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Dokumentenidentifikation DE102004042892B4 19.03.2009
Titel Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spannen von Werkzeugen
Anmelder Kelch & Links GmbH, 73614 Schorndorf, DE
Erfinder Hildebrandt, Ralph, 73102 Birenbach, DE;
Vucenovic, Sladjana, 73630 Remshalden, DE;
Egelhof, Joachim, Dipl.-Ing. (FH), 73655 Plüderhausen, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 31.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004042892
Offenlegungstag 09.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.03.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.2009
IPC-Hauptklasse B23B 31/117  (2006.01)  A,  F,  I,  20051017,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Spannen eines Werkzeugs in einem Schrumpfringfutter mit den Schritten: Einsetzen des Werkzeugs in das Schrumpfringfutter, Erwärmen eines Schrumpfrings, Aufsetzen des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter, Abkühlen des Schrumpfrings sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Schrumpfeinrichtung zur Anwendung des Verfahrens.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum thermischen Spannen bekannt. Diese Verfahren werden eingesetzt, um Werkzeuge für schneidende Bearbeitungsvorgänge, wie beispielsweise Bohrer, Fräser, Reibahlen, in einem als Schrumpffutter bezeichneten Spannfutter aufnehmen zu können. Übliche Schrumpffutter für thermische Spannvorgänge sind zu diesem Zweck in einem zur Aufnahme eines Werkzeugs bestimmten Werkzeugaufnahmeabschnitt mit einer Werkzeugaufnahmebohrung versehen, die im Rahmen eines thermischen Spannvorgangs eine kraftschlüssige Aufnahme eines Werkzeugschafts mit einer Maßtoleranz der Toleranzklasse h6 gemäß DIN 7152 ermöglicht.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 25 007 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum thermischen Spannen und Entspannen von Werkzeugen mit Hilfe solcher üblicher Schrumpffutter.

Die DE 691 01 976 T2 zeigt eine Spindel-Einheit für eine Werkzeugmaschine, bei der ein drehbares Werkzeug am werkzeugseitigen Vorderende der Hauptspindel mittels Schrumpfpassung befestigt wird. Der Trägerschaft des Werkzeuges trägt z. B. einen Schleifstein und bildet an seinem hinteren Ende einen Werkzeughalter mit einer zylindrischen Bohrung, die auf ein säulenförmiges Ende eines Adapters schrumpfgepaßt wird. Der Adapter wiederum hat an seinem werkzeugabgewandten Ende eine zylindrische Bohrung, die auf das zylindrische Vorderende einer Hauptspindel aufgeschoben wird. Der aufgesteckte Adapter wird am Vorderende der Hauptspindel mittels Schrumpfpassung befestigt. Zum thermischen Befestigen des Werkzeuges an der Spindel bzw. zum Lösen des Werkzeuges von der Spindel sind an dem Spindelstock im Bereich des Vorderendes der Hauptspindel eine elektrische Schnellheizeinrichtung sowie eine Schnellkühleinrichtung vorgesehen.

Um den Anwendungsbereich der thermischen Spanntechnik auch auf Werkzeuge zu erstrecken, die im Bereich des Werkzeugschafts größere Toleranzen aufweisen, ist es bekannt, sogenannte Schrumpfringfutter einzusetzen. Ein Schrumpfringfutter weist in dem Werkzeugaufnahmeabschnitt mindestens einen zur Werkzeugaufnahmebohrung durchgehenden Längsschlitz auf, wobei der Längsschlitz eine Erhöhung der Flexibilität des Werkzeugaufnahmeabschnitts bewirkt und somit auch die Aufnahme eines Werkzeugschafts mit einer großen Toleranz ermöglicht. Schrumpfringfutter werden insbesondere für die Einspannung von Gewindebohren, die üblicherweise die Toleranzklasse h9 am Werkzeugschaft aufweisen, eingesetzt. Um eine sichere Einspannung des Werkzeugschafts im Werkzeugaufnahmeabschnitt zu verwirklichen, wird auf den leicht konisch geformten Werkzeugaufnahmeabschnitt ein an seiner Innenseite korrespondierend geformter, erwärmter Schrumpfring aufgesetzt. Durch einen Erwärmungsvorgang wird der Schrumpfring ausgedehnt und kann so weit auf den konischen Werkzeugaufnahmeabschnitt aufgeschoben werden, bis ein Presssitz mit dem Schrumpfringfutter entsteht. Bei der nachfolgenden Abkühlung des Schrumpfrings findet ein Schrumpfvorgang statt, so das der Schrumpfring eine hohe Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt ausübt, die auf die Werkzeugaufnahmebohrung und den Werkzeugschaft übertragen wird. Dadurch wird das Werkzeug zuverlässig in dem Schrumpfringfutter eingespannt. Das Schrumpfringfutter ermöglicht damit eine besonders sichere, drehmomentfeste und steife sowie und im Hinblick auf eine Rundlauftoleranz auch besonders exakte Einspannung des Werkzeugs.

Für eine ordnungsgemäße Durchführung des Schrumpfverfahrens ist eine exakte Positionierung des Schrumpfrings in Bezug auf eine Erwärmungsvorrichtung notwendig. Bei dem bekannten Schrumpfverfahren wird dies durch einen Aufnahmedorn erreicht, der exakt gegenüber der Erwärmungsvorrichtung ausgerichtet ist und eine reproduzierbare Positionierung des Schrumpfrings ermöglicht. Der Schrumpfring wird nach dem Erwärmungsvorgang von einem Bediener mit einer Zange, beispielsweise einer Rohrzange, von dem Aufnahmedorn abgenommen und auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Optimierung des Schrumpfprozesses bei der Verwendung von Schrumpfringfuttern erlauben. Insbesondere soll der Schrumpfprozess schneller und sicherer durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1, eine Handhabungsvorrichtung nach dem Anspruch 11, eine Schrumpfeinrichtung nach dem Anspruch 26 und einen Schrumpfring nach Anspruch 32 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingangs erwähnten Art wird der Schrumpfring für das Erwärmen und das Aufsetzen in einer Handhabungsvorrichtung aufgenommen. Damit wird eine Vereinfachung der Handhabung des Schrumpfrings erzielt, da der Schrumpfring mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung exakt in einer optimalen Heizposition gegenüber der Erwärmungsvorrichtung positioniert und danach auch auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpfringfutters aufgesetzt werden kann. Mit der gleichen Vorrichtung wird somit die Durchführung zweier Verfahrenschritte ohne einen zwischengeschalteten Handhabungsschritt für den Schrumpfring ermöglicht. Damit wird eine hohe Bediensicherheit und ein vorteilhaftes Ergebnis des thermischen Spannvorgangs sichergestellt. Der Schrumpfring kann vor dem Erwärmungsvorgang lagerichtig in die Handhabungsvorrichtung eingesetzt oder auf andere Weise von ihr aufgenommen werden und steht dann nach dem Erwärmungsvorgang sofort für den nachfolgenden Aufpressvorgang zur Verfügung.

Die Handhabungsvorrichtung weist zu diesem Zweck einen Grundkörper auf, an dem eine Schrumpfringaufnahme vorgesehen ist. Die Schrumpfringaufnahme ist für eine selbsthaltende Aufnahme des Schrumpfrings ausgebildet. Der Grundkörper der Handhabungsvorrichtung kann ergonomisch geformt und für eine exakte Ausrichtung gegenüber der Erwärmungsvorrichtung mit einer Positionierungskontur versehen sein, die beispielsweise in eine formschlüssige Wirkverbindung mit der Erwärmungsvorrichtung bringbar ist. Die selbsthaltende Schrumpfringaufnahme soll sicherstellen, dass der Schrumpfring sowohl während des Erwärmungsvorgangs mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung in einer vorgesehenen Heizposition exakt positioniert ist und mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung ohne Weiteres auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpfringfutters aufgesetzt werden kann.

Der in die Schrumpfringaufnahme eingesetzte Schrumpfring wird von dieser derart mit Haltekräften beaufschlagt, dass die Gewichtskraft des Schrumpfrings nicht zu einer ungewünschten Entfernung aus der Schrumpfringaufnahme führt. Vielmehr ist die Einwirkung externer Kräfte notwendig, um den Schrumpfring wieder aus der Schrumpfringaufnahme zu entfernen. Damit wird eine vorteilhafte Handhabung und ein vorteilhafter Verfahrensablauf für das Erwärmen und Aufsetzten des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter erzielt. Um eine Selbsthaltung des Schrumpfrings sicherzustellen, ist die Schrumpfringaufnahme vorzugsweise mit form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Haltemitteln versehen. Formschluss kann insbesondere durch eine korrespondierende geometrische Ausgestaltung des Schrumpfrings und der Schrumpfringaufnahme, beispielsweise mit Hinterschnitten und darin eingreifenden Rastnasen verwirklicht werden. Eine Klemmung des Schrumpfrings kann z. B. mittels eines Greifers erfolgen, der über mindestens einen beweglichen Spannbacken oder mehrere bewegliche Spannbacken verfügt. Ein Kraftschluss zwischen Schrumpfringaufnahme und Schrumpfring wird insbesondere durch eine geeignete Auswahl von korrespondierenden Passflächen erzielt, wobei eine Übergangs- oder Presspassung vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich ist eine magnetische Halterung möglich. Stoffschluss kann insbesondere durch Werkstoffe bzw. Werkstoffpaarungen erzielt werden, die Adhädsionseffekte aufeinander ausüben und somit die geforderte Haltekraft aufbringen. In der Schrumpfringaufnahme kann beispielsweise eine elastische Gelschicht vorgesehen sein, die die stoffschlüssige Anhaftung einer Oberfläche des Schrumpfrings ermöglicht.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring für den Erwärmungsvorgang mittels einer gegenüber anderen Teilen der Handhabungsvorrichtung isolierten Schrumpfringaufnahme fixiert. Dadurch wird sichergestellt, dass keine unerwünschte Wechselwirkung zwischen der Handhabungsvorrichtung, der Erwärmungsvorrichtung und dem Schrumpfring stattfindet. Eine Isolation kann dabei im Hinblick auf thermische und/oder elektrische Einflüsse vorgesehen sein, die von der Erwärmungsvorrichtung direkt oder mittelbar über den Schrumpfring auf die anderen Teile der Handhabungsvorrichtung einwirken. Eine thermische Isolation verhindert, dass sich die in den Schrumpfring eingebrachte Wärmeenergie derart in die Handhabungsvorrichtung überträgt, dass sich diese über eine vorgebbare Grenztemperatur erwärmen würde und eine Handhabung durch einen Benutzer ohne Schutzeinrichtungen wie beispielsweise Handschuhe nicht mehr zulassen würde. Eine elektrische Isolation ist dann von besonderem Interesse, wenn der Schrumpfring mittels elektrischer Energie, insbesondere induktiv in Form von Wirbelstromfeldern, erwärmt wird. Durch die elektrische Isolation ist gewährleistet, dass die von der Erwärmungseinrichtung abgegebene Energie in konzentrierter Form vorwiegend in den Schrumpfring eingebracht werden kann, während die Schrumpfringaufnahme demgegenüber nur unwesentlich von den Wirbelströmen beeinflusst wird. Zudem wird dadurch sichergestellt, dass die Handhabungsvorrichtung, die gegebenenfalls auch metallische Bestandteile aufweist, nicht unmittelbar durch die elektrische Energie miterwärmt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme als solche isolierend ausgestaltet. Damit wird einerseits sichergestellt, dass die Schrumpfringaufnahme nicht gleich oder zumindest ähnlich stark wie der Schrumpfring erwärmt wird, andererseits ist dadurch die gewünschte thermische und/oder elektrische Entkopplung der Handhabungsvorrichtung vom Erwärmungsvorgang gewährleistet.

Für eine Isolation der Schrumpfringaufnahme gegenüber dem Grundkörper der Handhabungsvorrichtung kann insbesondere ein nichtmetallisches Material vorgesehen sein, das in vorteilhafter Weise eine elektrische Isolation mit einer thermischen Isolation verbindet. Besonders vorteilhaft sind hierfür Kunststoffmaterialien geeignet, die in einer reproduzierbaren Qualität einfach herzustellen sind. Insbesondere im Hinblick auf die selbsthaltende Aufnahme des Schrumpfrings ist die Herstellung der Schrumpfringaufnahme aus einem Kunststoffmaterial besonders vorteilhaft, da auch eine ausreichende Elastizität für eine kraftschlüssige Selbsthaltung gegeben ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Isolation und/oder die Schrumpfringaufnahme aus einem Polyether-Ether-Keton-Werkstoff (PEEK) hergestellt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine besonders hohe Temperaturbelastbarkeit aus und ist gut verarbeitbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung auf das Schrumpfringfutter aufgepresst. Dabei kann vom Bediener die zur Sicherstellung des Pressitzes des Schrumpfrings notwendige Aufpresskraft aufgebracht werden. Damit wird in einem durchgängigen Verfahrensablauf die kontinuierliche Abfolge von Erwärmung, Aufsetzen und Aufpressen sichergestellt. Dadurch ergeben sich gegenüber dem bekannten Verfahren Handhabungsvorteile, weil die Schritte unmittelbar und ohne Zeitverlust aufeinander folgen können, so dass der Schrumpfring zwischen der Beendigung des Erwärmungsvorgangs bis zum Aufsetzen auf das Schrumpfringfutter nur geringfügig abkühlt und somit weniger stark erwärmt werden muss, was Vorteile im Hinblick auf Sicherheitsaspekte und Materialverschleiß mit sich bringt. Außerdem ist dadurch sichergestellt, dass der vor Beginn des Erwärmungsvorgangs ohne Zeitdruck bzw. ohne ein hohes Temperaturniveau in die Handhabungsvorrichtung aufgenommene Schrumpfring korrekt und ohne weitere Zwischenschritte in den Presssitz gegenüber dem Außenschaft gebracht wird und damit die Art und Anzahl möglicher Handhabungsfehler drastisch minimiert werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung mit einer definierten Aufpresskraft auf das Schrumpfringfutter aufgebracht. Durch die definierte, vorgebbare Aufpresskraft für die Aufbringung des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter wird sichergestellt, dass die von dem Schrumpfring auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt und das Werkzeug auszuübende Spannkraft ein Mindestniveau nicht unterschreitet, so dass eine Mindestbelastbarkeit des im Schrumpfringfutter aufgenommenen Werkzeugs gewährleistet werden kann. Durch die vorgebbare Aufpresskraft kann auch sichergestellt werden, dass beim Aufpressen des Schrumpfrings ein Maximalniveau nicht überschritten wird, so dass eine Überlastung des Schrumpfringfutters und/oder des Schrumpfrings ausgeschlossen werden kann und die problemlose Durchführung eines nachfolgenden Abziehvorgangs sichergestellt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrumpfring, insbesondere nach erfolgtem Aufpressvorgang auf das Schrumpfringfutter, mittels eines an der Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Schrumpfringauswerfers aus der Wirkverbindung mit der Handhabungsvorrichtung freigegeben. Dadurch kann der Schrumpfring entgegen der durch die Selbsthaltewirkung auftretenden Kräfte aus der Schrumpfringaufnahme entfernt werden, wenn beispielsweise ein Schrumpfring irrtümlich in die Handhabungsvorrichtung eingesetzt wurde. Nach einem Erwärmen und Aufsetzen auf das Schrumpfringfutter wird durch den Schrumpfringauswerfer eine Krafteinwirkung entgegen der ausgeübten Aufpresskraft für den Schrumpfring beim Abnehmen der Handhabungsvorrichtung vermieden, die zu einer unerwünschten Lockerung und damit zu einer unbestimmten Spannkraft des Schrumpfrings führen könnte. Zu diesem Zweck ist an dem Grundkörper der Handhabungsvorrichtung ein Schrumpfringauswerfer vorgesehen, der z. B. für eine Auswurfbewegung des Schrumpfrings längs einer Mittelachse der Schrumpfringaufnahme ausgebildet sein kann. Der Schrumpfringauswerfer kann insbesondere als ein relativ zum Grundkörper und/oder zur Schrumpfringaufnahme beweglicher Schieber ausgebildet sein, der von einem Benutzer oder einer Schrumpfeinrichtung mit einer Betätigungskraft beaufschlagt wird und durch eine insbesondere formschlüssig wirkende Krafteinwirkung den Schrumpfring entgegen den von der Schrumpfringaufnahme aufgebrachten Kräften ausstößt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird über die Handhabungsvorrichtung ein Fixierimpuls auf den Schrumpfring ausgeübt. Der Fixierimpuls wirkt dabei bevorzugt in Richtung einer Längsachse des Schrumpfringfutters. Durch den Fixierimpuls wird der Schrumpfring besonders sicher auf das Schrumpfringfutter aufgebracht. Der Fixierimpuls kann durch eine an der Handhabungsvorrichtung vorgesehene Impulseinrichtung hervorgerufen werden, die für die Übertragung eines Fixierimpulses auf den Schrumpfring vorgesehen ist. Die Impulsvorrichtung wird z. B. durch die von dem Benutzer oder einer Schrumpfeinrichtung aufgebrachte Aufpresskraft vorgespannt und bei Überschreiten eines Mindestkraftniveaus ausgelöst, wobei sie die beispielsweise in einer Feder gespeicherte Energie schlagartig abgibt und auf den Schrumpfring überträgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Handhabungsvorrichtung mit dem Schrumpfringfutter zum Aufpressen des Schrumpfrings in eine kraftübertragende, insbesondere formschlüssige Wirkverbindung gebracht. Dadurch wird eine besonders komfortable Aufbringung der für den Schrumpfring vorgesehenen Aufpresskraft erzielt. Die Aufpresskraft muss vom Benutzer oder von einer Schrumpfeinrichtung nicht in unmittelbarer Weise aufgebracht werden, vielmehr kann über die kraftübertragenden Wirkverbindung eine Untersetzung der aufgebrachten Aufpresskraft bewirkt werden. Durch die Untersetzung wird die längs eines längeren Betätigungsweges eingebrachte Kraft auf einen kurzen Aufpressweg konzentriert, so dass der Benutzer oder die Schrumpfeinrichtung eine niedrige Betätigungskraft längs des Betätigungsweges in die Handhabungsvorrichtung einbringen können, die über die Untersetzung in eine hohe Aufpresskraft auf einem kurzen Aufpressweg untersetzt wird. Dazu kann bei der Handhabungsvorrichtung an dem Grundkörper und/oder der Schrumpfringaufnahme eine Kopplungsstruktur für eine kraftübertragende Ankopplung an das Schrumpfringfutter vorgesehen sein. Damit kann in einfacher Weise eine hohe Kraftwirkung von der Handhabungsvorrichtung auf den Schrumpfring ausgeübt werden. Die Handhabungsvorrichtung wird zu diesem Zweck für den Aufpressvorgang zeitweise mit dem Schrumpfringfutter gekoppelt und es findet über eine Keileinrichtung, insbesondere eine durch eine Drehbewegung angesteuerte Gewindeeinrichtung, eine hohe Untersetzung der vom Benutzer oder der Schrumpfeinrichtung eingeleiteten Kraft längs des Betätigungsweges statt.

Zu den vorab beschriebenen Einrichtungen zur Sicherstellung eines Mindestkraftniveaus kann in Kombination oder auch in Alleinstellung eine Einrichtung zur Begrenzung der Aufpresskraft vorgesehen sein, die ein zu starkes Aufpressen des Schrumpfrings verhindern soll. Dazu wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Kraftbegrenzung durch Überdrücken einer Federeinrichtung bewirkt, wobei nach Überschreiten des von der Feder vorgegebenen, ggf. einstellbaren Maximalkraftniveaus keine weitere Kraftübertragung auf den Schrumpfring mehr möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird während des Erwärmungsvorgangs eine Erwärmungszeit und/oder eine Erwärmungstemperatur und/oder eine Ausdehnung des Schrumpfrings von einer Auswerteeinheit ermittelt. Die Auswerteeinheit steht mit einer insbesondere in der Handhabungsvorrichtung, bevorzugt in der Schrumpfringaufnahme vorgesehenen Sensoreinrichtung in Wirkverbindung und wird über diese Sensoreinrichtung mit Signalen hinsichtlich der Erwärmungszeit, der Erwärmungstemperatur und/oder der Ausdehnung des Schrumpfrings versorgt. Die Auswerteeinheit ermöglicht die Verarbeitung und Weiterleitung der von der Sensoreinrichtung zur Verfügung gestellten Signale.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Erwärmungszeit und/oder die Erwärmungstemperatur und/oder die Ausdehnung des Schrumpfrings als Kriterium für eine Beendigung des Erwärmungsvorgangs und/oder eine Durchführung eines Aufpressvorgangs auf das Schrumpfringfutter benutzt. Dadurch kann eine besonders schonende Erwärmung des Schrumpfrings sichergestellt werden, da mit Erreichen einer vorgebbaren Maximaltemperatur der von der Erwärmungseinrichtung auf den Schrumpfring eingebrachte Energiestrom reduziert oder vollständig abgestellt werden kann. Dadurch wird auch eine Überhitzung des Schrumpfrings, die gegebenenfalls zu einer Schädigung des Schrumpfrings oder der Handhabungsvorrichtung führen könnte, vermieden. Sofern die Erwärmungstemperatur und/oder die Ausdehnung des Schrumpfrings als Kriterium für die Durchführung des Aufpressvorgangs herangezogen wird, kann dadurch sichergestellt werden, dass der Aufpressvorgang erst erfolgt, wenn der Schrumpfring derart aufgeweitet ist, dass nach Aufpressen und nachfolgendem Abkühlen auch die geforderte Spannkraft erzielt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Schrumpfringaufnahme und/oder an dem Grundkörper eine Anschlaggeometrie für eine Übertragung von axialen Druckkräften auf den Schrumpfring vorgesehen. Damit kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass beim Aufpressvorgang eine formschlüssige Wirkverbindung zwischen dem Schrumpfring und der Handhabungsvorrichtung besteht. Die Anschlaggeometrie kann insbesondere als zumindest abschnittsweise umlaufender Bund in einer für die Aufnahme des Schrumpfrings vorgesehenen Bohrung der Schrumpfringaufnahme verwirklicht sein, wobei eine Stirnfläche des Bundes im wesentlichen in einer Ebene liegt, die orthogonal zu einer Längsachse der Handhabungsvorrichtung angeordnet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme am Grundkörper auswechselbar angebracht. Damit kann die Handhabungsvorrichtung in einfacher Weise an unterschiedliche Schrumpfringgeometrien und/oder ggf. an unterschiedliche Erwärmungsverfahren angepasst werden. Eine Auswechselbarkeit der Schrumpfringaufnahme kann beispielsweise durch eine kraft- und/oder formschlüssig wirkende Schnittstelle gegenüber der Handhabungsvorrichtung, beispielsweise durch korrespondierende Außen- und Innengewinde verwirklicht werden. Die Schrumpfringaufnahme kann z. B. auf den Grundkörper aufgeschraubt, aufgesteckt und/oder mit diesem verrastet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme mit einer Einführungseinrichtung versehen. Da die Schrumpfringaufnahme eine Selbsthaltung des Schrumpfrings sicherstellen soll, ist die für die Aufnahme des Schrumpfrings bestimmte Geometrie der Schrumpfringaufnahme in der Regel nur geringfügig größer als die entsprechende Geometrie des Schrumpfrings. Um ein Einsetzen des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme zu erleichtern, ist daher eine Einführungseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise als Einführrille oder als konische Einführgeometrie trichterförmig ausgeführt sein kann. Eine konische Einführgeometrie kann beispielsweise als Fase an einer Stirnseite der Schrumpfringaufnahme ausgebildet sein und ermöglicht ein vorteilhaftes An- und Einsetzen des Schrumpfrings.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme derart ausgebildet, dass der Schrumpfring nur lagerichtig einsetzbar ist. Dadurch wird eine Fehlbedienung der Handhabungsvorrichtung vermieden, die zu unerwünschten Arbeitsergebnissen und/oder zumindest zu zusätzlichen Wartezeiten führen könnte. Um ein fehlerhaftes Einsetzen des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme zu verhindern, kann insbesondere vorgesehen sein, eine Anpassung der Geometrien von Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme so vorzunehmen, dass beispielsweise ein Formschluss ein fehlerhaftes Einsetzen des Schrumpfrings verhindert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme zur Aufnahme von Schrumpfringen unterschiedlicher Durchmesser verstellbar ausgeführt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Anpassung der Schrumpfringaufnahme an den jeweils aufzupressenden Schrumpfring vorgenommen werden. Eine Verstellbarkeit der Schrumpfringaufnahme kann insbesondere durch eine Gestaltung der Schrumpfringaufnahme aus mehreren Segmenten, die zumindest teilweise gegeneinander relativbeweglich ausgeführt sind, verwirklicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme mit einer mechanischen Codierung versehen, die insbesondere mit einer Codierung von Schrumpfringen korrespondiert. Durch eine derartige Codierung kann eine Kennzeichnung von zusammengehörigen Schrumpfringen und Schrumpfringaufnahmen deutlich erkennbar gemacht werden. Weiterhin kann durch die Codierung eine Verwendung eines ungeeigneten Schrumpfrings mit einer Schrumpfringaufnahme verhindert werden, um beispielsweise eine Beschädigung oder ein nicht korrektes Aufpressen des Schrumpfrings zu vermeiden. Eine mechanische Codierung kann insbesondere durch ein System von Matrize und Patrize, also von korrespondierenden, formschlüssig wirkenden Geometrien am Schrumpfring und an der Schrumpfringaufnahme verwirklicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme mit einer Greifeinrichtung für die Ausübung von Zugkräften auf den Schrumpfring längs der Längsachse des Schrumpfringfutters, insbesondere zum Abziehen des Schrumpfrings von dem Schrumpfringfutter, versehen. Durch die Greifeinrichtung, die insbesondere durch eine von einem Bediener oder einer Schrumpfeinrichtung aufgebrachten Bedienkraft aktivierbar ist, kann der Schrumpfring zum Ausspannen des Werkzeugs von dem Schrumpfringfutter abgezogen werden. Der Abziehvorgang erfolgt insbesondere nach einer lokalen Erwärmung des Schrumpfrings, da ansonsten extrem hohe Abziehkräfte erforderlich sind. Durch die Greifvorrichtung wird insbesondere sichergestellt, dass eine gleichmäßige Krafteinleitung von der Handhabungsvorrichtung auf den Schrumpfring stattfindet. Außerdem kann durch eine Abstützung der Handhabungsvorrichtung auf dem Schrumpfringfutter eine vorteilhafte Aufbringung der Abziehkräfte mit einem besonders vorteilhaften, kurzen Kraftfluss zwischen Schrumpfringfutter, Greifeinrichtung und Schrumpfring sichergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper für eine Aufnahme an oder in einer Erwärmungsvorrichtung ausgebildet. Damit kann eine vorteilhafte, reproduzierbare Platzierung des Schrumpfrings in einer optimalen Erwärmungsposition sowie eine Lagefixierung während des Erwärmungsvorgangs sichergestellt werden, so dass der von der Erwärmungseinrichtung abgegebene Energiestrom mit einem hohen Wirkungsgrad auf den Schrumpfring einwirkt. Der Grundkörper kann zu diesem Zweck insbesondere im Hinblick auf seine geometrische Gestaltung auf die Erwärmungseinrichtung angepasst sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper und/oder die Schrumpfringaufnahme an eine Verwendung mit einer induktiven Erwärmungsvorrichtung angepasst. Bei einer induktiven Erwärmungsvorrichtung ist in der Regel ein Feldkonzentrator vorgesehen, der das von einer Induktionsspule erzeugte Magnetfeld konzentrieren und auf den induktiv zu erwärmenden Gegenstand, insbesondere den Schrumpfring, lenken soll. Der Feldkonzentrator stellt eine im wesentlichen unabhängige, baulich jedoch auf die Erwärmungsvorrichtung abgestimmte Baugruppe dar, die gegebenenfalls auch einfach auswechselbar gestaltet sein kann. Durch eine Anpassung des Grundkörpers und/oder der Schrumpfringaufnahme an die induktive Erwärmungseinrichtung und insbesondere an den Feldkonzentrator lässt sich eine besonders zuverlässige und vorteilhafte Positionierung des Schrumpfrings bewirken, die in Anbetracht der gegebenenfalls leichten Auswechselbarkeit des Feldkonzentrators auch eine besonders vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Schrumpfringe ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schrumpfringaufnahme mit einer konischen Aufnahmeöffnung versehen, die eine Öffnungsdurchmesser hat, der kleiner als ein größter Durchmesser des Schrumpfrings und größer als ein kleinster Durchmesser (Aussendurchmesser) des Schrumpfrings ist. Durch diese Gestaltung wird eine einfache und betriebssichere Ausführung der Schrumpfringaufnahme sichergestellt, die eine Fehlbedienung durch einen Benutzer nahezu ausschließt. Der Schrumpfring weist zu diesem Zweck eine Außenkontur auf, die an gegenüberliegenden Stirnseiten mit unterschiedlichen Außendurchmessern versehen ist. Somit kann der Schrumpfring nur mit dem kleineren Durchmesser voraus in die Schrumpfringaufnahme eingesetzt werden, während bei einem Ansetzen des größeren Durchmessers an der Schrumpfringaufnahme ein Formschluss eintritt, der ein Einsetzen des falsch ausgerichteten Schrumpfrings verhindert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schrumpfeinrichtung mit einer Erwärmungseinrichtung und einer Aufnahme für zumindest ein Schrumpfringfutter, die gegeneinander relativbeweglich ausgeführt sind, vorgesehen, wobei die Erwärmungseinrichtung für die Aufnahme der Handhabungsvorrichtung ausgebildet ist, um den Schrumpfring in der Heizposition zu halten. Eine Schrumpfeinrichtung ermöglicht die Erwärmung des Schrumpfrings mittels der Erwärmungseinrichtung, wobei der Schrumpfring in der Handhabungsvorrichtung fixiert ist und diese in einer korrespondierend geformten Aufnahme der Erwärmungsvorrichtung aufgenommen ist. Die Aufnahme für das Schrumpfringfutter kann beispielsweise als Aufstellfläche ausgeführt sein, in der für eine reproduzierbare Positionierung des Schrumpfringfutters insbesondere zumindest eine Vertiefung eingebracht oder zumindest ein Anschlag vorgesehen ist. Durch die Relativbeweglichkeit der Erwärmungsvorrichtung gegenüber der Aufnahme für das Schrumpfringfutter wird ein besonders vorteilhafter Aufsetz- bzw. Aufpressvorgang für den Schrumpfring ermöglicht, da der in der Schrumpfringaufnahme aufgenommene Schrumpfring unmittelbar nach Ende des Erwärmungsvorgangs und ohne zwischengeschaltete Handhabungsschritte direkt mit Hilfe der Erwärmungseinrichtung auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Antriebseinrichtung für eine Kraftaufbringung auf die Handhabungsvorrichtung vorgesehen. Dadurch kann ein automatisiertes Aufsetzen des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter nach Beendigung des Erwärmungsvorgangs verwirklicht werden, so dass der Schrumpfprozess im wesentlichen bedienerunabhängig durchgeführt werden kann. Die Antriebseinrichtung wird für ein Annähern und Entfernen der Erwärmungsvorrichtung von der Aufnahme für das Schrumpfringfutter eingesetzt und ist insbesondere als elektrischer Antrieb ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrischen Antrieb als Elektromotor ausgeführt und wirkt auf eine Spindel, auf der eine kraft- oder formschlüssig wirkverbundene Schlossmutter angebracht ist, die für eine Kraftübertragung auf die Erwärmungsvorrichtung und/oder die Aufnahme vorgesehen ist. Damit kann ein einfacher Weise eine kraft- oder weggesteuerte Relativbewegung zwischen Erwärmungsvorrichtung und Aufnahme verwirklicht werden, die gegebenenfalls durch eine mechanische Ausführung der Schlossmutter und/oder durch eine an dem elektrischen Antrieb vorgesehene Sensoreinrichtung kraft- und/oder wegbegrenzt werden kann. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Handhabungsvorrichtung in einer kraftübertragenden Wirkverbindung in der Erwärmungsvorrichtung aufgenommen, wobei die Erwärmungsvorrichtung mittels des elektrischen Antriebs zum Aufpressen des Schrumpfrings auf das Schrumpffutter genutzt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung für die Aufbringung einer Axialkraft längs einer Mittelachse des Schrumpfringfutters ausgebildet. Damit wird ein vorteilhafter Aufsetzvorgang des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter bewirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung für eine Verarbeitung von Signalen einer dem Schrumpfring und/oder der Handhabungsvorrichtung zugeordneten Auswerteeinheit und für eine Ansteuerung der Antriebseinrichtung und/oder der Erwärmungseinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung erlaubt somit eine Ansteuerung des elektrischen Antriebs, um eine gesteuerte bzw. mittels Rückführung von Sensorsignalen geregelte Relativbewegung der Erwärmungseinrichtung gegenüber der Aufnahme zu bewirken. In Abhängigkeit von den von der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellten Sensorsignalen kann die Steuereinrichtung auch Einfluss auf einen von der Erwärmungseinrichtung zur Verfügung gestellten Energiestrom und auf den elektrischen Antrieb nehmen und somit eine zumindest nahezu vollständig automatisierte Durchführung eines Aufpressvorgangs eines Schrumpfrings bewirken. Mit einer derartig ausgestalteten Schrumpfeinrichtung kann beispielsweise auch ein kraftgeregelter Aufpressvorgang für den Schrumpfring in Abhängigkeit von einstellbaren und oder durch Sensoren ermittelbaren Randbedingungen verwirklicht werden. Als Randbedingungen kommen beispielsweise die Geometrie des eingespannten Werkzeugs, die für das Werkzeug vorgesehenen Bearbeitungsvorgänge oder der Durchmesser des Schrumpfrings und die dadurch beeinflusste minimale und maximale Aufpresskraft in Frage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung für eine Betätigung des Schrumpfringauswerfers ausgebildet. Damit kann auch der abschließende Schritt bei einem Einschrumpfen eines Werkzeugs in ein Schrumpfringfutter automatisiert durchgeführt werden. Nach Aufpressen des Schrumpfrings wird durch die Steuereinrichtung eine Ansteuerung der für die Betätigung des Schrumpfringauswerfers vorgesehenen Antriebseinrichtung bewirkt und der Schrumpfring wird dadurch aus der Schrumpfringaufnahme ausgestoßen. Die Antriebseinrichtung kann dabei als diskrete Antriebseinheit ausgebildet sein oder als integraler Bestandteil des elektrischen Antriebs verwirklicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung für eine Betätigung der Greifeinrichtung und für eine Aufbringung von axialen Zugkräften ausgebildet. Damit kann auch das Abziehen des Schrumpfrings zum Zweck des Ausspannens eines Werkzeugs aus dem Schrumpfringfutter automatisiert durchgeführt werden. Somit ist der gesamte thermische Spannprozess im wesentlichen automatisiert durchführbar und erfordert lediglich einfache manuelle Bedienvorgänge, die sich im Einlegen des Schrumpfrings in die Schrumpfringaufnahme, im Einsetzen des Schrumpfringfutters mit eingelegtem Werkzeug und im Entnehmen des Schrumpfringfutters erschöpfen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden diese Handhabungsvorgänge ebenfalls automatisiert, insbesondere durch einen geeigneten Roboter ausgeführt, so dass eine vollständige Automatisierung erreicht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Schrumpfring für Schrumpffutter mit einer konischen Aussenkontur vorgesehen. Durch eine vorzugsweise vorgesehene konische Innenkontur wird eine vorteilhafte Anpassung an die ebenfalls konische Gestaltung des Werkzeugaufnahmeabschnitts des Schrumpfringfutters erzielt. Durch eine konische Außenkontur kann sichergestellt werden, dass eine besonders vorteilhafte Wirkverbindung des Schrumpfrings mit der Schrumpfringaufnahme sichergestellt ist, ebenso wird ein Ausstoßvorgang aus der Schrumpfringaufnahme unterstützt, da bereits bei einer geringen axialen Relativbewegung zwischen Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme ein zwischen den beiden Komponenten bestehender, flächiger Kontakt aufgelöst wird. Für eine Verwendung einer Abkühlvorrichtung ist eine konische Außenkontur des Schrumpfrings ebenfalls von Vorteil, da ein besonders inniger dennoch leicht aufzulösender flächiger Berührkontakt sichergestellt ist. Bei geeigneter Dimensionierung der Schrumpfringaufnahme kann zudem sichergestellt werden, dass der Schrumpfring nur lagerichtig aufgenommen werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenkontur einen Konuswinkel von 1,5 Grad bis 3,5 Grad, vorzugsweise 2,5 Grad auf. Dadurch wird ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen einer guten Entformung des Schrumpfrings aus der Schrumpfringaufnahme mit oder ohne den Auswerfer und einer kompakten Gestaltung des Schrumpfrings sichergestellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an einer Außenfläche zumindest eine Codierung vorgesehen. Durch die Codierung kann in anschaulicher Weise sichtbar gemacht werden, für welches Schrumpfringfutter und/oder welchen Werkzeugdurchmesser der Schrumpfring geeignet ist. Darüber hinaus kann auch verdeutlicht werden, in welcher Lage der Schrumpfring auf das Schrumpfringfutter aufgesetzt werden soll.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigt:

1 in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung eine Schrumpfeinrichtung mit einer Erwärmungseinrichtung, einer Aufnahme, einem Schrumpfring, einem Werkzeug und einem Schrumpfringfutter,

2 in perspektivischer Ansicht eine Handhabungsvorrichtung,

3 in ebener, schematischer, nicht maßstäblicher Schnittdarstellung die Handhabungsvorrichtung gemäß 2,

4 in ebener, schematischer Schnittdarstellung einen Schrumpfring.

Eine in 1 dargestellte Schrumpfeinrichtung 1 weist eine als Induktor 2 ausgeführte Erwärmungseinrichtung auf, die für eine Erwärmung eines Schrumpfringes 4 und ein nachfolgendes Aufsetzen des Schrumpfringes 4 auf ein Schrumpfringfutter 3 vorgesehen ist, um ein Werkzeug 5 in einem Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 des Schrumpfringfutters 3 kraftschlüssig aufnehmen zu können. Der Induktor 2 ist an einer Standsäule 7 vertikal beweglich angebracht, die an einer Bodenplatte 8 befestigt ist. In der Bodenplatte 8 ist eine Aufnahmebohrung 9 für eine reproduzierbare Positionierung des Schrumpfringfutters 3 vorgesehen. Der Induktor 2 kann mittels einer Antriebseinrichtung, die als elektrischer Antriebsmotor 10 ausgeführt ist, gegenüber der Bodenplatte 8 translatorisch verschoben werden. Für eine Beeinflussung der für den Induktor 2 vorgesehenen Energieversorgung und des Antriebsmotors 10 ist eine Ansteuerungsvorrichtung 11 vorgesehen, die mit dem Induktor 2 und dem Antriebsmotor 10 gekoppelt ist. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung 12 vorgesehen, die mit nicht näher dargestellten, im Induktor 2 bzw. einer nicht dargestellten Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Sensoreinrichtungen verbunden werden kann. Zu diesem Zweck kann entweder eine Verkabelung oder auch eine drahtlose Abtastung der Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Die Auswerteeinrichtung 12 ist mit der Ansteuerungsvorrichtung 11 verbunden, wodurch ein Austausch und eine Übermittlung von Signalen, insbesondere von der Auswerteeinheit 12 auf die Ansteuerungsvorrichtung 11, sichergestellt werden kann.

Auf den Induktor 2 ist eine Abdeckplatte 17 aufgelegt, die aus einem Ferrit-Material aufgebaut ist und als Feldkonzentrator während der Bestromung des Induktors dient. Die Abdeckplatte 17 ist mit einer Durchgangsbohrung 18 versehen und weist an einer dem Induktor 2 zugewandten, von außen nicht sichtbaren Stirnseite eine nicht dargestellte Schrumpfringaufnahme auf. Die Schrumpfringaufnahme ist derart an der Abdeckplatte angeordnet, das ein darin aufgenommener Schrumpfring 4 erwärmungstechnisch optimal in dem magnetischen Feld angeordnet ist, das bei Bestromung des Induktors 2 auftritt. Durch die leichte Abnehmbarkeit der Abdeckplatte 17 kann der Schrumpfring 4 in besonders einfacher Weise eingelegt werden und ist nach Auflegen der Abdeckplatte 17 günstig im Magnetfeld positioniert. Die Abdeckplatte dient somit als Grundkörper einer Handhabungsvorrichtung, mit der der Schrumpfring optimal im Induktor positioniert und dort festgehalten werden kann.

Das nach Art eines Spannzangenfutters gestaltete Schrumpfringfutter 3 weist einen Maschinenkegel 13 auf, der für eine Aufnahme in einer nicht dargestellten Spindel einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. An den Maschinenkegel 13 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt an, dessen dem Maschinenkegel zugewandte Stirnseite plan ausgeführt ist und für eine flächige Anlage an der Spindel vorgesehen ist. An einer dem Maschinenkegel 13 abgewandten Stirnseite des Schrumpfringfutters 3 ist der Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 vorgesehen. Der Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 wird durch einen im wesentlichen kegelförmig gestalteten Zapfen gebildet, der mit einer konzentrisch zur Mittelachse 14 ausgerichteten Werkzeugaufnahmebohrung 15 versehen ist. Die Bohrung 15 weist parallel zur Mittelachse 14 ausgerichtete Längsschlitze 16 auf, die dem Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 die erforderliche Elastizität verleihen. Das Schrumpfringfutter ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. In Wirkverbindung mit dem Schrumpfring 4, der mit seiner Innenbohrung 19 auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 aufgesetzt werden kann und von außen eine Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 ausübt, ermöglicht die geschlitzte Bohrung 15 die Aufnahme von Werkzeugen 5 mit Toleranzen größer als die der Toleranzklasse h6.

Eine in 2 dargestellte Handhabungsvorrichtung 20 weist einen Grundkörper 21 und eine mit dem Grundkörper 21 verbundene Schrumpfringaufnahme 22 auf. Der Grundkörper 21 ist im wesentlichen in zwei zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern unterteilt. Der schlanke Abschnitt mit dem geringeren Durchmesser dient als Verbindungsabschnitt 23 zwischen dem Griffabschnitt 24 und der Schrumpfringaufnahme 22. Der Verbindungsabschnitt 23 und der Griffabschnitt 24 sind mit einer durchgehenden Bohrung versehen, die in der 3 näher dargestellt ist. Gemäß der 2 ist längs einer Mittelachse 25 ein Langloch-Durchbruch 26 ausgebildet, der für die Aufnahme eines Anschlagbolzens 27 vorgesehen ist und für eine Wegbegrenzung des in 2 nicht näher dargestellten Auswerfers dient. Der Grundköper ist aus Metall gefertigt, bei anderen Ausführungsformen besteht er aus Kunststoffmaterial, z. B. PEEK.

Die Schrumpfringaufnahme, die aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus einem Polyether-Ether-Keton (PEEK) hergestellt ist, weist eine Aufnahmebohrung 28 auf, deren Bohrungsachse konzentrisch zur Mittelachse 25 angeordnet ist. In zwei zueinander orthogonalen Ebenen, die sich in der Mittelachse 25 schneiden sind jeweils Längsschlitze 29 vorgesehen, die eine Vergrößerung der Elastizität der Schrumpfringaufnahme 22 erlauben.

Gemäß der 3 ist die Aufnahmebohrung 28 der Schrumpfringaufnahme 22 konisch ausgeführt, wobei ein Konuswinkel &agr; mit 2,5 Grad korrespondierend zu einem Konuswinkel der Außenfläche des Schrumpfrings 4 gewählt ist. Dadurch wird ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer guten Entformung des Schrumpfrings 4 aus der Schrumpfringaufnahme 22 und einer kompakten Gestaltung des Schrumpfrings 4 ermöglicht. Die Schrumpfringaufnahme 22 ist über eine als Gewinde 30 ausgeführte Schnittstelle auswechselbar und formschlüssig mit dem Verbindungsabschnitt 23 gekoppelt. In dem Grundkörper 21 ist eine Stufenbohrung 31 vorgesehen, die für die Aufnahme und Führung des Auswerfers 32 bestimmt ist. Der Auswerfer 32 ist im wesentlichen als zylindrischer Körper mit mehreren Durchmessern ausgeführt und kann längs der Mittelachse 25 verschoben werden, wobei eine Verschiebung durch eine Wechselwirkung des Anschlagbolzens 27 mit dem Durchbruch 26 begrenzt wird. Der Auswerfer 32 ist aus einem isolierenden Material, bevorzugt aus Kunststoff, besonders bevorzug aus Polyether-Ether-Keton aufgebaut. An einer der Auf- nahmebohrung 28 zugewandten Stirnseite des Auswerfers 32 ist eine Freistellungsbohrung 33 vorgesehen, die beim Aufsetzen des in der Handhabungsvorrichtung 20 aufgenommenen Schrumpfrings 4 auf das Schrumpfringfutter 3 eine Kollision mit dem im Schrumpfringfutter 3 aufgenommenen Werkzeug 5 vermeiden soll.

Wie in der 4 dargestellt, weist der Schrumpfring 4 eine konische Aussenkontur mit einem Konuswinkel &agr; und eine konische Innenbohrung 19 mit einem Konuswinkel &bgr; auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Konuswinkel &agr; und der Konuswinkel &bgr; identisch, sie können jedoch auch je nach der Ausgestaltung des Werkzeugaufnahmeabschnitts des Schrumpfringfutters und der Gestaltung der Handhabungsvorrichtung andere und auch ungleiche Winkel einnehmen.

Für eine erste Variante eines Einspannvorgangs eines Werkzeugs 5 in ein Schrumpfringfutter 3 wird zunächst der Schrumpfring 4 in kaltem Zustand, beispielsweise mit Raumtemperatur, in die Schrumpfringaufnahme 22 eindrückt bis er durch Reibschluss zwischen den Konusflächen von Schrumpfring und Schrumpfringaufnahme selbsthaltend geklemmt ist. Die Handhabungsvorrichtung 20 ist dabei so ausgerichtet ist, dass die Öffnung der Schrumpfringaufnahme 22 nach oben weist. Der Auswerfer 32 wird durch das Einlegen des Schrumpfrings 4 in eine Ruheposition verschoben, wie sie beispielsweise in der 3 dargestellt ist. Die Handhabungsvorrichtung 20 wird anschließend in die Aufnahmebohrung 9 der Bodenplatte 8 eingesetzt, wodurch eine reproduzierbare Positionierung gegenüber dem Induktor 2 sichergestellt ist.

Durch Aktivierung der Ansteuerungsvorrichtung 11 fährt der Induktor aus einer in 1 dargestellten oberen Ruheposition in eine nicht dargestellte, untere Funktionsposition, in der eine vorteilhafte Ausrichtung des Induktors 2 gegenüber dem in der Handhabungsvorrichtung 20 aufgenommenen Schrumpfring 4 eingenommen wird. Dadurch wird der Schrumpfring von unten in den Induktor eingeführt. Anschließend wird durch die Ansteuerungsvorrichtung 11 der Energiefluss in den Induktor 2 gestartet, wodurch ein magnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, das zu Wirbelströmen und damit zu einer Erwärmung des Schrumpfrings 4 führt. Durch den Aufbau der Schrumpfringaufnahme aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff wird die Schrumpfringaufnahme 22 lediglich durch den sich erwärmenden Schrumpfring 4 erwärmt, wobei durch die thermisch isolierende Wirkung der Schrumpfringaufnahme 22 und des Auswerfers 32 nahezu keine Wärmeleitung in den Grundkörper 21 stattfindet, so dass dieser ohne weiteres während des gesamten Erwärmungsvorgangs ohne Schutzmaßnahmen von Hand ergriffen werden kann.

Durch eine im Induktor gegebenenfalls vorgesehene, nicht näher dargestellte Sensoreinrichtung kann beispielsweise ein Temperatursignal oder ein Ausdehnungssignal an eine Auswerteeinrichtung 12 übermittelt werden, die ihrerseits mit der Ansteuerungsvorrichtung 11 gekoppelt ist. Anhand des Temperatursignals und/oder des Ausdehnungssignals wird in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Abbruchkriterium der Energiestrom in den Induktor 2 von der Ansteuerungseinrichtung 11 unterbrochen oder reduziert und ein Signal ausgegeben, dass einem Bediener die Erwärmung des Schrumpfrings auf eine vorgegebene Zieltemperatur und/oder Zielausdehnung mitteilt.

Der Bediener kann nun den Induktor 2 mittels des Antriebsmotors 10 in die Ruheposition verfahren und anschließend die Handhabungsvorrichtung 20 aus der Aufnahmebohrung 8 entfernen. Der Bediener kann nun ohne weiteres den in der Handhabungsvorrichtung 20 fest gehaltenen Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung direkt auf das mit einem Werkzeug 5 bestückte Schrumpfringfutter 3 aufsetzen und eine Aufpresskraft ausüben. Durch die geringe Wärmekapazität des Schrumpfrings 4 im Vergleich zum Schrumpfringfutter 3 findet eine rasche Abkühlung des Schrumpfrings 4 statt, wobei durch den parallel ablaufenden Schrumpfvorgang die gewünschte Spannkraft auf den Werkzeugaufnahmeabschnitt 6 und das Werkzeug ausgeübt wird. Durch Aufbringen einer Druckkraft auf die hintere Stirnfläche des Auswerfers 32 wird dieser relativ zum Grundkörper 21 in Richtung des Schrumpfrings 4 verschoben und ermöglicht somit das Auswerfen des Schrumpfrings 4 aus der Schrumpfringaufnahme 22. Je nach den Erfordernissen kann nach Abnehmen der Handhabungsvorrichtung 20 vom Schrumpfringfutter 3 noch ein nicht dargestellter Kühladapter einer Kühlvorrichtung auf den Schrumpfring aufgesetzt werden, um eine vollständige Abkühlung des Schrumpfrings 4 und des Schrumpfringfutters 3 auf Raumtemperatur sicherzustellen.

Für eine zweite Variante eines Einspannvorgangs eines Werkzeugs 5 in ein Schrumpfringfutter 3 wird das Schrumpfringfutter mit dem Werkzeug 5 bestückt und in die Aufnahmebohrung 9 der Bodenplatte 8 platziert. Der für das Schrumpfringfutter 3 passende Schrumpfring 4 wird in eine Schrumpfringaufnahme eingesetzt, die an der Abdeckplatte 17 vorgesehen ist. Die in diesem Fall als Handhabungsvorrichtung dienende Abdeckplatte 17 wird auf den Induktor 2 aufgelegt und kraftübertragend verriegelt. Mittels der Abdeckplatte/Handhabungsvorrichtung wird der Schrumpfring von oben genau in der optimalen Heizposition innerhalb des Induktors positioniert.

Nach Start des Schrumpfvorgangs wird zunächst über die Ansteuerungsvorrichtung 11 der Induktor 2 bestromt und erwärmt über Wirbelströme den Schrumpfring 4. Je nach Ausgestaltung der Schrumpfeinrichtung wird die Versorgung des Induktors 2 mit Energie in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit oder in Abhängigkeit von Signalen einer Sensoreinrichtung unterbrochen bzw. reduziert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Induktor 2 mitsamt dem daran angekoppelten Schrumpfring in Richtung des Schrumpfringfutters 3 verfahren und mittels des Antriebsmotors 10 eine mechanische begrenzte oder elektronisch geregelte Aufpresskraft ausgeübt. Durch die anschließende Abkühlung des Schrumpfrings 4 wird dieser kraftschlüssig auf das Schrumpffutter 3 aufgebracht, der Induktor 2 kann nun wieder in seine Ruheposition verfahren werden, während das Schrumpfringfutter aus der Aufnahmebohrung 9 entnommen wird und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.

Nach Start des Schrumpfvorgangs wird zunächst über die Ansteuerungsvorrichtung 11 der Induktor 2 bestromt und erwärmt über Wirbelströme den Schrumpfring 4. Je nach Ausgestaltung der Schrumpfeinrichtung wird die Versorgung des Induktors 2 mit Energie in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit oder in Abhängigkeit von Signalen einer Sensoreinrichtung unterbrochen bzw. reduziert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Induktor 2 mitsamt dem daran angekoppelten Schrumpfring in Richtung des Schrumpfringfutters 3 verfahren und mittels des Antriebsmotors 10 eine mechanische begrenzte oder elektronisch geregelte Aufpresskraft ausgeübt. Durch die anschließende Abkühlung des Schrumpfrings 4 wird dieser kraftschlüssig auf das Schrumpffutter 3 aufgebracht, der Induktor 2 kann nun wieder in seine Ruheposition verfahren werden, während das Schrumpfringfutter aus der Aufnahmebohrung 9 entnommen wird und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.


Anspruch[de]
Verfahren zum thermischen Spannen eines Werkzeugs (5) in einem Schrumpfringfutter (3) mit den Schritten: Einsetzen des Werkzeugs in das Schrumpfringfutter, Erwärmen eines Schrumpfrings (4), Aufsetzen des Schrumpfrings auf das Schrumpfringfutter, Abkühlen des Schrumpfrings, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring für das Erwärmen und Aufsetzen in einer Handhabungsvorrichtung (20) aufgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring für den Erwärmungsvorgang mittels einer gegenüber anderen Teilen der Handhabungsvorrichtung thermisch und/oder elektrisch isolierten Schrumpfringaufnahme (22) fixiert wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung auf das Schrumpfringfutter aufgepresst wird. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring mittels der Handhabungsvorrichtung mit einer definierten Aufpresskraft auf das Schrumpfringfutter aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpfring, insbesondere nach erfolgtem Aufpressvorgang auf das Schrumpfringfutter, mittels eines an der Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Schrumpfringauswerfers (32) aus der Wirkverbindung mit der Handhabungsvorrichtung freigegeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Handhabungsvorrichtung ein Fixierimpuls auf den Schrumpfring ausgeübt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung mit dem Schrumpfringfutter zum Aufpressen des Schrumpfrings in eine kraftübertragende, insbesondere formschlüssige Wirkverbindung gebracht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmungsvorgangs eine Erwärmungszeit und/oder eine Erwärmungstemperatur und/oder eine Ausdehnung des Schrumpfrings von einer Auswerteeinheit (12) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungszeit und/oder die Erwärmungstemperatur und/oder die Ausdehnung des Schrumpfrings als Kriterium für eine Beendigung des Erwärmungsvorgangs und/oder eine Durchführung eines Aufpressvorgangs auf das Schrumpfringfutter benutzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsvorrichtung mittels einer kraftübertragenden Wirkverbindung mit der Handhabungsvorrichtung zum Aufpressen des Schrumpfrings auf das Schrumpffutter genutzt wird. Handhabungsvorrichtung zum Aufnehmen und Aufpressen eines Schrumpfrings auf ein Schrumpfringfutter, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Grundkörper (21), an dem eine Schrumpfringaufnahme vorgesehen ist, wobei die Schrumpfringaufnahme für eine selbsthaltende Aufnahme des Schrumpfrings ausgebildet ist. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme aus einem isolierenden Werkstoff, insbesondere aus einem nichtmetallischen Material, bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, besonders bevorzugt aus Polyether-Ether-Keton hergestellt ist. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schrumpfringaufnahme und/oder an dem Grundkörper eine Anschlaggeometrie für eine Übertragung von axialen Druckkräften auf den Schrumpfring vorgesehen ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper ein Schrumpfringauswerfer (32) vorgesehen ist, der für eine Auswurfbewegung ausgebildet ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme (22) am Grundkörper (21) auswechselbar angebracht ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme mit einer Einführungseinrichtung versehen ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme derart an den Schrumpfring angepasst ist, dass der Schrumpfring nur lagerichtig einsetzbar ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme zur Aufnahme von Schrumpfringen unterschiedlicher Durchmesser verstellbar ausgeführt ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme mit einer mechanischen Codierung versehen ist, die insbesondere mit einer mechanischen Codierung von Schrumpfringen korrespondiert. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme mit einer Greifeinrichtung für die Ausübung von Zugkräften auf den Schrumpfring längs der Längsachse des Schrumpfringfutters, insbesondere zum Abziehen des Schrumpfrings von dem Schrumpfringfutter, versehen ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Impulseinrichtung für die Übertragung eines Fixierimpulses auf den Schrumpfring vorgesehen ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper und/oder der Schrumpfringaufnahme eine Kopplungsstruktur für eine kraftübertragende Ankopplung an das Schrumpfringfutter vorgesehen ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und/oder die Schrumpfringaufnahme an eine Verwendung mit einer induktiven Erwärmungsvorrichtung angepasst ist. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme an einem auswechselbar an der Erwärmungsvorrichtung anbringbaren Element, insbesondere an einem Feldkonzentrator, angebracht ist. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrumpfringaufnahme (22) mit einer konischen Aufnahmeöffnung (28) versehen ist, die einen Öffnungsdurchmesser hat, der kleiner als ein größter Aussendurchmesser und größer als ein kleinster Aussendurchmesser des Schrumpfrings ist. Schrumpfeinrichtung mit einer Erwärmungseinrichtung (2) und einer Aufnahme für zumindest ein Schrumpfringfutter (8), die gegeneinander relativbeweglich ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung für die Aufnahme einer Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24 ausgebildet ist, um den Schrumpfring in der Heizposition zu halten. Schrumpfeinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung (10) für eine Kraftaufbringung auf die Handhabungsvorrichtung vorgesehen ist. Schrumpfeinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung für die Aufbringung einer Axialkraft längs einer Mittelachse (14) des Schrumpfringfutters ausgebildet ist. Schrumpfeinrichtung nach Anspruch 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (11) für eine Verarbeitung von Signalen einer dem Schrumpfring und/oder der Handhabungsvorrichtung zugeordneten Auswerteeinheit vorgesehen ist. Schrumpfeinrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung für eine Betätigung des Schrumpfringauswerfers ausgebildet ist. Schrumpfeinrichtung einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebseinrichtung für eine Betätigung der Greifeinrichtung und für eine Aufbringung von axialen Zugkräften ausgebildet ist. Schrumpfring für die Verwendung mit einem Schrumpfringfutter, gekennzeichnet durch eine konische Außenkontur. Schrumpfring nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur einen Konuswinkel von 1,5 Grad bis 3,5 Grad, vorzugsweise 2,5 Grad aufweist. Schrumpfring nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenfläche des Schrumpfrings zumindest eine Codierung vorgesehen ist.






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