DE-102008045781-B4 - Induktive Spannvorrichtung für das Ein- und Ausspannen von Werkzeugen

Abstract

Vorrichtung zum induktiven Ein- und Ausspannen eines Schafts (9) eines Werkzeugs, insbesondere eines Rotationswerkzeugs, in einem Werkzeughalter (1), der eine an ihrem freien Ende offene Spannhülse (3) aus elektrisch leitendem Werkstoff zur reibschlüssigen Aufnahme des Schafts (9) aufweist, wobei die Spannhülse (3) mit dem Werkzeughalter (1) eine Drehachse (7) bildet, mit einem die Spannhülse (3) umgebenden Induktionsspulenaufbau (13) aus zwei zu einander gleichachsig angeordneten und axial relativ zueinander verstellbaren Spuleneinheiten (14a, 14b), einer Konzentratoranordnung aus magnetisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Material, welche den Induktionsspulenaufbau (13) umgibt, und mit einer weiteren Konzentratoranordnung aus magnetisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Material, welche aus mehreren ringförmig gruppierten Konzentratorelementen (46a, 46b) gebildet ist, welche relativ zur Drehachse (7) in ihre Betriebsstellung zur induktiven Erwärmung der Spannhülse (3) verstellbar sind, in welcher die Konzentratorelemente (46a, 46b) die freie Stirnfläche (50) der Spannhülse (3) zumindest teilweise überdecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratorelemente (46a, 46b) relativ zur Drehachse (7) mit einer radialen und axialen Komponente in die Betriebsstellung mit zumindest teilweiser Überdeckung der freien Stirnfläche (50) der Spannhülse (3) verschiebbar sind.

Inventors

• Franz Haimer
• Josef Haimer

Assignees

• FRANZ HAIMER MASCHINENBAU KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20080904

Claims (18)

1. Vorrichtung zum induktiven Ein- und Ausspannen eines Schafts (9) eines Werkzeugs, insbesondere eines Rotationswerkzeugs, in einem Werkzeughalter (1), der eine an ihrem freien Ende offene Spannhülse (3) aus elektrisch leitendem Werkstoff zur reibschlüssigen Aufnahme des Schafts (9) aufweist, wobei die Spannhülse (3) mit dem Werkzeughalter (1) eine Drehachse (7) bildet, mit einem die Spannhülse (3) umgebenden Induktionsspulenaufbau (13) aus zwei zu einander gleichachsig angeordneten und axial relativ zueinander verstellbaren Spuleneinheiten (14a, 14b), einer Konzentratoranordnung aus magnetisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Material, welche den Induktionsspulenaufbau (13) umgibt, und mit einer weiteren Konzentratoranordnung aus magnetisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Material, welche aus mehreren ringförmig gruppierten Konzentratorelementen (46a, 46b) gebildet ist, welche relativ zur Drehachse (7) in ihre Betriebsstellung zur induktiven Erwärmung der Spannhülse (3) verstellbar sind, in welcher die Konzentratorelemente (46a, 46b) die freie Stirnfläche (50) der Spannhülse (3) zumindest teilweise überdecken, dadurch gekennzeichnet , dass die Konzentratorelemente (46a, 46b) relativ zur Drehachse (7) mit einer radialen und axialen Komponente in die Betriebsstellung mit zumindest teilweiser Überdeckung der freien Stirnfläche (50) der Spannhülse (3) verschiebbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , dass die Verschiebung der Konzentratorelemente (46a, 46b) translatorisch erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet , dass die Konzentratorelemente (46a, 46b) jeweils in Schiebern (44) aufgenommen sind, die unter einem Winkel α von 60 bis 80°, vorzugsweise von 65 bis 75° relativ zur Drehachse translatorisch (linear) verschiebbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die schlittenartigen Schieber (44) aus magnetisch nicht leitendem Material, vorzugsweise aus keramischem Material oder Kunststoff gebildet und die Konzentratorelemente (46a, 46b) jeweils am freien und in Richtung der Drehachse weisenden Ende der Schieber (44) aufgenommen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass sechs ringartig gruppierte Schieber (44) vorgesehen sind, die in linear gerichteten Nuten eines Führungskranzes (22) aus magnetisch nicht leitendem Material verschiebbar geführt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass dass zumindest ein Teil der Schieber, vorzugsweise in der ringartigen Gruppierung jeder zweite Schieber (44b), jeweils eine Anschlagleiste (54, 56) aus magnetisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Aluminium, trägt, welche als Anschlag (56) geringfügig, nämlich 0,2 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,4 mm über die in Richtung auf die Spannhülse 3 weisende Stirnfläche eines Konzentratorelements (46b) vorsteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerung der Schiebebewegung der Schieber (44) durch Nockenstifte (42) an den Schiebern erfolgt, die in entsprechende Steuerkurven (40) eines Stellringes (38) eingreifen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein zusätzlicher ringförmiger Konzentrator (58) vorgesehen ist, der feststehend im radialen Zwischenraum zwischen den Spuleneinheiten (14a, 14b) und der an den Schiebern (44) aufgenommenen Konzentratorelemente (46a, 46b) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung einen ringförmigen Induktionsaufsatz (60) aus magnetisch nicht leitendem und elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Kupfer, trägt, welches so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass dieser als aktives Abschirmelement ein magnetisches Gegenfeld gegenüber von der Induktionsspule erzeugten magnetischen Streufeldern aufbaut.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet , dass der zusätzliche Konzentrator (58) und/oder Induktionsaufsatz (60) an einem stirnseitig angeordneten Abdeckring angeordnet sind, der gehäusefest oder am Stellkranz (32) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Unter ansprüche 2 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass die beiden Spuleneinheiten (14a, 14b) einschließlich der zugeordneten Konzentratorhülsen (19a, 19b) über eine Längsführung relativ zu einander axial verstellbar sind, wobei die Führung der Konzentratorhülse (19b) längs eines inneren Führungsringes (28) erfolgt, der von einem konzentrisch darüber angeordnetem äußeren Führungsring (26) übergriffen ist, wobei die beiden Führungsringe (26, 28) zum Zwecke der Axialverstellung der Spuleneinheit (14a, 14b) über einen Nockenmechanismus miteinander kommunizieren.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass der innere Führungsring (28) an seinem Außenumfang vier Steuerkurven aufweist, mit denen der äußere Führungsring (26) durch je eine Nocke kommuniziert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Stellkranz (32) für die lineare Zustellung der Schieber (44) und Konzentratorelemente drehbar auf dem äußeren Führungsring (26) gelagert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lagerung des Stellkranzes auf dem äußeren Führungsring (26) durch ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellagerband (34) erfolgt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14 , dadurch gekennzeichnet , dass auf dem Stellkranz (32) und auf dem äußeren Führungsring (26) je ein Zahnkranz für den Drehantrieb des Stellkranzes (32, 38) und des äußeren Führungsringes (28) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet , dass der Antrieb der Zahnkränze (62, 64) des Stellkranzes (32, 38) und äußeren Führungsrings (26) jeweils motorisch und über ein Getriebe erfolgt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet , dass der Motor und das Getriebe (72, 76, 78, 66) für den Stellkranz (32, 38) und der Motor und das Getriebe (74, 80, 82, 68) für den äußeren Führungsring (26) auf einem gemeinsamen Schlitten (70) angeordnet sind, der auf einer Linearführung (86) auf einem vorrichtungsfesten Aufspanntisch (84) angeordnet ist, derart, dass beide Motoren und Getriebe zusammen bei einer Axialverstellung beider Spuleneinheiten mit dem äußeren Führungsring (26) verfahren werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17 , dadurch gekennzeichnet , dass für den Antrieb des Stellkranzes (32, 38) und des äußeren Führungsringes (26) jeweils eine Schneckenwelle (66, 68) verwendet ist, welches mit dem jeweiligen Zahnradkranz (62, 64) in Eingriff steht und selbsthemmend wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine induktive Spannvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, also einer Vorrichtung, mit der durch induktive Erhitzung Werkzeuge durch Schrumpfpassung in einem Werkzeughalter fixiert werden können. Für einen schnellen Werkzeugwechsel von Rotationswerkzeugen, wie Fräser, Bohrer u. dgl., sind Schnellwechselsysteme für Werkzeuge bekannt, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten (vgl. DE 39 25 641 A1). Hierbei werden Werkzeughalter für die Aufnahme der einzuspannenden Werkzeuge verwendet, die eine Spannhülse aufweisen, deren Aufnahmebohrung kleiner als der Außendurchmesser des Werkzeugschafts des einzuspannenden Werkzeugs ist. Durch eine konzentrisch auf die Spannhülse aufgesetzte Induktionsspule, die aus einem Stromgenerator mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom einer Frequenz von bspw. 10 bis 50 kHz gespeist wird, werden innerhalb der Spannhülse Wirbelströme aufgrund der eingeleiteten Magnetflussfeldes der Induktionsspule erzeugt, die zu einer Erwärmung der Spannhülse und damit zu einer entsprechenden Aufweitung der Aufnahmebohrung der Spannhülse führen. Das dann mit seinem Schaft in die Aufnahmebohrung der Spannhülse eingesetzte Werkzeug wird nach entsprechender Abkühlung der Spannhülse reibschlüssig durch Schrumpfpassung innerhalb der Aufnahmebohrung der Spannhülse gehalten. Für die Entnahme des Werkzeugs wird die Spannhülse wiederum induktiv erwärmt, so dass sich die Aufnahmebohrung entsprechend aufweitet und das Werkzeug ohne weiteres entnommen werden kann. Um die gezielte Erwärmung der Spannhülse zu begünstigen sind sog. Magnetflusskonzentratoren bekannt (vgl. „Steel Heat Treatment Handbook“, Marcel Dekker, IR, INC 1997, Kapitel 11A, Induction Heat Treatment), die insbesondere auf beiden Stirnseiten aber auch am Außenumfang der Induktionsspule angeordnet werden und die von der Induktionsspule erzeugten Magnetflusslinien bündeln und gezielt in den zu erwärmenden Bereich der Spannhülse einführen. Derartige Magnetflusskonzentratoren können aus sog. Trafoblechen gebildet sein, die ringförmig gruppiert an den Stirnflächen der Induktionsspule angeordnet sind, oder bestehen aus oxidkeramischem Werkstoff, insbesondere Ferrit. Diese Werkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie magnetisch leitend, jedoch elektrisch nicht leitend sind. Bekannte induktive Ein- und Ausspannvorrichtungen mit an der Stirnfläche der Induktionsspule angeordneten Magnetflusskonzentratoren verwenden häufig ringartige Konzentratorelemente (vgl. JP S49 - 10 034 A oder DE 199 15 412 A1). Bei diesen bekannten Vorrichtungen erstrecken sich die ringartigen Konzentratorelemente nicht nur über die Stirnfläche der Induktionsspule sondern erstrecken sich zumindest teilweise auch über die freie Stirnfläche des zum Zwecke der Einspannung aufzuwärmenden Bauteils. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht allerdings darin, dass sie jeweils nur für die Aufnahme von Bauteilen, etwa Werkzeugen, mit einem bestimmten Durchmesser ausgelegt sind, was insbesondere für Werkzeugwechselvorrichtungen nachteilhaft ist, da in der Regel Werkzeuge mit unterschiedlichem Durchmesser abwechselnd eingespannt werden müssen, für die dann auch unterschiedliche Spannhülsengrößen gebraucht werden. Dies verteuert nicht nur ein Schnellwechselsystem sondern erschwert auch dessen Handhabung. Zur Behebung dieses Nachteils ist es bekannt (DE 10 2005 014 984 A1), einen mehrteiligen Induktionsspulenaufbau zu verwenden, der sich insbesondere aus zwei Spuleneinheiten zusammensetzt, die als ein Aufbau auf eine Spannhülse konzentrisch gesetzt und relativ zueinander axial bzgl. der von der Spannhülse aufgespannten Drehachse verstellbar sind. Dadurch lässt sich die Länge des Induktionsspulenaufbaus an die jeweilige Größe der verwendeten Spannhülse anpassen. Bekanntermaßen werden für Werkzeuge mit größerem Schaftdurchmesser größere Spannhülsen verwendet, die eine längere Passungslänge für das Einspannen des Werkzeugschaftes aufweisen als Spannhülsen für Werkzeuge mit kleinerem Durchmesser. Durch entsprechende Axialeinstellung der Spuleneinheiten des Induktionsspulenaufbaus relativ zueinander in Anpassung an die entsprechende Größe der Spannhülse lässt sich damit eine solche induktive Spannvorrichtung für unterschiedliche Spannhülsen und damit Werkzeugdurchmesser verwenden. Um bei Werkzeugen mit unterschiedlichen Durchmessern auch eine gute Einleitung der vom Induktionsspulenaufbau erzeugten Magnetflusslinien in die Spannhülse zu erreichen ist bei der bekannten Vorrichtung zusätzlich zur Axialverstellung des Induktionsspulenaufbaus auch eine Verstellung des Durchmessers des Magnetfeldkonzentrators vorgesehen, der bei dieser bekannten Vorrichtung durch ringartig gruppierte blendenartige Konzentratorelemente gebildet ist, die sich gegenseitig überlappen und längs einer radialen Ebene senkrecht zu der von der Spannhülse aufgespannten Drehachse radial nach innen verschwenkt werden können. Dadurch können die blendenartigen Konzentratorelemente geeignet in entspre