DE20203784U1 - Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters - Google Patents

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Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters

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Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines eine zentrische Aufnahmeöffnung für einen Schaft eines Rotationswerkzeugs, beispielsweise eines Bohrers, Fräsers oder Reibwerkzeugs, aufweisenden Hülsenabschnitts eines Werkzeughalters, der den Werkzeugschaft in der Aufnahmeöffnung im Presssitz hält und bei Erwärmung freigibt.

Insbesondere bei schnell rotierenden Werkzeugen, die beispielsweise mit Drehzahlen von 10.000 - 20.000 U/min oder sogar darüber laufen, ist es bekannt, den Werkzeugschaft in einen Hülsenabschnitt eines Werkzeughalters einzuschrumpfen. Hierzu wird der Hülsenabschnitt erwärmt, üblicherweise auf einige 100⁰C, beispielsweise 250⁰C - 350⁰C, so dass sich die Aufnahmeöffnung des Hülsenabschnitts erweitert und das Werkzeug mit seinem Schaft in die Aufnahmeöffnung eingesteckt werden kann. Der Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Werkzeugschafts. Nach dem Abkühlen des Hülsenabschnitts ist deshalb der Werkzeugschaft im Presssitz drehfest in dem Werkzeughalter gehalten. Diese Schrumpftechnik erlaubt eine äußerst rundlaufgenaue und damit unwuchtarme Einspannung des Werkzeugs.

Als Wärmequelle für die Erwärmung des Hülsenabschnitts wurde zunächst eine Gasflamme vorgeschlagen, es wurde aber auch an in Anlagekontakt mit dem Werkzeughalter zu bringende Heizmanschetten gedacht. Weil sie es ermöglichen, die Aufwärmphase sehr kurz zu halten, hat sich in jüngerer Zeit das Augenmerk auf induktive Heizvorrichtungen konzentriert. Solche induktiven Heizvorrichtungen weisen bisher regelmäßig eine aus einem Generator mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom gespeiste Induktionsspule auf, die für die Erwärmung des Hülsenabschnitts zentrisch auf

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diesen aufsetzbar ist. Das Magnetfeld der Induktionsspule induziert in dem elektrisch leitenden Material des Werkzeughalters Wirbelströme, die den Hülsenabschnitt unmittelbar erwärmen. Um ein und dieselbe Induktionsspule bei Werkzeughaltern mit unterschiedlichem Außendurchmesser des Hülsenabschnitts verwenden zu können, umschließt die Induktionsspule den Hülsenabschnitt dabei mit radialem Abstand.

Üblicherweise ist die Induktionsspule an ihrem Außenumfang von einer Jochschale aus magnetisierbarem Material umschlossen. An den axialen Stirnseiten der Induktionsspule sind üblicherweise zudem Ringelemente angeordnet, die ebenfalls aus magnetisierbarem Material bestehen und als Polschuhe dienen, welche dem werkzeugseitigen Ende und dem werkzeugfernen Ende des Hülsenabschnitts eng benachbart liegen, insbesondere sogar an dem Hülsenabschnitt anliegen. Die Jochschale und die Polschuhe sorgen aufgrund ihrer gegenüber Luft hohen magnetischen Leitfähigkeit für eine Konzentration des magnetischen Flusses, der so gebündelt auf den Hülsenabschnitt gelenkt wird.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines eine zentrische Aufnahmeöffnung für einen Schaft eines Rotationswerkzeugs aufweisenden Hülsenabschnitts eines Werkzeughalters, der den Werkzeugschaft in der Aufnahmeöffnung im Presssitz hält und bei Erwärmung freigibt, umfassend:

eine Induktionsspulenanordnung mit mindestens einer Induktionsspule,

einen die Induktionsspulenanordnung mit elektrischem Strom periodisch wechselnder Amplitude speisenden Generator sowie
eine den magnetischen Fluss der Induktionsspulenanordnung ringsum verteilt auf den Hülsenabschnitt konzentrierende Jochanordnung aus magnetisierbarem Material.

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Im Gegensatz zu den bisherigen Schrumpfkonzepten mit einer auf den Hülsenabschnitt zu dessen Erwärmung aufzusetzenden Induktionsspule ist erfindungsgemäß die Induktionsspule für die Erwärmung des Hülsenabschnitts bezogen auf eine Drehachse des Werkzeughalters exzentrisch gegenüber dem Hülsenabschnitt versetzt und ohne diesen zu umschließen, beispielsweise annähernd radial neben diesem, angeordnet und enthält einen mit der Jochanordnung magnetisch leitend verbundenen Spulenkern aus magnetisierbarem Material.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann der gesamte Werkzeughalter für die Erwärmung des Hülsenabschnitts außerhalb der Induktionsspule bleiben. Es entfällt somit das axiale Aufsetzen der Induktionsspule auf den Hülsenabschnitt bzw. das axiale Einführen des Hülsenabschnitts in die Induktionsspule.

Es hat sich gezeigt, dass auch bei außerhalb der Induktionsspule angeordnetem Werkzeughalter mit Hilfe des Spulenkerns und der Jochanordnung aus magnetisierbarem, d.h. ferro- oder ferrimagnetischem Material der magnetische Fluss hinreichend stark gebündelt auf den Hülsenabschnitt gelenkt werden kann, um die gewünschte rasche Erwärmung des Hülsenabschnitts zu erzielen. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Spulenkern das Spuleninnere im Wesentlichen vollständig ausfüllen kann und so Streuverluste im Spuleninneren weitgehend reduziert werden können, anders als bei den herkömmlichen Lösungen, bei denen zwischen der Induktionsspule und dem in die Spule eingeführten Hülsenabschnitt regelmäßig ein radialer Leerraum verbleibt, der luftbedingte Streuverluste im Spuleninneren unumgänglich macht.

Die versetzte Anordnung der Induktionsspule erlaubt zudem eine bessere thermische Isolierung derselben von den zu erwärmenden Teilen des Werkzeughalters, was die Kühlung der Spule erleichtert.

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Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Lösung eine die. Induktionsspule an ihrem Außenumfang umschließende Jochschale nicht erforderlich, was zu konstruktiven Vereinfachungen führen kann. Schließlich eröffnet die exzentrisch versetzte Anordnung der Induktionsspule große gestalterische Freiheiten für die Induktionsspulenanordnung und die Jochanordnung. Ein Beispiel für diese Freiheiten ist die Anzahl der verwendeten Induktionsspulen. So kann die Induktionsspulenanordnung lediglich eine einzige Induktionsspule umfassen. Sie kann aber auch mehrere in Umfangsrichtung des Werkzeughalters gleichmäßig verteilt angeordnete Induktionsspulen mit je einem Spulenkern umfassen. Je nach Anwendungsfall können diese Spulen zumindest teilweise parallel oder seriell geschaltet sein. Ist zumindest eine Teilanzahl der Spulen parallel geschaltet, so ist es insbesondere denkbar, nach Bedarf eine unterschiedliche Anzahl von Spulen aktivieren zu können.

Ein weiteres Beispiel für die gebotenen Gestaltungsfreiheiten betrifft die Richtung, in der der magnetische Fluss den Hülsenabschnitt durchsetzt. So können die Induktionsspulenanordnung und die Jochanordnung derart ausgebildet sein, dass für die Erwärmung des Hülsenabschnitts wenigstens ein Teil des magnetischen Flusses, insbesondere im Wesentlichen der gesamte magnetische Fluss, an in axialem Abstand voneinander liegenden Stellen in den Hülsenabschnitt eintritt und wieder aus diesem austritt, gewünschtenfalls im Wesentlichen ohne Umfangsversatz zwischen den Ein- und Austrittsstellen. Die Induktionsspulenanordnung und die Jochanordnung können aber auch derart ausgebildet sein, dass für die Erwärmung des Hülsenabschnitts wenigstens ein Teil des magnetischen Flusses, insbesondere im Wesentlichen der gesamte magnetische Fluss, an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Stellen in den Hülsenabschnitt eintritt und wieder aus diesem austritt, gewünschtenfalls im Wesentlichen ohne axialen Versatz zwischen den Ein- und Austrittsstellen. Die Durchflutung des Hülsenabschnitts mit einer überwiegenden oder sogar ausschließlichen Komponente quer zur Axialrichtung erlaubt es auf einfache

Weise, axial entlang des Hülsenabschnitts die Stärke des magnetischen Flusses zu variieren und so das Dehnungsverhalten des Hülsenabschnitts axialabhängig zu beeinflussen.

Auch hinsichtlich Form und Orientierung der Induktionsspule (n) eröffnet die erfindungsgemäße Lösung große Freiheiten. Mindestens eine Induktionsspulekann beispielsweise angenähert als Zylinderspule mit geradliniger Spulenachse ausgebildet sein. Für die Erwärmung des Hülsenabschnitts kann die Zylinderspule dann mit ihrer Spulenachse im Wesentlichen parallel zur Werkzeughalterachse angeordnet sein, wenngleich auch eine andere Orientierung relativ zum Hülsenabschnitt gewählt werden kann, beispielsweise entlang einer zur Werkzeughalterachse normalen Ebene.

Es kann mindestens eine Induktionsspule auch angenähert als Zylinderspule mit gekrümmt verlaufender Spulenachse, insbesondere als Torusspule, ausgebildet sein. Dabei kann die Torusspule für die Erwärmung des Hülsenabschnitts in einer zur Werkzeughalterachse wenigstens annähernd orthogonalen Raumscheibe oder in einer sich längs der Werkzeughalterachse erstreckenden und diese enthaltenden Raumscheibe liegen.

Ferner kann mindestens eine Induktionsspule als Flachspule ausgebildet sein, deren Spulenachse für die Erwärmung des Hülsenabschnitts wenigstens annähernd orthogonal zur Werkzeughalterachse liegt, diese insbesondere annähernd schneidet.

Bei Vorhandensein mehrerer Induktionsspulen kann die Jochanordnung dem Hülsenabschnitt zu dessen Erwärmung eng benachbarte Jochelemente umfassen, die jeweils nur mit dem Spulenkern einer einzigen Induktionsspule magnetisch leitend verbunden sind. Sie kann aber auch mindestens ein dem Hülsenabschnitt zu dessen Erwärmung eng benachbartes Jochelement umfassen, welches mit den Spulenkernen mehrerer, insbesondere sämtlicher Induktionsspulen, magnetisch leitend verbunden ist.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Jochanordnung eine mit dem Spulenkern jeder Induktionsspule magnetisch leitend verbundene Jochzange auf, deren Zangenhälften um eine zur Werkzeughalterachse exzentrisch parallel verlaufende Schwenkachse relativ zueinander zwischen einer Zangenschließstellung, in der sie den Hülsenabschnitt eng benachbart zwischen sich aufnehmen, und einer Zangenöffnungsstellung verschwenkbar sind, in der mindestens eine der Zangenhälften von dem Hülsenabschnitt weggeschwenkt ist. Eine solche Jochzange erlaubt ein einfaches Ein- und Ausschrumpfen auch von Werkzeugen, die in ihrem schaftfernen Arbeitsbereich deutlich durchmessergrößer als der Außendurchmesser des Hülsenbereichs sind.

Zur weitestgehenden Reduzierung luftbedingter Streuverluste kann die Jochanordnung für die Erwärmung des Hülsenabschnitts sehr nahe an diesen heranreichen oder sogar an ihm anliegen. Um bei Werkzeughaltern mit unterschiedlichem Durchmesser des Hülsenabschnitts nicht Teile der Jochanordnung oder sogar die gesamte Jochanordnung auswechseln zu müssen, kann die radiale Position mindestens eines für die Erwärmung des Hülsenabschnitts diesem eng benachbarten Jochelements der Jochanordnung relativ zum Hülsenabschnitt betriebsmäßig änderbar sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

- Figur 1 einen Axiallängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel

einer induktiven Heizeinheit zum Ein- und Ausschrumpfen eines Rotationswerkzeugs in einen Werkzeughalter,

Figur 2a einen Axiallängsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit,

- Figur 2b einen längs der Linie Il - Il der Figur 2a genommenen Axialquerschnitt der Heizeinheit der Figur 2a,

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Figur 3a einen Axiallängsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit,

Figur 3b einen Axialquerschnitt der Heizeinheit der Figur 3a, bei geöffneter Jochzange,

- Figur 4a einen Axiallängsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit,

Figur 4b einen Axialquerschnitt der Heizeinheit der Figur 4a,
Figur 5a einen Axiallängsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit,

- Figur 5b einen Axialquerschnitt längs der Linie V-V der Figur 5a,

Figur 6 im Axialquerschnitt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit,

Figur 7a einen Axiallängsschnitt durch ein siebtes Ausführungsbeispiel einer induktiven Heizeinheit und

- Figur 7b die Heizeinheit der Figur 7a im Axialquerschnitt.

Figur 1 zeigt einen hier einteiligen, ggf. aber auch mehrteiligen Werkzeughalter 10 aus einem elektrisch leitenden, insbesondere auch magnetisierbaren Material, beispielsweise Stahl. Im Bereich eines seiner bezogen auf eine Drehachse 12 axialen Enden weist der Werkzeughalter 10 ein Norm-Kupplungsstück 14 auf, beispielsweise in Form eines Steilkegels oder Hohlsteilkegels, mit dem der Werkzeughalter 10 in eine nicht näher dargestellte Werkzeugmaschine eingespannt werden kann. Im Bereich seines gegenüberliegenden axialen Endes weist der Werkzeughalter 10 einen hülsenförmigen Werkzeugaufnahmeabschnitt 16 mit einer zur Drehachse 12 zentrischen, im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmeöffnung 18 auf, in die ein Schaft 20 eines ansonsten in Figur 1 nicht näher dargestellten Rotationswerkzeugs 22 einsetzbar ist. Bei dem Werkzeug 22 kann es sich beispielsweise um einen Bohrer, einen Fräser oder ein Reibwerkzeug handein. Der Außendurchmesser des Schafts 20 ist etwas größer als der Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung 18, so dass der Schaft 20, wenn er in den Hülsenabschnitt 16 eingesetzt ist, darin in einem die Übertragung

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des gewünschten Arbeitsdrehmoments gewährleistenden Presssitz gehalten ist.

Um den Werkzeugschaft 20 in den Werkzeughalter 10 einsetzen und aus diesem entnehmen zu können, wird der Hülsenabschnitt 16 durch Erwärmen aufgeweitet. Die Erwärmung erfolgt mittels einer allgemein mit 23 bezeichneten induktiven Heizeinheit, welche mindestens eine Induktionsspule 24 umfasst, die in nicht näher gezeigter Weise an einer Halterung eines mit der Heizeinheit 23 ausgestatteten Induktionsschrumpfgeräts gehalten ist und aus einem Stromgenerator 26 mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom einer Frequenz im kHz-Bereich, beispielsweise einigen 10 kHz, gespeist wird; Im Heizbetrieb der Heizeinheit 23 ist die Induktionsspule 24 nicht auf den Hülsenabschnitt 16 aufgesetzt. Vielmehr ist sie bezogen auf die Achse 12 des Werkzeughalters 10 exzentrisch zu diesem versetzt, d.h. der Werkzeughalter 10 ist von der Induktionsspule 24 nicht umschlungen. Im Beispielfall der Figur 1 ist die Spule 24 für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16 annähernd auf gleicher axialer Höhe seitlich in radialem Abstand neben dem Hülsenabschnitt 16 angeordnet. Der magnetische Fluss, der von der hier angenähert zylindrisch mit gerader Spulenachse 28 gewickelten, achsparallel zur Werkzeughalterachse 12 angeordneten Induktionsspule 24 erzeugt wird, wird in einem magnetischen Kreis durch den Hülsenabschnitt 16 geführt und induziert dort Wirbelströme, die den Hülsenabschnitt 16 vergleichsweise schnell erwärmen und damit eine das Einschieben und Herausziehen des Werkzeugschafts 20 gestattende Durchmesservergrößerung der Aufnahmeöffnung 18 herbeiführen.

Um den Magnetfluss der Induktionsspule 24 zu bündeln und auf den Hülsenabschnitt 16 zu lenken, enthält das Innere der Induktionsspule 24 einen die Spule auf ihrer gesamten axialen Länge durchsetzenden und vorzugsweise den Spuleninnenraum unter Vermeidung von leeren Lufträumen vollständig ausfüllenden Spulenkern 30, der in magnetisch leitender Verbindung mit an den axialen Stirnseiten der Induktionsspule 24 angeord-

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neten und diese ggf. überdeckenden plattenförmigen .Jochelementen 32, 34 steht, welche ihrerseits den radialen Abstand zwischen der Induktionsspule 24 und dem Hülsenabschnitt 16 überbrücken und mit magnetischen Polbereichen 36 eng benachbart an den Hülsenabschnitt 16 heranreichen. Eng benachbart umfasst hier sowohl einen direkten Anlagekontakt als auch einen geringen Luftspalt zwischen den Jochplatten 32, 34 und dem Hülsenabschnitt 16. Der Spulenkern 30 und die Jochplatten 32, 34 können aus ferromagnetischem Metall oder aus einem magnetischen Verbundwerkstoff, wie z.B. Ferrit, bestehen. Die Induktionsspule 24 kann auf einen Spulenkörper aus Kunststoff oder Keramik gewickelt sein, in den seinerseits der Spulenkern 30 eingesetzt ist. Es ist aber auch möglich, dass die Induktionsspule 24 unmittelbar auf den Spulenkern 30 gewickelt ist. Vorteilhaft an der exzentrisch versetzten Anordnung der Induktionsspule 24 ist, dass die Gefahr der Erwärmung der Induktionsspule 24 und eines etwaigen Spulenkörpers aufgrund des im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen großen Abstands zwischen Induktionsspule 24 und Hülsenabschnitt 16 wesentlich verringert ist, so dass - wenn überhaupt - weniger Kühlaufwand als bisher für die Induktionsspule 24 betrieben werden muss.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 durchsetzt der Magnetfluss den Hülsenabschnitt 16 in axialer Richtung und rings um die Werkzeughalterachse 12 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Hierzu weisen die Jochplatten 32, 34 im Bereich des Hülsenabschnitts 16 Ringbereiche 38, 40 auf, die an ihrem Innenumfang die magnetischen Polbereiche 36 bilden.

Einer der Ringbereiche 38, 40, hier der Ringbereich 38, umschließt den Hülsenabschnitt 16 nahe des werkzeugfernen Endes des Hülsenabschnitts 16. Der andere Ringbereich 40 liegt dem werkzeugnahen Ende des Hülsenabschnitts 16 benachbart; er kann den Hülsenabschnitt 16 ebenfalls wenigstens teilweise umschließen. Ebenso kann er sich wenigstens teilweise axial jenseits der werkzeugnahen Stirnseite des Hülsenabschnitts 16 radial über den Außenumfang des Hülsenabschnitts 16 hinaus in Richtung zu dessen Innenumfang erstrecken, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. In diesem

FaII kann er mit seiner dem Hülsenabschnitt 16 axial zugewandten Fläche auf der werkzeugnahen Stirnseite des Hülsenabschnitts 16 aufliegen. Die Ringbereiche 38, 40 sind hier als sich radial zur Werkzeughalterachse 12 erstreckende Flachscheiben dargestellt. Selbstverständlich können sie auch anders gestaltet sein, beispielsweise konusschalenförmig. Die konkrete Gestalt der Ringbereiche 38, 40 wird insbesondere abhängig davon gewählt werden, wie eine möglichst gute magnetische Abschirmung des Werkzeugschafts 20 erreicht werden kann.

Es besteht generell der Wunsch, Induktionsschrumpfgeräte für Werkzeughalter mit durchmesserverschiedenen Hülsenabschnitten verwenden zu können. Bei einer einstückigen Ausführung der Jochplatten 32, 34 wäre zur Durchmesseranpassung ein Auswechseln der Jochplatten erforderlich. Um ein solches Auswechseln zu vermeiden, ist es vorstellbar, zur Bildung der Ringbereiche 38, 40 eine Mehrzahl gleichmäßig um die Werkzeughalterachse 12 verteilt angeordneter Jochstücke zu verwenden, welche relativ zueinander beweglich geführt sind, beispielsweise mittels einer Nocken-Nockenfolger-Anordnung. Diesbezüglich wird auf WO 01/89758 A1 verwiesen, wo in den Figuren 12-20 verschiedene Beispiele solcher relativ zueinander beweglich geführter Jochstücke gezeigt sind. Auf den Inhalt der genannten Schrift wird ausdrücklich Bezug genommen.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der weiteren Figuren wird, soweit es sich um gleiche oder gleichwirkende Komponenten handelt, auf gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 zurückgegriffen, jedoch zur Unterscheidung ergänzt um einen kleinen Buchstaben. Falls sich aus dem Folgenden nichts anderes ergibt, wird zur Erläuterung dieser Komponenten auf die vorstehenden Ausführungen zu Figur 1 verwiesen.

Das Ausführungsbeispiel der Figuren 2a und 2b zeigt eine Heizeinheit 23a, die im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 entspricht. Die weiterhin plattenförmigen Jochelemente 32a, 34a der Heizeinheit 23a sind

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jedoch jeweils in zwei Jochteilelemente 42a, 44a (siehe Figur 2b) geteilt, von denen jedes etwa eine Hälfte des Ringbereichs 38a, 40a des betreffenden Jochelements 32a, 34a bildet. Mittels einer Drehgelenkanordnung 46a sind die Jochteilelemente 42a, 44a der beiden Jochelemente 32a, 34a jeweils relativ zueinander um eine zur Werkzeughalterachse 12a und zur Spulenachse 28a exzentrisch versetzte und zu diesen Achsen parallele Schwenkachse 48a verschwenkbar gehalten. Es ist so eine Jochzange 50a mit zwei um die Schwenkachse 48a relativ zueinander gelenkigen Zangenhälften 52a, 54a gebildet, deren eine Zangenhälfte 52a das Jochteilelement 42a jedes der Jochelemente 32a, 34a umfasst und deren andere Zangenhälfte 54a das Jochteilelement 44a jedes der Jochelemente 32a, 34a umfasst.

Soll das Werkzeug 20a in den Werkzeughalter 10a eingeschrumpft oder aus diesem ausgeschrumpft werden, so kann die Jochzange 50a durch relatives Auseinanderklappen der Zangenhälften 52a, 54a soweit geöffnet werden, dass der Hülsenabschnitt 16a radial zwischen die Zangenhälften 52a, 54a eingeführt werden kann. Anschließend kann die Jochzange 50a durch relatives Zusammenklappen der Zangenhälften 52a, 54a wieder geschlossen werden, so dass die enge Nachbarschaft der an den einander zugewandten Innenseiten der Zangenhälften 52a, 54a liegenden magnetischen Polbereiche 36a zum Hülsenabschnitt 16a hergestellt wird und die Induktionsspule 24a zur Wärmedehnung des Hülsenabschnitts 16a aus dem hier nicht näher dargestellten Generator bestromt werden kann.

Die Zangenlösung ist besonders vorteilhaft, wenn ein Werkzeug ein- oder ausgeschrumpft werden soll, dessen größter Außendurchmesser deutlich größer als der Außendurchmesser des Hülsenabschnitts 16a ist, beispielsweise wenn das Werkzeug 22a einen Schleifteller 56a trägt, wie in Figur 2a gezeigt. Ein Werkzeughalter, in den ein solches Werkzeug eingespannt ist, kann nämlich bei geschlossener Jochzange 50a nicht axial in die Heizeinheit 23a eingefahren oder aus dieser herausbewegt werden, anders als

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bei einem Werkzeug, dessen Arbeitsbereich nicht oder nur unwesentlich durchmessergrößer als der Schaft ist, grundsätzlich vorstellbar ist. Durch Öffnen der Jochzange 50a kann jedoch ein radialer Durchtritt geschaffen werden, durch den auch ein Werkzeughalter zwischen die Zangenhälften 52a, 54a gebracht werden kann, der ein Werkzeug trägt, dessen Arbeitsbereich wesentlich größer als der Hülsenabschnitt 16a des Werkzeughalters ist.

Die Figuren 3a und 3b zeigen eine Heizeinheit 23b, die sich von dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2a und 2b im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sie nicht nur eine einzige geradzylindrische Induktionsspule 24b aufweist, sondern eine Mehrzahl solcher Induktionsspulen 24b, die jeweils einen Spulenkern 30b enthalten und für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16b des Werkzeughalters 10b in Umfangsrichtung gleichmäßig um den Hülsenabschnitt 16b verteilt in radialem Abstand neben diesem angeordnet sind, wobei sie mit ihren Spulenachsen 28b parallel zur Werkzeughalterachse 12b liegen. Die an den axialen Stirnseiten der Induktionsspulen 24b angeordneten und mit den Spulenkernen 30b in magnetisch leitender Verbindung stehenden Jochelemente 32b, 34b bilden hier annähernde Ringscheiben. Analog zum Ausführungsbeispiel der Figuren 2a und 2b bilden die Jochelemente 32b, 34b eine Jochzange 50b. Hierzu sind die Jochelemente 32b, 34b jeweils in zwei halbringscheibenförmige Jochteilelemente 42b, 44b (siehe Figur 3b) geteilt, die mittels der Drehgelenkanordnung 46b relativ zueinander verschwenkbar gehalten sind. Figur 3b zeigt die so gebildete Jochzange 50b im geöffneten Zustand. Im übrigen entspricht die Jochzange 50b von ihrer Funktion her der Jochzange 50a der Figuren 2a und 2b.

Die Variante der Figuren 4a und 4b entspricht dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3a und 3b insofern, als die dortige Heizeinheit 23c ebenfalls eine Mehrzahl von geradzylindrisch gewickelten Induktionsspulen 23c umfasst, welche für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 1 6c des Werkzeughalters

10c in regelmäßigen Winkelabständen um den Hülsenabschnitt 16c verteilt sind und dabei mit zur Werkzeughalterachse 12c paralleler Spulenachse 28c in radialem Abstand von dem Hülsenabschnitt 16c annähernd auf gleicher axialer Höhe wie dieser angeordnet sind. Die Heizeinheit 23c weist jedoch keine Jochzange auf. Vielmehr ist jede Induktionsspule 24c gesondert von den übrigen Spulen an ihren axialen Stirnseiten mit Jochstücken 32c, 34c versehen, die mit dem Spulenkern 30c der betreffenden Spule 24c magnetisch leitend verbunden sind. Auf diese Weise ist sozusagen eine Mehrzahl magnetisch unverbundener, gesonderter Heizelemente 56c gebildet, die zusammen die Heizeinheit 23c bilden und jeweils aus einer Induktionsspule 24c, deren Spulenkern 30c und den zugehörigen Jochstücken 32c, 34c aufgebaut sind. Um eine Anpassung an Werkzeughalter unterschiedlichen Durchmessers zu ermöglichen, kann die bezogen auf die Werkzeughalterachse 12c radiale Position der Heizelemente 56c betriebsmäßig veränderbar sein. Hierzu können die Heizelemente an nicht näher dargestellten Führungsmitteln relativ zueinander beweglich geführt sein, beispielsweise in radialer Richtung bezogen auf die Werkzeughalterachse 1 2c. Es versteht sich, dass statt dessen auch nur die Jochstücke 32c, 34c in ihrer radialen Position relativ zum Hülsenabschnitt 16c verstellbar sein können, wenn gewährleistet ist, dass bei Verstellung der Jochstücke 32c, 34c der magnetisch leitende Kontakt mit den Spulenkernen 30c erhalten bleibt.

Auch bei der Variante der Figuren 5a und 5b weist die dortige Heizeinheit 23d eine Mehrzahl von Heizelementen 56d auf, welche für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16d des Werkzeughalters 10d in regelmäßigen Abständen um den Hülsenabschnitt 16d verteilt angeordnet sind. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4a und 4b weist jedes Heizelement 56d hingegen eine torisch gewickelte Zylinderspule 24d mit annähemd kreisbogenförmig verlaufender Spulenachse 28d auf, wobei der Spulenkern 3Od jeder Induktionsspule 24d entsprechend torusförmig ausgebildet ist. An den Enden jedes Spulenkerns 3Od sind Jochbereiche 32d,

34d gebildet, mit welchen das betreffende Heizelement 56d dem Hülsenabschnitt 16d zu dessen Erwärmung eng benachbart ist. Die Jochbereiche 32d, 34d können von einstückigen Fortsätzen der Spulenkerne 3Od gebildet sein. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, zur Bildung der Jochbereiche 32d, 34d gesonderte Materialstücke aus magnetisierbarem Material zu verwenden, die magnetisch leitend mit den Spulenkernen 3Od verbunden werden.

Für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16d liegen die Heizelemente 56d jeweils in einer parallel zur Werkzeughalterachse 12d verlaufenden und diese enthaltenden Raumscheibe. In Figur 5b ist für eines der Heizelemente 56d eine solche Raumscheibe gestrichelt angedeutet und mit RS bezeichnet. Es versteht sich, dass die Heizelemente 56d in ihrer radialen Position relativ zum Werkzeughalter 1Od verstellbar sein können, beispielsweise indem sie radial bezogen auf die Werkzeughalterachse 12d beweglich geführt sind, um einerseits eine Anpassung an Werkzeughalter 1Od mit unterschiedlichem Durchmesser des Hülsenabschnitts zu ermöglichen und andererseits das Einführen des Werkzeughalters 1Od zwischen die Heizelemente 56d zu erleichtern.

Bei den soweit erläuterten Ausführungsbeispielen durchsetzt der Magnetfluss den Hülsenabschnitt des Werkzeughalters in axialer Richtung. Der Magnetfluss kann den Hülsenabschnitt aber auch quer, insbesondere orthogonal zur Axialrichtung durchsetzen. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 6 gezeigt. Die Heizeinheit 23e gemäß dieser Variante umfasst wiederum lediglich eine einzige Induktionsspule 24e, die als Torusspule mit kreisbogenförmig gekrümmter Spulenachse 28e und entsprechend torischem Spulenkern 3Oe ausgebildet ist. Die Induktionsspule 24e ist für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16e des Werkzeughalters 1Oe in einer zur Werkzeughalterachse 12e normalen Raumscheibe angeordnet. An den Enden des Spulenkerns 3Oe sind Jochelemente 32e, 34e vorgesehen, welche annähernd teilzylindrische Schalenform besitzen und mit ihrer

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Schaleninnenseite dem Hülsenabschnitt 16e zugewandt und diesem zu dessen Erwärmung eng benachbart sind. Die Jochschalen 32e, 34e erstrecken sich in axialer Richtung im Wesentlichen über die gesamte Länge des zu erwärmenden Bereichs des Werkzeughalters 1Oe. Im Beispielfall der Figur 6 umschließen sie den Hülsenabschnitt 16e in Umfangsrichtung auf einem wesentlichen Teil seines Außenumfangs. Zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Schalenrändern der Jochschalen 32e, 34e sollte ein hinreichend großer Luftspalt vorhanden sein, um einen magnetischen Kurzschluss an dem Hülsenabschnitt 16e vorbei zu verhindern. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Jochschalen für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16e nicht an diesem anliegen, sondern ein radialer Luftspalt zwischen dem Außenumfang des Hülsenabschnitts 16e und der Schaleninnenseite der Jochschalen 32e, 34e besteht.

Die diametral gegenüberliegende Anordnung der Jochschalen 32e, 34e am Außenumfang des Hülsenabschnitts 16e bewirkt einen Magnetfluss innerhalb des Hülsenabschnitts 16e im Wesentlichen entlang einer zur Werkzeughalterachse 12a orthogonalen Ebene. Die Ein- und Austrittsstellen des Magnetflusses in bzw. aus dem Hülsenabschnitt 16e liegen somit an in Umfangsrichtung des Hülsenabschnitts 16e versetzten Stellen, so dass sozusagen von einer Querdurchflutung des Hülsenabschnitts 16e gesprochen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass der Hülsenabschnitt 16e auch bei Querdurchflutung hinreichend rasch erwärmt werden kann, um die gewünschte Dehnung der Aufnahmeöffnung 18e zu erzielen.

Die Jochschalen 32e, 34e können einstückig mit dem Spulenkern 3Oe ausgeführt sein, sie können jedoch auch von gesonderten Materialstücken aus magnetisierbarem Material gebildet sein. Sie sind Teil einer Jochzange 5Oe, die dadurch gebildet ist, dass der Spulenkern 3Oe zweigeteilt ist und seine beiden Teile mittels einer Drehgelenkanordnung 46e relativ zueinander verschwenkbar gehalten sind.

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Die Figuren 7a und 7b schließlich zeigen eine Variante mit einer Heizeinheit 23f, welche mehrere, hier vier Flachspulen 24f aufweist, die für die Erwärmung des Hülsenabschnitts 16f des Werkzeughalters 1Of in gleichen Winkelabständen um diesen angeordnet sind. Die Induktionsspulen 24f liegen dabei derart, dass sie mit ihren Spulenachsen 28f die Werkzeughalterachse 12f annähernd orthogonal schneiden. Sie sind an einer Jochzange 50f gehalten, deren magnetisierbares Zangenmaterial zugleich die Spulenkerne 30f der Induktionsspulen 24f bildet.

Magnetische Polbereiche 36f sind an den dem Außenumfang des Hülsenabschnitts 16f zugewandten Seiten der Spulenkerne 3Of sowie ggf. am Innenumfang eines von der Jochzange 5Of in deren geschlossenen Zustand gebildeten ringförmigen Jochbereichs 4Of am werkzeugnahen Ende des Hüisenabschnitts 16f gebildet. Je nach Bestromungsrichtung der Spulen 24f kann eine mehr oder weniger starke Querdurchflutungskomponente des Hülsenabschnitts 16f erzielt werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines eine zentrische Aufnahmeöffnung (18) für einen Schaft (20) eines Rotationswerkzeugs (22) aufweisenden Hülsenabschnitts (16) eines Werkzeughalters (10), der den Werkzeugschaft (20) in der Aufnahmeöffnung (18) im Presssitz hält und bei Erwärmung freigibt, umfassend

- eine Induktionsspulenanordnung mit mindestens einer Induktionsspule (24),

- einen die lnduktionsspulenanordnung mit elektrischem Strom periodisch wechselnder Amplitude speisenden Generator (26) sowie

- eine den magnetischen Fluss der lnduktionsspulenanordnung ringsum verteilt auf den Hülsenabschnitt (16) konzentrierende Jochanordnung (32, 34) aus magnetisierbarem Material, dadurch gekennzeichnet,
dass die Induktionsspule (24) für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16) bezogen auf eine Drehachse (12) des Werkzeughalters (10) exzentrisch gegenüber dem Hülsenabschnitt (16) versetzt und ohne diesen zu umschlingen angeordnet ist und einen mit der Jochanordnung (32, 34) magnetisch leitend verbundenen Spulenkern (30) aus magnetisierbarem Material enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulenanordnung eine einzige Induktionsspule (24) umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulenanordnung mehrere in Umfangsrichtung des Werkzeughalters (10b) gleichmäßig verteilt angeordnete Induktionsspulen (24b) mit je einem Spulenkern (30b) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulenanordnung (24) und die Jochanordnung (32, 34) derart ausgebildet sind, dass für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16) wenigstens ein Teil des magnetischen Flusses, insbesondere im Wesentlichen der gesamte magnetische Fluss an in axialem Abstand voneinander liegenden Stellen in den Hülsenabschnitt (16) eintritt und wieder aus diesem austritt, gewünschtenfalls im Wesentlichen ohne Umfangsversatz zwischen den Ein- und Austrittsstellen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lnduktionsspulenanordnung (24e) und die Jochanordnung (32e, 34e) derart ausgebildet sind, dass für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16e) wenigstens ein Teil des magnetischen Flusses, insbesondere im Wesentlichen der gesamte magnetische Fluss an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Stellen in den Hülsenabschnitt (16e) eintritt und wieder aus diesem austritt, gewünschtenfalls im Wesentlichen ohne axialen Versatz zwischen den Ein- und Austrittsstellen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Induktionsspule (24) angenähert als Zylinderspule mit geradliniger Spulenachse (28) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (24) für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16) mit ihrer Spulenachse (28) im Wesentlichen parallel zur Werkzeughalterachse (12) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Induktionsspule (24d) angenähert als Zylinderspule mit gekrümmt verlaufender Spulenachse (28d), insbesondere als Torusspule ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torusspule (24e) für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16e) in einer zur Werkzeughalterachse (12e) wenigstens annähernd orthogonalen Raumscheibe liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torusspule (24d) für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16d) wenigstens annähernd in einer sich längs der Werkzeughalterachse (12d) erstreckenden und diese enthaltenden Raumscheibe (RS) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Induktionsspule (24f) als Flachspule ausgebildet ist, deren Spulenachse (28f) für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16f) wenigstens annähernd orthogonal zur Werkzeughalterachse (12f) liegt, diese insbesondere schneidet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Jochanordnung dem Hülsenabschnitt (16c) zu dessen Erwärmung eng benachbarte Jochelemente (32c, 34c) umfasst, die jeweils nur mit dem Spulenkern (30c) einer einzigen Induktionsspule (24c) magnetisch leitend verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Jochanordnung mindestens ein dem Hülsenabschnitt (16b) zu dessen Erwärmung eng benachbartes Jochelement (32b, 34b) umfasst, welches mit den Spulen kernen (30b) mehrerer, insbesondere sämtlicher Induktionsspulen (24b) magnetisch leitend verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Jochanordnung eine mit dem Spulenkern (30a) jeder Induktionsspule (24a) magnetisch leitend verbundene Jochzange (50a) aufweist, deren Zangenhälften (52a, 54a) um eine zur Werkzeughalterachse (12a) exzentrisch parallel verlaufende Schwenkachse (48a) relativ zueinander zwischen einer Zangenschließstellung, in der sie den Hülsenabschnitt (16a) eng benachbart zwischen sich aufnehmen, und einer Zangenöffnungsstellung verschwenkbar sind, in der mindestens eine der Zangenhälften (52a, 54a) von dem Hülsenabschnitt (16a) weggeschwenkt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Position mindestens eines für die Erwärmung des Hülsenabschnitts (16c) diesem eng benachbarten Jochelements (32c, 34c) der Jochanordnung relativ zum Hülsenabschnitt (16c) betriebsmäßig änderbar ist.