling oder in einem gemeinsamen Urformprozess erzeugt sein. Die Außenabmessungen von Wärmestrahlungsschild(en) und Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung können insbesondere in diesem Fall aber auch allgemeine gleich groß sein.At least one or each heat radiation shield may be associated with at least a part of the holding device or first holding device integrally formed or by material removal, in particular turning, from a common Blank or produced in a common original molding process. The External dimensions of heat radiation shield (s) and holding device or first holding device can especially in this case but also be the same general size.

Wenigstens eines oder jedes Wärmestrahlungsschild besteht insbesondere wenigstens teilweise aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Stahl oder Aluminium. Zur Erhöhung des Strahlungsschutzes kann wenigs tens eine dem Arbeitsbereich zugewandte Oberfläche wenigstens eines oder jedes Wärmestrahlungsschildes ein erhöhtes oder hohes Wärmestrahlungsreflexionsvermögen aufweisen, insbesondere durch Polieren der Oberfläche oder durch eine reflexionserhöhende Schicht.At least one or each heat radiation shield is in particular at least partially made of metal or a metal alloy, in particular Steel or aluminum. To increase the radiation protection can at least one surface facing the work area at least one or each heat radiation shield increased or high heat radiation reflectivity have, in particular by polishing the surface or through a reflection-enhancing layer.

Bevorzugte Materialien für die eine Haltevorrichtung oder, bei einer zwei- oder mehrteiligen Ausführung, eine der beiden oder mehreren oder alle Haltevorrichtungen, vorzugsweise die erste Haltevorrichtung, sind Metall oder Metalllegierung, insbesondere Stahl oder Aluminium oder Aluminiumlegierung. Zur Verringerung der Wärmeleitung von dem Arbeitsbereich zu den wärmeempfindlichen Komponenten kann die Haltevorrichtung oder wenigstens eine der wenigstens zwei Haltevorrichtungen, vorzugsweise die, im Wärmestrom näher am Arbeitsbereich liegende, zweite Haltevorrichtung, wenigstens teilweise aus einem schlecht wärmeleitenden oder wärmeisolierenden Material, insbesondere einer Keramik oder einem Polymerwerkstoff, gebildet sein.preferred Materials for a holding device or, in a two- or multi-part design, one of the two or several or all holding devices, preferably the first holding device, are metal or metal alloy, especially steel or aluminum or aluminum alloy. To reduce the heat conduction from the work area to the heat-sensitive components the holding device or at least one of the at least two holding devices, Preferably, in the heat flow closer to the work area lying, second holding device, at least partially from one poor heat-conducting or heat-insulating Material, in particular a ceramic or a polymer material, be formed.

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Wärmeschutzeinrichtung wenigstens eine Kühleinrichtung zum Leiten eines, vorzugsweise gasförmigen, Kühlmediums, insbesondere Kühlluft, an den wärmeempfindlichen Komponenten und/oder an den wärmeempfindlichen Komponenten benachbarten Bereichen der Haltevorrichtung und/oder an wenigsten einem Wärmestrahlungsschild entlang, wobei das Kühlmedium Wärme abtransportiert.In A preferred embodiment comprises the thermal protector at least one cooling device for conducting one, preferably gaseous, cooling medium, in particular cooling air, on the heat-sensitive components and / or on the heat-sensitive Components adjacent areas of the holding device and / or at least a heat radiation shield along, the Cooling medium dissipates heat.

Insbesondere führt die Kühleinrichtung das Kühlmedium über und/oder durch wenigstens einen oder jeden Wärmestrahlungsschild zu dessen Kühlung und/oder durch wenigstens einen Zwischenraum zwischen zwei Wärmestrahlungsschilden, insbesondere radial nach innen oder radial nach außen.Especially the cooling device leads over the cooling medium and / or by at least one or each heat radiation shield for its cooling and / or by at least one intermediate space between two heat radiation shields, in particular radially inward or radially outward.

Die Kühleinrichtung kann ein Kühlkanalsystem umfassen, das einen wenigstens annähernd U-förmigen oder an drei Seiten verlaufenden Strömungsweg um die wärmeempfindlichen Komponenten oder daran angrenzende Bereiche oder einen wenigstens annähernd L-förmigen oder an zwei Seiten verlaufenden Strömungsweg um die wärmeempfindlichen Komponenten oder daran angrenzende Bereiche definiert.The Cooling device may comprise a cooling channel system, the one at least approximately U-shaped or three-way flow path around the heat-sensitive Components or adjacent areas or at least approximately L-shaped or extending on two sides Flow path around the heat-sensitive components or adjacent areas defined.

Vorzugsweise umfasst die Kühleinrichtung oder deren Kühlkanalsystem wenigstens einen zentral durch die Haltevorrichtung oder erste Haltevorrichtung verlaufenden Strömungskanal für das Kühlmedium, wobei der zentrale Strömungskanal unmittelbar an den wärmeempfindlichen Komponenten oder an einem den wärmeempfindlichen Komponenten benachbarten und mit diesen thermisch oder über Wärmeleitung gekoppelten Zwischenbereich der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung entlang verläuft.Preferably includes the cooling device or its cooling channel system at least one centrally by the holding device or first holding device extending flow channel for the cooling medium, wherein the central flow channel directly to the heat-sensitive Components or on one of the heat-sensitive components adjacent and with these thermally or via heat conduction coupled intermediate region of the holding device or first holding device runs along.

Es kann nun, insbesondere zum besseren Führen des Kühlmediums oder zum Erhöhen von dessen Strömungsgeschwindigkeit, ein Strömungsleitkörper in dem zentralen Strömungskanal angeordnet oder anordenbar sein, wobei vorzugsweise ein, insbesondere ringraumförmiger, Strömungsraum für das Kühlmedium innerhalb des zentralen Strömungskanals zwischen der Innenwandung des zentralen Strömungskanals und dem Strömungsleitkörper gebildet ist.It can now, in particular for better guiding of the cooling medium or for increasing its flow speed, a flow guide body be arranged or be arranged in the central flow channel, wherein preferably one, in particular annular space, flow space for the cooling medium is formed within the central flow channel between the inner wall of the central flow channel and the flow guide.

Der zentrale Strömungskanal der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung steht bevorzugt mit wenigstens einem Auslass der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung für das Kühlmedium in Strömungsverbindung, wobei der oder jeder Auslass vorzugsweise radial zur Rotationsachse außen an der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung angeordnet ist. Der wenigstens eine oder jeder Auslass ist insbesondere an oder neben wenigstens einem Wärmestrahlungsschild oder in einem Zwischenraum zwischen zwei Wärmestrahlungsschilden angeordnet.Of the central flow channel of the holding device or first Holding device is preferably with at least one outlet of Holding device or first holding device for the cooling medium in fluid communication, the or each outlet preferably radially to the axis of rotation outside of the holding device or first holding device is arranged. The at least one or each outlet is in particular at or next to at least one Heat radiation shield or in a space between two heat radiation shields arranged.

In einer Ausführung kann nun der zentrale Strömungskanal der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung mit einer, vorzugsweise zentralen, Zuleitung für das Kühlmedium in Strömungsverbindung stehen, vorzugswei se einer bezüglich der Rotationsachse axialen Zuleitung, insbesondere über eine Antriebsspindel der Antriebseinrichtung.In One embodiment can now be the central flow channel the holding device or first holding device with a, preferably central, supply line for the cooling medium in flow communication stand, vorzugswei se one with respect to the axis of rotation axial supply line, in particular via a drive spindle the drive device.

In einer anderen Ausführung steht der zentrale Strömungskanal der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung mit wenigstens einem Einlass der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung für das Kühlmedium in Strömungsverbindung, wobei der oder jeder Einlass vorzugsweise radial zur Rotationsachse außen an der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung angeordnet ist.In another embodiment is the central flow channel the holding device or first holding device with at least an inlet of the holding device or first holding device in fluid communication with the cooling medium, wherein the or each inlet is preferably radial to the axis of rotation on the outside of the holding device or first holding device is arranged.

Es sind nun vorzugsweise zum Erzeugen der erzwungenen Konvektion Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Strömung des Kühlmediums von außen in den Einlass der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung vorgesehen.It are now preferably for generating the forced convection flow generating means for generating a flow of the cooling medium of outside in the inlet of the holding device or first holding device intended.

Diese Strömungserzeugungsmittel können insbesondere eine Turbinenschaufelanordnung, insbesondere Lüfterradschaufeln, oder ein Gebläse oder einen Ventilator umfassen in einer mitrotierenden Anordnung an der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung. Für die Strömung des Kühlmediums wird hier also die Rotation mittels der Antriebseinrichtung genutzt. Diese Turbinenschaufelanordnung oder das Gebläse oder der Ventilator kann in einem Zwischenraum zwischen den Wärmestrahlungsschilden angeordnet sein.These Flow-generating means may in particular a turbine blade assembly, in particular fan blades, or a fan or a fan in one co-rotating arrangement on the holding device or first holding device. For the flow of the cooling medium is So here the rotation used by means of the drive device. This turbine blade assembly or the fan or the Fan can be in a space between the heat radiation shields be arranged.

Die Strömungserzeugungsmittel können aber auch wenigstens eine von der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung beabstandete (externe) Strömungsdüse umfassen, aus der das Kühlmedium in Richtung zu dem Einlass oder den Einlässen der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung austritt, wobei die Strömungsdüse insbesondere nicht mit der Haltevorrichtung oder ersten Haltevorrichtung mitrotiert.The However, at least one of the flow-generating means can also be used one spaced from the holding device or first holding device Include (external) flow nozzle, from which the Cooling medium towards the inlet or the inlets the holding device or first holding device emerges, wherein the flow nozzle in particular not with the holding device or first holding device rotates.

Das Kühlmedium ist bevorzugt Kühlluft kann aber auch ein anderes Kühlgas insbesondere Schutzgas oder ein Ölnebel sein oder auch ein flüssiges Kühlmedium.The Cooling medium is preferred cooling air can also another cooling gas, in particular inert gas or an oil mist be or even a liquid cooling medium.

Zusätzlich kann auch noch ein zentrales Schutzgaszuleitungssystem, das durch die oder jede Haltevorrichtung verläuft, zum Zuleiten von Schutzgas zu dem Arbeitsbereich vorgesehen sein Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen, in derenadditionally can also have a central inert gas supply system by the or each holding device extends, for supplying of Shielding gas to be provided to the work area The invention is in the following explained using exemplary embodiments. Reference is also made to the drawings, in whose

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt und 1 a first embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section and

2 ein Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1, 2 a cross section through the device according to 1 .

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt und 3 a further embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section and

4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. 4 a third embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section
are each shown schematically. Corresponding parts and sizes are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals.

Die Vorrichtung gemäß 1 umfasst zunächst eine erste Haltevorrichtung 2, die auch als Schaft bezeichnet werden kann. Die erste Haltevorrichtung 2 umfasst einen ersten Kopplungsbereich 24, in dem eine Spindel 4 einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung oder Werkzeugmaschine an die erste Haltevorrichtung 2 drehfest angekoppelt wird. Die Spindel 4 ist um eine zentrale Achse A als Rotationsachse von der Antriebseinrichtung drehbar und die angekoppelte erste Haltevorrichtung 2 rotiert synchron mit der Spindel 4 um die Achse A mit.The device according to 1 first comprises a first holding device 2 , which can also be referred to as a shaft. The first holding device 2 includes a first coupling area 24 in which a spindle 4 a drive device or machine tool, not shown, to the first holding device 2 rotatably coupled. The spindle 4 is rotatable about a central axis A as the axis of rotation of the drive means and the coupled first holding device 2 rotates synchronously with the spindle 4 about the axis A with.

In einem weiteren, von dem ersten Kopplungsbereich 24 abgewandten zweiten Kopplungsbereich 23 ist die erste Haltevorrichtung 2 mit einer zweiten Haltevorrichtung 3 gekoppelt. Die zweite Haltevorrichtung 3 kann auch als Futter bezeichnet werden. Die zweite Haltevorrichtung 2 ist dazu in einen Aufnahmebereich des Kopplungsbereichs 23 eingeführt und schlägt mit einem flanschartigen Vorsprung an dem stirnseitigen oder vorderen Ende 21 der ersten Haltevorrichtung 2 an. Ein Feststellelement 33 zum Festklemmen der zweiten Haltevorrichtung 3 in der ersten Haltevorrichtung 2 ist angedeutet in 1 und kann beispielsweise eine Whistlenotch- und/oder Weldon-Befestigung oder eine andere Befestigung sein.In another, from the first coupling area 24 remote second coupling region 23 is the first holding device 2 with a second holding device 3 coupled. The second holding device 3 can also be referred to as food. The second holding device 2 is to a receiving area of the coupling area 23 inserted and strikes with a flange-like projection at the front or front end 21 the first holding device 2 at. A locking element 33 for clamping the second holding device 3 in the first holding device 2 is indicated in 1 and, for example, a whistlenotch and / or Weldon attachment or other attachment.

In einem Aufnahmebereich 35 nimmt die zweite Haltevorrichtung 3 ein Werkzeug 5 auf, das gegebenenfalls noch in einer zusätzlichen Werkzeugaufnahme 52, z. B. einer Spannzange, gehalten sein kann. Auch die erste Haltevorrichtung 2 und die zweite Haltevorrichtung 3 sowie die zweite Haltevorrichtung 3 und das Werkzeug 5 (mit seiner Werkzeugaufnahme 52) sind jeweils drehfest miteinander gekoppelt, so dass bei Drehung der Spindel 4 um die zentrale Achse A auch die zweite Haltevorrichtung 3 mit dem Werkzeug 5 synchron mitrotiert.In a reception area 35 takes the second holding device 3 a tool 5 on, if necessary, in an additional tool holder 52 , z. B. a collet, can be kept. Also the first holding device 2 and the second holding device 3 and the second holding device 3 and the tool 5 (with his tool holder 52 ) are each rotatably coupled together so that upon rotation of the spindle 4 about the central axis A and the second holding device 3 with the tool 5 synchronously co-rotated.

Das Werkzeug 5 ist insbesondere zum Reibrührschweißen ausgebildet, also zum materialschlüssigen Verbinden zweier, nicht dargestellter, Werkstücke durch die beim Eindrücken der Spitze 51 des schnell, typischerweise mit Drehzahlen zwischen 1.000 U/min bis 25.000 U/min, rotierenden Werkzeugs 5 in die Werkstücke entstehende Reibungswärme und dadurch bewirkte Plastifizierung der Werkstoffe der Werkstücke.The tool 5 is in particular designed for friction stir welding, that is for the material-locking connection of two, not shown, workpieces by when pressing the tip 51 of the rotating tool, typically at speeds between 1,000 rpm to 25,000 rpm 5 frictional heat generated in the workpieces and thereby plasticizing the materials of the workpieces.

Zur Regelung des an der Spitze 51 des Werkzeugs 5 auf die Werkstücke Druckes oder entsprechend der axial zur Achse A wirkenden Axialkraft sind an der ersten Haltevorrichtung 2 Komponenten 8 vorgesehen, die Kraftmesseinrichtungen zum Messen von Axialkräften, die sich vom Werkzeug 5 über die zweite Haltevorrichtung 3 auf die erste Haltevorrichtung 2 übertragen und dort in Form vom Längen- oder Volumenänderungen messbar sind, umfassen, beispielsweise Dehnungsmessstreifen. Ferner können die Komponenten 8 Drehmomentmesseinrichtungen sowie Komponenten zur Energieversorgung und/oder Signalverarbeitung und -übertragung für die Kraft- und Drehmomentmesseinrichtungen umfassen, beispielsweise induktive Energieversorgungskomponenten, die aus einem von außen, z. B. über eine Übertragungseinheit 8 (siehe 4), anliegenden Magnetfeld oder Induktionsfeld elektrische Versorgungsenergie bereitstellen, und Signalübertragungskompo nenten zum Übertragen von Signalen über Funk oder induktiv oder auch schon weitere Komponenten der Regelung wie Vergleichseinrichtungen zum Vergleichen der Messignale mit Sollwerten. Solche in der Regel elektronische Komponenten 8 sind wärme- oder temperaturempfindlich und werden zum Schutz in einen Kunstharzmantel eingegossen.To control the at the top 51 of the tool 5 on the workpieces pressure or according to the axial force acting axially to the axis A are at the first holding device 2 components 8th provided, the force measuring devices for measuring axial forces arising from the tool 5 over the second holding device 3 on the first holding device 2 transferred and measurable there in the form of changes in length or volume include, for example, strain gauges. Furthermore, the components can 8th Torque measuring devices and components for power supply and / or signal processing and transmission for the force and torque measuring devices include, for example, inductive power supply components, which consist of an external, z. B. via a transmission unit 8th (please refer 4 ), applied magnetic field or induction field provide electrical supply energy, and Signalübertragungskompo components for transmitting signals via radio or inductively or even other components of the scheme such as comparators for comparing the measured signals with setpoints. Such usually electronic components 8th are sensitive to heat or temperature and are poured into a synthetic resin jacket for protection.

Beim Reibrührschweißen entstehen nun jedoch an dem Werkzeug 5 insbesondere an dessen Spitze 51, die in die zu verbindenden Werkstücke eintaucht, Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius abhängig von dem zu verbindenden Material und dessen Plastifizierungstemperatur oder Fließtemperatur.When friction stir welding but now arise on the tool 5 especially at the top 51 , immersed in the workpieces to be joined, temperatures of several hundred degrees Celsius depending on the material to be joined and its plasticizing temperature or flow temperature.

Bei diesen Temperaturen ist auch schon ein hoher Anteil an Wärmestrahlung zu verzeichnen, da die Strahlungsleistung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz mit der vierten Potenz der Temperatur zunimmt.at These temperatures are already a high proportion of heat radiation to record, since the radiation power according to the Stefan Boltzmann law increases with the fourth power of the temperature.

Die beim Reibrührschweißen im Arbeitsbereich an der Spitze 51 des Werkzeugs 5 entstehende Wärme und Wärmestrahlung kann die in den Kunstharzmantel eingegossenen Komponenten 8, die an der ersten Haltevorrichtung 2 befestigt sind, in ungünstigen Fällen ungünstig beeinflussen oder sogar beschädigen.The friction stir welding in the work area at the top 51 of the tool 5 Resulting heat and heat radiation can be poured into the synthetic resin jacket components 8th attached to the first holding device 2 are attached, in unfavorable circumstances adversely affect or even damage.

Um nun die Komponenten 8 vor dieser Wärmestrahlung aber auch vor über Wärmeleitung oder Wärmekonvektion vom Werkzeug 5 über die zweite Haltevorrichtung 3 und die erste Haltevorrichtung 2 zu den Komponenten 8 zu schützen, ist eine Wärmeschutzeinrichtung 10 vorgesehen.Order now the components 8th before this heat radiation but also over heat conduction or heat convection from the tool 5 over the second holding device 3 and the first holding device 2 to the components 8th to protect is a thermal protector 10 intended.

Die Wärmeschutzeinrichtung 10 umfasst in allen Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 4 jeweils vier axial zur Achse A hintereinander angeordete Wärmestrahlungsschilde, insbesondere Wärmestrahlungsschilde, 11 bis 14, kann jedoch auch nur einen einzigen oder weniger als vier Wärmestrahlungsschilde, aber auch mehr als vier Wärmestrahlungsschilde umfassen.The thermal protection device 10 includes in all embodiments according to 1 to 4 in each case four heat radiation shields arranged axially one after the other in relation to the axis A, in particular heat radiation shields, 11 to 14 however, it may include only a single or less than four heat radiation shields, but also more than four heat radiation shields.

Die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 sind eben und scheibenförmig ausgebildet und im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Achse A gerichtet, können auch anders insbesondere zur Achse A geneigt angeordnet sein, z. B. um die Luftströmung entsprechend zu beeinflussen und auszurichten. Neben der dargestellten flachen scheibenförmigen Ausbildung der Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 sind auch andere Formen, insbesondere eine gewölbte Form, möglich. Die flache Form der Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 hat jedoch den Vorteil, dass sie einen geringen Luftwiderstand bei der doch hohen Drehfrequenz bietet und dennoch einen optimalen Wärmeschutz gewährleistet und darüber hinaus einfach herzustellen ist.The heat radiation shields 11 to 14 are flat and disc-shaped and directed substantially perpendicular to the central axis A, may also be arranged differently in particular to the axis A, z. B. to influence and align the air flow accordingly. In addition to the illustrated flat disk-shaped formation of the heat radiation shields 11 to 14 Other forms, in particular a curved shape, are possible. The flat shape of the heat radiation shields 11 to 14 However, it has the advantage that it offers low air resistance at a high rotational frequency and nevertheless ensures optimum thermal protection and is furthermore easy to manufacture.

Die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 sind nun zwischen dem Arbeitsbereich an der Spitze 51 des Werkzeugs 5 liegt und den Komponenten 8 angeordnet und schirmen somit die Komponenten 8 ab, so dass Wärmestrahlung von dem Arbeitsbereich der Spitze 51 nicht zu den Komponenten 8 gelangen kann. Ein bevorzugtes Material für die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 ist Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere Stahl oder Aluminium. Zur Erhöhung des Wärmestrahlungsreflexionsvermögens können die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 auch poliert sein oder mit reflexionserhöhenden Beschichtungen versehen sein.The heat radiation shields 11 to 14 are now in the lead between the work area 51 of the tool 5 lies and the components 8th arranged and thus shield the components 8th so that heat radiation from the working area of the top 51 not to the components 8th can get. A preferred material for the heat radiation shields 11 to 14 is metal or a metal alloy, especially steel or aluminum. To increase the heat radiation reflectivity, the heat radiation shields 11 to 14 also be polished or be provided with reflection-enhancing coatings.

Die Wärmestrahlungsschilde 11, 12, 13 und 14 nehmen in den dargestellten Ausführungsbeispielen in ihrem Durchmesser senkrecht zur Achse A zu bis auf einen maximalen Außendurchmesser, den die Wärmestrahlungsschilde 13 und 14 aufweisen und der dem Außendurchmesser der gesamten ersten Haltevorrichtung 2 entspricht.The heat radiation shields 11 . 12 . 13 and 14 take in the illustrated embodiments in their diameter perpendicular to the axis A to a maximum outer diameter, the heat radiation shields 13 and 14 and the outer diameter of the entire first holding device 2 equivalent.

Durch diese Dimensionierung können die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 bevorzugt einstückig mit der ersten Haltevorrichtung 2 ausgebildet werden durch einen Materialabtragungsprozess, insbesondere Drehen, aus einem Blockstück aus einem Stahl oder einem anderen Metall oder einer anderen Metalllegierung oder Aluminium oder Aluminiumlegierung.By dimensioning the heat radiation shields 11 to 14 preferably in one piece with the first holding device 2 be formed by a material removal process, in particular turning, from a block piece of a steel or other metal or other metal alloy or aluminum or aluminum alloy.

Die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 können aber auch als vorgefertigte Teile an der ersten Haltevorrichtung 2 befestigt oder montiert werden.The heat radiation shields 11 to 14 but can also be used as prefabricated parts on the first holding device 2 be attached or mounted.

Die zweite Haltevorrichtung 3 kann auch aus einem schlecht wärmeleitenden oder wärmeisolierenden Material bestehen, beispielsweise einer Keramik oder einem Polymerwerkstoff.The second holding device 3 may also consist of a poor heat-conducting or heat-insulating material, such as a ceramic or a polymer material.

Durch die Beabstandung der Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 und die dadurch gebildeten, im Allgemeinen luftgefüllten, Zwischenräume sind die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 gut thermisch voneinander isoliert und durch Konvektion bei der schnellen Drehung um die Achse A werden die Wärmestrahlungsschilde 11 bis 14 gut gekühlt und können die aufgenommene Wärme gut nach außen abgeben.By the spacing of the heat radiation shields 11 to 14 and the generally air-filled spaces formed thereby are the heat radiation shields 11 to 14 well thermally insulated from each other and by convection in the fast rotation about the axis A are the heat radiation shields 11 to 14 well cooled and can give off the absorbed heat well to the outside.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeschutzes für die Komponenten 8, insbesondere vor Wärme, die durch Wärmeleitung durch die Haltevorrichtungen 2 und 3 von dem Werkzeug 5 zu den Komponenten 8 gelangen kann, umfasst die Wärmeschutzeinrichtung 10 nun in allen gezeigten Ausführungsbeispielen zusätzlich eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Komponenten 8 und der umliegenden Bereiche der ersten Haltevorrichtung 2, mit denen die Komponenten 8 oder ihre Kunstharzumhüllung in direktem Wärmekontakt oder thermischer Kopplung über Wärmeleitung steht. Die Kühleinrichtung umfasst ein Kühlkanalsystem zum Durchleiten eines Kühlmediums an den zu kühlenden Bereichen entlang. Das Kühlmedium ist im Allgemeinen Kühlluft, kann aber auch eine anderes Kühlgas, insbesondere ein Schutzgas, oder ein Ölnebel oder auch ein flüssiges Kühlmedium wie Öl etc. sein.To further improve the heat protection for the components 8th , in particular against heat caused by heat conduction through the holding devices 2 and 3 from the tool 5 to the components 8th can reach, includes the heat protection device 10 now in all embodiments shown additionally a cooling device for cooling the components 8th and the surrounding areas of the first holding device 2 with which the components 8th or their resin coating is in direct thermal contact or thermal coupling via heat conduction. The cooling device comprises a cooling channel system for passing a cooling medium along the areas to be cooled. The cooling medium is generally cooling air, but may also be another cooling gas, in particular a protective gas, or an oil mist or even a liquid cooling medium such as oil, etc.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst das Kühlkanalsystem einen zwischen den Wärmestrahlungsschilden 13 und 14 angeordneten größeren Zwischenraum 27, einen mit diesem Zwischenraum 27 verbundenen zentralen Strömungskanal 20 innerhalb der ersten Haltevorrichtung 2 und einen oder mehrere von dem zentralen Strömungskanal 20 nach außen, beispielsweise schräg nach oben oder hinten, verlaufende und an einer Außenseite der ersten Haltevorrichtung 2 mündende Strömungskanäle 29. Frische Kühlluft K strömt von außen radial nach innen auf die Achse A zu durch den Zwischenraum 27 in den zentralen Strömungskanal 20 und von dem Werkzeug 5 weg gerichtet nach oben oder hinten durch den zentralen Strömungskanal 20 und durch die nach außen verlaufenden Strömungskanäle 29 wieder nach außen und tritt als, in der Regel erwärmte, Kühlluft K' wieder aus der ersten Haltevorrichtung 2 aus.In the embodiment according to 1 For example, the cooling channel system includes one between the heat radiation shields 13 and 14 arranged larger gap 27 , one with this gap 27 connected central flow channel 20 within the first holding device 2 and one or more of the central flow channel 20 outwardly, for example obliquely upwards or backwards, extending and on an outer side of the first holding device 2 opening flow channels 29 , Fresh cooling air K flows from the outside radially inward toward the axis A through the gap 27 in the central flow channel 20 and from the tool 5 directed upwards or backwards through the central flow channel 20 and through the outwardly extending flow channels 29 again outward and enters as, usually heated, cooling air K 'again from the first holding device 2 out.

Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist im zentralen Strömungskanal 20 ein Strömungsleitkörper 40 angeordnet, der zentral angeordnet und rotationssymmetrisch zur Achse A ausgebildet ist sowie in einem zylindrischen Abschnitt im Strömungskanal 20 einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Strömungskanals 20 aufweist. Der zentrale Strömungskanal 20 ist vorzugsweise als eine Art Bolzen oder Hülse und/oder ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet und weist bevorzugt eine zylindrische Innenwand auf. Dadurch ist zwischen dem Strömungsleitkörper 40 und dem zentralen Strömungskanal 20 ein hohlzylindrischer oder umlaufender Ringraum als Strömungskanal 42 gebildet, der gegenüber dem gesamten zentralen Strömungskanal 20 einen deutlich geringeren Strömungsquerschnitt aufweist, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft K erhöht wird. Der Strömungsleitkörper 40 lenkt darüber hinaus die radial von außen auftreffende Kühlluft K aus dem Zwischenraum 27 um und leitet diese in den Strömungskanal 42 nach oben um. Der Strömungsleitkörper 40 kann mit Sprengringen oder ähnlichem an der ersten Haltevorrichtung 2 befestigt sein.To increase the flow velocity is in the central flow channel 20 a flow guide 40 arranged, which is arranged centrally and rotationally symmetrical to the axis A and in a cylindrical portion in the flow channel 20 a smaller outer diameter than the inner diameter of the flow channel 20 having. The central flow channel 20 is preferably designed as a kind of bolt or sleeve and / or also rotationally symmetrical and preferably has a cylindrical inner wall. This is between the flow guide 40 and the central flow channel 20 a hollow cylindrical or circumferential annular space as a flow channel 42 formed, facing the entire central flow channel 20 has a significantly smaller flow cross-section, so that the flow velocity of the cooling air K is increased. The flow guide 40 In addition, it deflects the cooling air K striking radially from the outside 27 and directs these into the flow channel 42 to the top. The flow guide 40 can with snap rings or the like on the first holding device 2 be attached.

Durch diese Maßnahmen wird die Kühlluft K an drei Seiten oder etwa U-förmig um die Komponenten 8 geleitet und kühlt nicht nur den Wärmestrahlungsschild 13 und den unmittelbar den Komponenten 8 benachbarten Wärmestrahlungsschild 14, sondern auch den zwischen den Komponenten 8 und den Strömungskanälen 27, 42 und 29 liegenden Zwischenbereich 28 der ersten Haltevorrichtung 2 durch Abtransport von Wärme über die Konvektion der Kühlluft K.By these measures, the cooling air K on three sides or approximately U-shaped around the components 8th Guides and cools not only the heat radiation shield 13 and directly to the components 8th adjacent heat radiation shield 14 but also between the components 8th and the flow channels 27 . 42 and 29 lying intermediate area 28 the first holding device 2 by removing heat via the convection of the cooling air K.

Die Konvektion der Kühlluft K wird in der Regel als erzwungene Konvektion ausgebildet, indem entweder die Kühlluft K von außen in den Zwischenraum 27 eingeblasen wird über eine, nicht dargestellte, externe Einblasdüse oder in dem Zwischenraum 27 ein Gebläse oder Ventilator angeordnet wird, der die Kühlluft K radial ansaugt und axial und unter Zuhilfenahme des Strömungsleitkörpers 40 weiter in den zentralen Strömungskanal 20 bzw. den Strömungskanal 42 bläst.The convection of the cooling air K is usually formed as forced convection by either the cooling air K from the outside into the intermediate space 27 is injected via an external injection nozzle, not shown, or in the intermediate space 27 a blower or fan is arranged, which draws in the cooling air K radially and axially and with the aid of the flow guide 40 further into the central flow channel 20 or the Strö flow duct 42 blows.

Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Ventilator 15 ist in 2 gezeigt. 2 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung gemäß 1 entlang der mit II-II bezeichneten Schnittebene. Der Ventilator 15 ist in 1 nicht zu sehen: Der Ventilator 15 mit seinen Strömungsleitschaufeln wird in der Regel vorgefertigt und an der ersten Haltevorrichtung 2 fest montiert und dreht sich mit der ersten Haltevorrichtung 2 um die Drehachse A synchron mit. Aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit wird ein hoher Volumenstrom des Ventilators 15 für die Kühlluft K erreicht.An embodiment of such a fan 15 is in 2 shown. 2 is a section through the device according to 1 along the section plane designated II-II. The ventilator 15 is in 1 not to be seen: the fan 15 with its Strömungsleitschaufeln is usually prefabricated and attached to the first holding device 2 firmly mounted and rotates with the first holding device 2 about the axis of rotation A synchronous with. Due to the high rotational speed, a high volume flow of the fan 15 achieved for the cooling air K.

Gemäß 1 ist zusätzlich zu dem Kühlluftsystem noch ein Schutzgaszuleitungssystem vorgesehen, mit dem zentral Schutzgas S zu dem Arbeitsbereich an der Spitze 51 des Werkzeugs 5 geführt wird. Dieses Schutzgaszuleitungssystem umfasst einen zentralen Kanal in der Spindel 4 und ein durchgehendes Schutzgasrohr 30, das den zentralen Kanal der Spindel 4 mit einem zentralen Kanal 31 der zweiten Haltevorrichtung 3 verbindet und dabei durch die erste Haltevorrichtung 2, deren zentralen Strömungskanal 20 und einen Innenraum des Strömungsleitkörpers 42 verläuft und dann in den zentralen Strömungskanal 31 der ersten Haltevorrichtung 3 mündet. Das Schutzgasrohr 30 wird über eine Feder 38, die auf einen Flansch an dem Schutzgasrohr 30 wirkt, an den Strömungskanal 31 gedrückt.According to 1 In addition to the cooling air system, a protective gas supply system is still provided, with the central protective gas S to the work area at the top 51 of the tool 5 to be led. This inert gas supply system comprises a central channel in the spindle 4 and a continuous inert gas tube 30 , which is the central channel of the spindle 4 with a central channel 31 the second holding device 3 connects and thereby through the first holding device 2 whose central flow channel 20 and an interior of the flow guide body 42 runs and then into the central flow channel 31 the first holding device 3 empties. The protective gas pipe 30 is about a spring 38 placed on a flange on the protective gas pipe 30 acts on the flow channel 31 pressed.

In der Werkzeugaufnahme 52 sind nun ein einziger ringsum durchgehender oder mehrere Strömungskanäle 50 ausgebildet, die außen vom Werkzeug 5 axial nach vorne zu einem stirnseitigen Austritt verlaufen, wo das Schutzgas 5 neben der Spitze 51 des Werkzeugs 5 austritt. Der zentrale Strömungskanal 31 in der zweiten Haltevorrichtung 3 ist dazu mit dem oder den Strömungskanälen 50 in Strömungsverbindung.In the tool holder 52 are now a single all-round or multiple flow channels 50 trained outside the tool 5 axially forward to a front-side outlet, where the inert gas 5 next to the top 51 of the tool 5 exit. The central flow channel 31 in the second holding device 3 is with the flow channel (s) 50 in fluid communication.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein ähnlich ausgebildetes Kühlluftsystem wie in 1 vorgesehen mit einem Zwischenraum 27 zwischen den Wärmestrahlungsschilden 13 und 14, einem zentralen Strömungskanal 20, einem Strömungsleitkörper 40, einem zwischen Strömungsleitkörper 40 und Innenwandung des Strömungskanals 20 liegenden ringförmigen Strömungskanal 42 und einem oder mehreren nach außen führenden Strömungskanälen 29. Die durch dieses Strömungskanalsystem strömende Kühlluft K kühlt wieder den die Komponenten 8 umgebenden Zwischenbereich 28 der ersten Haltevorrichtung 2 und damit die Komponenten 8 selbst.In the embodiment according to 3 is a similarly designed cooling air system as in 1 provided with a gap 27 between the heat radiation shields 13 and 14 a central flow channel 20 , a flow guide 40 , one between flow guide 40 and inner wall of the flow channel 20 lying annular flow channel 42 and one or more outward flow channels 29 , The cooling air K flowing through this flow channel system again cools the components 8th surrounding intermediate area 28 the first holding device 2 and with it the components 8th even.

Gemäß 3 hat nun die erste Haltevorrichtung 2 einen leicht abgewandelten Kopplungsbereich 23 für die, nicht dargestellte, zweite Haltevorrichtung 3 mit einem nicht näher dargestellten Whistlenotch- und einem Weldon-Klemmsystem. Ferner weist die Vorrichtung gemäß 3 im Vergleich zu 1 kein Schutzgaszuleitungssystem auf.According to 3 now has the first holding device 2 a slightly modified coupling area 23 for, not shown, second holding device 3 with a Whistlenotch and a Weldon clamping system, not shown. Furthermore, the device according to 3 compared to 1 no protective gas supply system.

Die 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Koppelvorrichtung gemäß der Erfindung. Hier ist im Unterschied zu den 1 bis 3 eine zentrale Kühlluftzufuhr vorgesehen. Die Kühlluft K wird zentral und axial zur Achse A über den Kopplungsbereich 24 und die Spindel 4 dem zentralen Strömungskanal 20 zugeführt und strömt durch den Strömungskanal 42 zwischen dem Strömungsleitkörper 40 und der Innenwandung des zentralen Strömungskanals 20 bis zu radialen Auslässen 25, die über nicht dargestellte Strömungskanäle mit dem zentralen Strömungskanal 20 verbunden sind. Die austretende, erwärmte Kühlluft K' strömt zwischen dem Wärmestrahlungsschild 13 und dem Wärmestrahlungsschild 14 durch den dazwischen liegenden Zwischenraum nach außen. Die Kühlluft K kühlt den Zwischenbereich 28 zwischen dem zentralen Strömungskanal 20 und den zu kühlenden Komponenten 8 und ferner die Wärmestrahlungsschilde 13 und 14, an denen sie vorbei strömt durch die erzwungene Konvektion. Man kann hier von einem L-förmigen oder an zwei Seiten der Komponenten 8 vorbeilaufenden Strömungsweg der Kühlluft K sprechen.The 4 shows another embodiment of a coupling device according to the invention. Here is unlike the 1 to 3 provided a central cooling air supply. The cooling air K becomes central and axial to the axis A via the coupling area 24 and the spindle 4 the central flow channel 20 supplied and flows through the flow channel 42 between the flow guide 40 and the inner wall of the central flow channel 20 up to radial outlets 25 , via flow channels, not shown, with the central flow channel 20 are connected. The exiting, heated cooling air K 'flows between the heat radiation shield 13 and the heat radiation shield 14 through the intervening gap to the outside. The cooling air K cools the intermediate area 28 between the central flow channel 20 and the components to be cooled 8th and further the heat radiation shields 13 and 14 where it flows past through forced convection. One can here of an L-shaped or on two sides of the components 8th talk about passing flow path of the cooling air K.

Ferner ist in 4 der Außendurchmesser der Wärmestrahlungsschilde 13 und 14, der dem Außendurchmesser der gesamten ersten Haltevorrichtung 2 entspricht, mit D bezeichnet. Schließlich ist in 4 noch eine Übertragungseinheit 9 dargestellt zum berührungslosen, insbesondere induktiven, Übertragen von Energie für die Messeinrichtung der Komponenten 8 sowie auch zum induktiven (oder auch über Funk) Empfangen oder Übertragen von Signalen der Komponenten 8 und Weiterleiten dieser Signale an eine Regel- oder Stelleinrichtung zum Regeln oder Stellen des Axialdruckes oder der Axialkraft auf einen gewünschten Sollwert oder eine gewünschte Führungsgröße über die Werkzeugmaschine und Werkzeugspindel 4.Furthermore, in 4 the outer diameter of the heat radiation shields 13 and 14 that is the outer diameter of the entire first holding device 2 corresponds to denoted by D. Finally, in 4 another transfer unit 9 shown for non-contact, in particular inductive, transfer of energy for the measuring device of the components 8th as well as for inductive (or via radio) receiving or transmitting signals of the components 8th and forwarding these signals to a control or regulating device for regulating or adjusting the axial pressure or the axial force to a desired desired value or a desired reference variable via the machine tool and tool spindle 4 ,

Anstelle von zwei Haltevorrichtungen kann in jeder Ausführungsform auch nur eine Haltevorrichtung vorgesehen sein, die direkt das Werkzeug oder Werkstück aufnimmt. Beispielsweise kann die erste Haltevorrichtung 2 als einzige Haltevorrichtung vorgesehen sein und es wird dann das Werkzeug oder Werkstück direkt in den Koppelraum 23 eingeführt und mittels des oder der Befestigungselemente(s) 33 befestigt.Instead of two holding devices, only one holding device can be provided in each embodiment, which receives the tool or workpiece directly. For example, the first holding device 2 be provided as the only holding device and it is then the tool or workpiece directly into the coupling space 23 introduced and by means of the one or more fasteners (s) 33 attached.

Außerdem kann die Wärmeschutzeinrichtung gemäß der Erfindung außer bei Reibschweißen oder Reibrührschweißen auch bei anderen Materialbearbeitungsprozessen, bei denen Wärme im Arbeitsbereich entsteht, eingesetzt werden, beispielsweise spanabhebenden Prozessen mit rotierenden Werkzeugen wie Fräsen, Bohren, etc.In addition, the thermal protector according to the invention can be used in other material processing processes in which heat is generated in the work area, in addition to friction welding or friction stir welding, for example, machining processes with rotating Tools such as milling, drilling, etc.

22: erste Haltevorrichtungfirst holder
33: zweite Haltevorrichtungsecond holder
44: Spindelspindle
55: WerkzeugTool
88th: Komponentencomponents
99: Übertragungseinheittransmission unit
1010: WärmeschutzeinrichtungThermal protector
11 bis 1411 until 14: WärmestrahlungsschildThermal radiation shield
1515: Ventilatorfan
2020: Strömungskanalflow channel
2121: EndeThe End
23, 2423 24: Kopplungsbereichcoupling region
2525: Öffnungenopenings
2727: Zwischenraumgap
2828: Zwischenbereichintermediate area
2929: Strömungskanalflow channel
3030: Rohrpipe
3333: Befestigungselementfastener
3535: Aufnahmebereichreception area
3838: Federfeather
4040: Strömungsleitkörperflow guide
5050: Kanalchannel
5151: Spitzetop
5252: Werkzeugaufnahmetool holder
AA: Achseaxis
DD: Durchmesserdiameter
K, K'K K ': Kühlluftcooling air
SS: Schutzgasprotective gas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19957136 C1 [0003, 0003]
DE 102005049865 A1 [0003]

Claims

Device for coupling a tool or workpiece rotatable or rotating about a rotation axis during a material processing process, in particular a friction stir welding process or a friction welding process, with a drive device comprising a) at least one holding device ( 2 ), which is provided for holding the tool or workpiece and is directly or indirectly coupled or couplable to the drive device, b) on or in the holding device (FIG. 2 ) heat-sensitive components ( 8th ), in particular electronic components, power supply components, signal transmission components, measuring components and / or bearing components, are arranged or can be arranged, and furthermore comprising c) at least one heat protection device ( 10 ) to protect the heat-sensitive components in front of the work area ( 51 ) of the tool or workpiece during the material processing process heat, in particular heat radiation.

Device according to Claim 1, in which a) a first holding device ( 2 ) is provided which is directly or indirectly coupled or coupleable to the drive device in a first coupling region, and b) a second holding device ( 3 ) is provided for holding a part of the tool or workpiece and c) in which the first holding device ( 2 ) in a second coupling region with the second holding device ( 3 ) is coupled or can be coupled.

Apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the coupled with the drive device holding device with the held tool or workpiece or to the Drive device coupled second holding device with the coupled first Holding device and the held tool or workpiece from the drive device together or synchronously about the axis of rotation (A) are rotatable.

Device according to one of claims 1 to 3, wherein the heat protection device at least one heat radiation shield ( 11 to 14 ) disposed between the heat-sensitive components on the one hand and the working area of the tool or workpiece during the material processing process on the other hand.

Apparatus according to claim 2, wherein the thermal protector includes at least one heat radiation shield, the between the heat-sensitive components on the one hand and the seen in the direction of the axis of rotation front end of the first Holding device or the second coupling region of the first holding device on the other hand is arranged.

Apparatus according to claim 4 or claim 5, wherein the heat protection device at least two heat radiation shields comprises, the axially to the axis of rotation behind each other and from each other spaced apart.

Apparatus according to claim 6, wherein the radial to the Rotation axis measured outside dimension of at least one Heat radiation shield is greater than that of another heat shield, the closer is arranged at the work area.

Device according to one of claims 4 to 7, wherein the measured radially to the axis of rotation outer dimension (D) at least one heat radiation shield, preferably of the heat-radiation-sensitive components immediately adjacent heat radiation shield, at least is as large as the outer dimension of the heat-sensitive components and / or is just as big as the outside dimension the holding device or first holding device.

Device according to one of claims 4 to 8, wherein at least one or each heat radiation shield is flat and / or disc-shaped and preferably directed perpendicular or inclined to the axis of rotation.

Device according to one of claims 4 to 9, at least one or each heat radiation shield the holding device or first holding device of the rotation axis As seen around the outside and / or circular ring is formed around the axis of rotation.

Device according to one of claims 4 to 10, at least one or each heat radiation shield with at least a part of the holding device or first holding device formed in one piece or by material removal, in particular turning, from a common blank or in a common original molding process is generated.

Device according to one of claims 4 to 11, in which the material of at least one or each heat radiation shield Metal or a metal alloy, in particular steel or aluminum, comprises or consists of and / or in which at least one Workspace facing surface of at least one or each thermal radiation shield in its thermal radiation reflectivity is high or elevated, in particular by polishing or through a reflection-enhancing layer.

Device according to one of the preceding claims, in which the heat protection device comprises at least one cooling device ( 15 . 42 . 29 ) comprises for conducting a, preferably gaseous, cooling medium, in particular cooling air (K, K '), on the heat-sensitive components and / or on the heat-sensitive components adjacent areas ( 28 ) of the holding device and / or in or on at least one heat radiation shield along.

Apparatus according to claim 13, wherein the cooling means the cooling medium over and / or through the heat radiation shield leads, in particular radially with respect to the axis of rotation inward or radially outward.

Apparatus as claimed in claim 13 or claim 14 as appended to claim 6, wherein the cooling means extends the cooling medium through at least one gap (12). 27 ) passes between two heat radiation shields, in particular in the radial direction with respect to the axis of rotation.

Device according to one of claims 13 to 15, wherein the cooling device comprises at least one flow channel for the cooling medium extending centrally through the holding device or first holding device, wherein the central flow channel ( 20 ) directly on the heat-sensitive components or on an intermediate region adjacent to the heat-sensitive components and coupled with them thermally or via heat conduction ( 28 ) of the holding device or first holding device runs along.

Apparatus according to claim 16 with a flow guide body ( 40 ) located in the central flow channel ( 20 ) is arranged or can be arranged, wherein preferably one, in particular annular space, flow space ( 42 ) is formed for the cooling medium within the central flow channel between the inner wall of the central flow channel and the flow guide.

Apparatus according to claim 16 or claim 17, in which the central flow channel of the holding device or first holding device is in fluid communication with a, preferably central, supply line for the cooling medium, preferably an axial line relative to the axis of rotation, in particular via a drive spindle ( 4 ) of the drive device.

Device according to one of Claims 16 to 18, in which the central flow channel ( 20 ) of the holding device or first holding device with at least one outlet ( 25 . 29 ) of the holding device or first holding device for the cooling medium is in flow communication, wherein the or each outlet is preferably arranged radially to the axis of rotation on the outside of the holding device or first holding device.

Device according to claim 19 and one of claims 5 to 12, wherein at least one or each outlet ( 25 ) is arranged on or beside at least one heat radiation shield or in a gap between two heat radiation shields.

Apparatus according to claim 19, wherein at least one or each outlet ( 29 ) is arranged axially with respect to the axis of rotation on the opposite side of the work area of the heat-sensitive components.

Device according to one of claims 13 to 21, in which the central flow channel of the holding device or first holding device with at least one inlet of the holding device or first holding device for the cooling medium is in fluid communication with the or each inlet preferably radially to the axis of rotation outside of the holding device or first holding device is arranged.

Apparatus according to claim 22, wherein the cooling means comprises flow generating means ( 15 ) for generating a flow of the cooling medium from the outside into the inlet of the holding device or first holding device.

Apparatus according to claim 23, wherein the flow generating means comprises a turbine blade assembly or a fan or a fan ( 15 ), which is arranged on the holding device or first holding device and rotates with it.

Apparatus according to claim 24 and claim 15, wherein the turbine blade assembly or blower or the fan in the space between the heat radiation shields is arranged.

Apparatus according to claim 23, wherein the flow generating means at least one of the holding device or first holding device comprises spaced flow nozzle, from which the Cooling medium towards the inlet or the inlets the holding device or first holding device emerges, wherein the flow nozzle in particular not with the holding device or first holding device rotates.

Apparatus according to any one of claims 13 to 26, wherein the cooling means adjoin the cooling medium in an at least approximately U-shaped or three-sided flow path around or adjacent to the heat-sensitive components de areas leads.

Device according to one of claims 13 to 26, in which the cooling device, the cooling medium in an at least approximately L-shaped or on two sides running flow path around the heat-sensitive Components or adjoining areas leads.

Device according to one of claims 13 to 28, where the cooling medium cooling air or a Inert gas or an oil mist is.

Device according to one of the preceding claims, in which a central protective gas supply system ( 30 . 31 . 50 ), which passes through the or each holding device, is provided for supplying protective gas (S) to the working area.

Device according to one of the preceding claims, in which the holding device or one of the at least two or all holding devices, preferably the first holding device, at least partially made of metal or metal alloy, in particular Steel or aluminum or aluminum alloy is formed.

Device according to one of the preceding claims, in which the holding device or one of the at least two or all holding devices, preferably the second holding device, at least partially made of a poorly heat-conducting or heat-insulating material, in particular a ceramic or a polymer material.