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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Luftkühlung eines Schrumpfspannfutters. Derartige Schrumpfspannfutter sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Aufnahme eines Werkstücks oder eines Werkzeugs, wobei derartige Schrumpfspannfutter beispielsweise in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Zur Aufnahme des Werkzeugs oder Werkstücks wird das Schrumpfspannfutter erwärmt, wodurch sich das Schrumpfspannfutter ausdehnt, so dass das Werkstück oder Werkzeug in das Schrumpfspannfutter eingesetzt werden kann. Anschließend wird das Schrumpfspannfutter dann abgekühlt, wodurch sich das Schrumpfspannfutter wieder zusammenzieht und dadurch das Werkzeug oder Werkstück fest einspannt.
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Zur Kühlung des Schrumpfspannfutters sind aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie beispielsweise die Luftkühlung mittels eines Ventilators, die Kontaktkühlung mittels einer Kühlhülse sowie die Flüssigkeitskühlung. Nachteilig bei der Luftkühlung mittels eines Ventilators ist jedoch die schlechte Kühlleistung und damit die relativ lange Kühlzeit.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Luftkühlung eines Schrumpfspannfutters entsprechend zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Luftkühlung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Düsenanordnung zum Anblasen des Schrumpfspannfutters mit Kühlluft vor, wobei die Düsenanordnung die Kühlleistung gegenüber dem bekannten Anblasen mittels eines Ventilators verbessert.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Düsenanordnung ringförmig, wobei die ringförmige Düsenanordnung während des Kühlens vorzugsweise koaxial über dem Schrumpfspannfutter angeordnet ist, so dass das Schrumpfspannfutter von allen Seiten mit der Kühlluft angeblasen werden kann.
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Hierbei weist die ringförmige Düsenanordnung vorzugsweise eine ringförmig umlaufende Schlitzdüse auf, welche die Kühlluft mit einer nach innen gerichteten Radialkomponente auf das zu kühlende Schrumpfspannfutter bläst.
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Vorzugsweise erstreckt sich die ringförmig umlaufende Schlitzdüse hierbei unterbrechungsfrei über den gesamten Umfang der Ringdüse. Dies ist vorteilhaft, weil dann auch der von der Ringdüse abgegebene Kühlluftstrom unterbrechungsfrei ist, so dass das Schrumpfspannfutter über seinen Umfang gleichmäßig mit Kühlluft beströmt wird.
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Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die ringförmige Düsenanordnung über ihren Umfang verteilt mehrere Austrittsdüsen aufweist, die zueinander beabstandet sind.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kühlluft von einem Druckluftanschluss bereitgestellt, der in üblichen Arbeitsumgebungen meist ohnehin vorhanden ist. Die ringförmige Düsenanordnung weist deshalb zur Zuführung der Druckluft bzw. Kühlluft vorzugsweise einen Druckluftanschluss auf, wobei der Druckluftanschluss in einen ringförmigen Druckluftkanal in der ringförmigen Düsenanordnung mündet. Der ringförmige Druckluftkanal liegt hierbei vorzugsweise innerhalb der ringförmigen Düsenanordnung innen. Die ringförmige Schlitzdüse wird dann aus dem ringförmigen Druckluftkanal mit der Druckluft gespeist, wobei der umlaufende, ringförmige Druckluftkanal dafür sorgt, dass der Luftdruck an der ringförmigen Schlitzdüse über den gesamten Umfang im Wesentlichen konstant ist und zwar unabhängig vom Abstand zu dem Druckluftanschluss. Dadurch wird die Druckluftströmung über den Umfang des Schrumpfspannfutters vergleichmäßigt.
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Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die ringförmige Düsenanordnung die Kühlluft nicht nur mit einer nach innen gerichteten Radialkomponente, sondern auch mit einer nach unten gerichteten Axialkomponente auf das Schrumpfspannfutter abgibt, so dass die von der ringförmigen Düsenanordnung abgegebene Kühlluft zusätzlich Umgebungsluft von oben ansaugt und auch die angesaugte Umgebungsluft auf das Schrumpfspannfutter bläst.
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Darüber hinaus kann zusätzlich eine Kühlgasquelle vorgesehen sein, die zusätzlich zu der von der Düsenanordnung abgegebenen Druckluft ein Kühlgas bereitstellt, das gegenüber der Umgebungsluft abgekühlt ist. Beispielsweise kann das Kühlgas mittels Trockeneis, flüssigem Stickstoff oder einem Kühlkompressor abgekühlt werden. Zur Bereitstellung des Kühlgases bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die miteinander kombiniert werden können und nachfolgend kurz beschrieben werden.
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Eine Möglichkeit zur Bereitstellung des Kühlgases sieht vor, dass die Kühlgasquelle das Kühlgas über der ringförmigen Düsenanordnung ausgibt, d. h. auf der dem Schrumpfspannfutter abgewandten Seite der ringförmigen Düsenanordnung, so dass das Kühlgas nach unten angesaugt wird, sich mit der von der ringförmigen Düsenanordnung abgegebenen Druckluft vermischt und dann auf das Schrumpfspannfutter geleitet wird.
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Eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung des Kühlgases sieht dagegen vor, dass die Kühlgasquelle das Kühlgas in den ringförmigen Druckluftkanal der ringförmigen Düsenanordnung einspeist, wo sich das Kühlgas mit der Druckluft vermischt, so dass das Gemisch aus der Druckluft und dem Kühlgas mittels der ringförmigen Düsenanordnung auf das Schrumpfspannfutter geleitet wird.
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Eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung des Kühlgases sieht dagegen vor, dass die Kühlgasquelle das Kühlgas direkt in den Druckluftstrom einspeist, der von der Düsenanordnung abgegeben wird, so dass das Gemisch aus der Druckluft und dem Kühlgas mittels der Düsenanordnung auf das Schrumpfspannfutter geleitet wird. Bei dieser Erfindungsvariante wird das Kühlgas also stromabwärts hinter der Düsenanordnung in den Druckluftstrom eingeleitet.
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Schließlich sieht eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung des Kühlgases vor, dass das Kühlgas in eine Zuführleitung eingespeist wird, welche die Düsenanordnung mit der Druckluft versorgt. In der Zuführleitung mischt sich dann die Druckluft mit dem Kühlgas, so dass die Düsenanordnung ein Gemisch aus Druckluft und Kühlgas abgibt.
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Ferner besteht im Rahmen der Erfindung noch die Möglichkeit, dass die Düsenanordnung selbst gekühlt wird, so dass die gekühlte Düsenanordnung die durchströmende Druckluft abkühlt, was zu einer weiteren Verbesserung der Kühlleistung führt. Beispielsweise kann die Düsenanordnung auf eine Temperatur von weniger als +10°C, 0°C, –10°C, –20°C oder –30°C abgekühlt werden. Die Abkühlung der Düsenanordnung kann beispielsweise durch einen Klimakompressor, ein Peltier-Element oder eine sonstige Kühleinrichtung erfolgen.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusätzlich eine Heizeinrichtung vorgesehen, um das Schrumpfspannfutter vor dem Kühlen zunächst aufheizen zu können, wobei die Heizeinrichtung beispielsweise eine Induktionsheizung aufweisen kann, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
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Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel über eine Positioniereinrichtung, die wahlweise die Düsenanordnung in einer Kühlstellung oder die Heizeinrichtung in einer Heizstellung an dem Schrumpfspannfutter positioniert, wobei die Positioniereinrichtung vorzugsweise in der Kühlstellung und in der Heizstellung fixierbar ist. Zum Einsetzen eines Werkzeugs oder Werkstücks in das leere Schrumpfspannfutter positioniert die Positioniereinrichtung zunächst die Heizeinrichtung in der Heizstellung an dem Schrumpfspannfutter, um das Schrumpfspannfutter aufzuheizen. Anschließend wird dann das Werkzeug bzw. Werkstück in das erwärmte und dadurch ausgedehnte Schrumpfspannfutter eingesetzt. Schließlich positioniert die Positioniereinrichtung dann die Düsenanordnung in einer Kühlstellung an dem Schrumpfspannfutter, um das Schrumpfspannfutter durch Anblasen mit der Kühlluft abzukühlen.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Positioniereinrichtung eine Schwenkeinrichtung auf, welche die Düsenanordnung und die Heizeinrichtung in horizontaler Richtung zwischen der Heizstellung und der Kühlstellung schwenkt, wobei die Heizeinrichtung und die Düsenanordnung vorzugsweise gemeinsam an einem Schwenkarm angebracht sind, der von der Schwenkeinrichtung geschwenkt wird. Die Heizeinrichtung und die Düsenanordnung werden also vorzugsweise gemeinsam geschwenkt, so dass nur eine einzige Bewegung erforderlich ist, um zwischen der Betriebsart Heizen und der Betriebsart Kühlen zu wechseln.
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Das Schwenken der Schwenkeinrichtung mit der Düsenanordnung und der Heizeinrichtung erfolgt vorzugsweise manuell. Hierzu kann an der Schwenkeinrichtung ein Griff angebracht sein, der vorzugsweise vertikal (nach oben oder nach unten) von der Schwenkeinrichtung absteht.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Düsenanordnung und vorzugsweise die gesamte Schwenkeinrichtung mit der Heizeinrichtung auch in vertikaler Richtung verschiebbar ist, um die Düsenanordnung und die Heizeinrichtung auch in vertikaler Richtung relativ zu dem Schrumpfspannfutter positionieren zu können. Hierzu kann die Schwenkeinrichtung an einer vertikalen Schiene verfahrbar sein.
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Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Schwenkeinrichtung mit der Düsenanordnung und der Heizeinrichtung ein erhebliches Gewicht aufweist, was die manuelle Bedienung erschweren kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist deshalb ein Gegengewicht vorgesehen, um das Gewicht der Düsenanordnung, der Heizeinrichtung und/oder der gesamten Schwenkeinrichtung auszugleichen, wobei das Gegengewicht vorzugsweise über einen Seilzug und eine oder mehrere Umlenkrollen mit der Düsenanordnung und/oder der Schwenkeinrichtung verbunden ist.
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Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine Halterung aufweist, um das Schrumpfspannfutter sowohl während des Aufheizens als auch während des anschließenden Kühlens aufzunehmen. Das Schrumpfspannfutter muss also zwischen dem Aufheizen und anschließenden Kühlen nicht bewegt werden, sondern verbleibt in der Halterung, wodurch die Verletzungsgefahr für den Bediener erheblich verringert wird, da ein Bedienereingriff im aufgeheizten Zustand des Schrumpfspannfutters nicht erforderlich ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufheizen und Kühlen eines Schrumpfspannfutters,
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2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1,
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3 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß den 1 und 2,
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4 eine Perspektivansicht auf eine ringförmige Düsenanordnung der Vorrichtung aus den 1–3,
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5 eine Querschnittsansicht der ringförmigen Düsenanordnung aus 4,
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6 eine vergrößerte Detailansicht von 5,
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7 eine isolierte Perspektivansicht einer Positioniereinrichtung der Vorrichtung aus den 1–3,
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8 eine Aufsicht auf die Positioniereinrichtung aus 7, sowie
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9 eine Seitenansicht der Positioniereinrichtung aus den 7 und 8.
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Die 1–3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Aufheizen und anschließenden Kühlen eines Schrumpfspannfutters S, das ein Werkzeug oder ein Werkstück aufnehmen kann.
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Hierzu wird das Schrumpfspannfutter S in eine Halterung 2 für das Schrumpfspannfutter S eingesetzt, wobei das Schrumpfspannfutter S während des Heizens und des anschließenden Kühlens in der Halterung 2 verbleibt, wodurch die Verletzungsgefahr für den Bediener minimiert wird, da im aufgeheizten Zustand des Schrumpfspannfutters S kein Bedienereingriff erforderlich ist.
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Das Aufheizen des Schrumpfspannfutters S erfolgt durch eine induktive Heizeinrichtung 3, die in herkömmlicher Weise ausgebildet sein kann und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
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Das anschließende Kühlen des Schrumpfspannfutters S erfolgt dagegen durch Anblasen mit Kühlluft mittels einer ringförmigen Düsenanordnung 4, die in den 4–6 detailliert dargestellt ist und noch näher beschrieben wird.
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Die Heizeinrichtung 3 und die ringförmige Düsenanordnung 4 sind gemeinsam an einem Schwenkarm 5 angebracht, der um eine senkrechte Drehachse 6 zwischen einer Kühlstellung und einer Heizstellung schwenkbar ist. 1 zeigt den Schwenkarm 5 mit der Heizeinrichtung 3 und der ringförmigen Düsenanordnung 4 in der Heizstellung, in der sich die Heizeinrichtung 3 koaxial über der Halterung 2 für das Schrumpfspannfutter S befindet. Zum Kühlen des Schrumpfspannfutters S wird der Schwenkarm 5 mit der ringförmigen Düsenanordnung 4 und der Heizeinrichtung 3 dagegen so um die Drehachse 6 geschwenkt, dass sich die ringförmige Düsenanordnung 4 koaxial über der Halterung 2 für das Schrumpfspannfutter S befindet.
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Der Schwenkarm 5 ist Bestandteil einer Positioniereinrichtung 7, die in den 7–9 dargestellt ist und auch eine Vertikalbewegung des Schwenkarms 5 ermöglicht. Hierzu weist die Positioniereinrichtung 7 eine vertikale Verfahrschiene 8 auf, an der der Schwenkarm 5 mit der ringförmigen Düsenanordnung 4 und der Heizeinrichtung 3 in vertikaler Richtung verfahrbar ist.
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Das vertikale Verfahren des Schwenkarms 5 mit der ringförmigen Düsenanordnung 4 und der Heizeinrichtung 3 erfolgt hierbei manuell. Hierzu weist der Schwenkarm 5 einen nach oben abstehenden Griff 9 auf. Der Griff 9 ermöglicht also zum einen ein Schwenken des Schwenkarms 5 mit der ringförmigen Düsenanordnung 4 und der Heizeinrichtung 3 um die vertikale Drehachse 6 und erlaubt zum anderen auch ein vertikales Verfahren des Schwenkarms 5 mit der ringförmigen Düsenanordnung 4 und der Heizeinrichtung 3 entlang der Verfahrschiene 8.
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Zur Erleichterung des vertikalen Verfahrens entlang der Verfahrschiene 8 ist ein Gegengewicht 10 vorgesehen, das über einen Seilzug 11 und zwei Umlenkrollen 12, 13 mit einer Aufhängung 14 des Schwenkarms 5 verbunden ist. Das Gegengewicht 10 kompensiert hierbei das Gesamtgewicht der ringförmigen Düsenanordnung 4, der Heizeinrichtung 3, des Schwenkarms 5, des Griffs 9 und der Aufhängung 14, so dass das vertikale Verfahren entlang der Verfahrschiene 8 mit sehr geringem Kraftaufwand erfolgen kann.
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Die ringförmige Düsenanordnung 4 weist einen Druckluftanschluss 15 auf, um Druckluft zu Kühlzwecken zuführen zu können. Der Druckluftanschluss 15 mündet in der ringförmigen Düsenanordnung 4 in einen ringförmig umlaufenden Druckluftkanal 16, der sich über den gesamten Umfang der ringförmigen Düsenanordnung 4 erstreckt. Die ringförmige Düsenanordnung 4 besteht im Wesentlichen aus einem oberen Düsenteil 17 und einem unteren Düsenteil 18, die eine ringförmig umlaufende Schlitzdüse 19 begrenzen, aus der in Pfeilrichtung (vgl. 6) Druckluft in radialer Richtung austritt. Wichtig ist hierbei, dass sich die Schlitzdüse 19 unterbrechungsfrei über den gesamten Umfang der ringförmigen Düsenanordnung 4 erstreckt, so dass auch die von der ringförmigen Düsenanordnung 4 abgegebene Luftströmung unterbrechungsfrei ist, was zu einer entsprechend guten Kühlwirkung beiträgt.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- S
- Schrumpfspannfutter
- 1
- Vorrichtung zum Aufheizen und Kühlen eines Schrumpfspannfutters
- 2
- Halterung für das Schrumpfspannfutter
- 3
- Heizeinrichtung
- 4
- Düsenanordnung
- 5
- Schwenkarm
- 6
- Drehachse
- 7
- Positioniereinrichtung
- 8
- Verfahrschiene
- 9
- Griff
- 10
- Gegengewicht
- 11
- Seilzug
- 12
- Umlenkrolle
- 13
- Umlenkrolle
- 14
- Aufhängung des Schwenkarms
- 15
- Druckluftanschluss
- 16
- Druckluftkanal
- 17
- Oberes Düsenteil
- 18
- Unteres Düsenteil
- 19
- Schlitzdüse
