DE10348880A1

DE10348880A1 - Method for inductive heating of shrink fit tool holder has the end of the tool sleeve fitted with a non magnetic insulating disc to limit thermal losses

Info

Publication number: DE10348880A1
Application number: DE2003148880
Authority: DE
Inventors: Franz Haimer; Josef Haimer
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: AT502174B1; CH697428B1; AT502174A4

Abstract

A method for inductive heating of a tool holder sleeve (5) to grip and release tool shafts (11) via a shrink fit process has the induction coil (19) radially spaced from the sleeve and with an outer cladding (23) of magnetic non conducting material to form a concentrator for the induced fields. A concentrator ring is also positioned around the tool shaft and is separated from the end of the sleeve by a disc (33) of non magnetic insulating material. The disc can be of ceramic or of any suitable material and prevents thermal losses from the sleeve to the concentrator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines eine zentrische Aufnahmeöffnung für einen Schaft eines Rotationswerkzeugs, beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers oder Reibwerkzeugs enthaltenden Hülsenabschnitts eines Werkzeughalters, der den in der Aufnahmeöffnung sitzenden Schaft des Werkzeugs im Presssitz hält und bei Erwärmung freigibt.The The invention relates to a device for inductive heating of a a centric receiving opening for one Shaft of a rotary tool, such as a drill or Cutter or Frictional tool containing sleeve portion of a Tool holder, which fits the seated in the receiving shaft of the Tool holds in a press fit and when heated releases.

Insbesondere für mit hoher Drehzahl rotierende Werkzeuge ist es bekannt, deren Schaft in einen Hülsenabschnitt eines Werkzeughalters einzuschrumpfen. Der Hülsenabschnitt wird hierzu beispielsweise mittels einer ihn umschließenden Induktionsspule erwärmt, so dass der Werkzeugschaft in die sich damit wärmedehnende, d.h. vergrößernde Aufnahmeöffnung des Hülsenabschnitts eingesteckt werden kann. Der Außendurchmesser des Werkzeugschafts ist etwas größer als der Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung, so dass das Werkzeug nach dem Abkühlen des Hülsenabschnitts im Presssitz drehfest in dem Werkzeughalter gehalten ist.Especially for with high speed rotating tools it is known whose shaft in a sleeve section Shrink a tool holder. The sleeve portion is for this purpose, for example by means of a surrounding him Induction coil heated, so that the tool shank can penetrate into the heat-expanding, i.e. enlarged receiving opening of sleeve section can be inserted. The outer diameter of the tool shank is slightly larger than the nominal diameter of the receiving opening, so that the tool after cooling of the sleeve portion in a press fit rotatably held in the tool holder.

Hierfür geeignete induktive Heizvorrichtungen sind beispielsweise aus DE 101 02 710 A1 und DE 101 57 432 A1 bekannt. Diese Vorrichtungen haben eine auf den Hülsenabschnitt des Werkzeughalters aufsetzbare und ihn hierbei mit radialem Abstand ringförmig umschließende Induktionsspule, die aus einem Generator mit elektrischem Wechselstrom gespeist wird. Das Magnetfeld der Induktionsspule induziert in dem elektrisch leitenden, zumeist auch magnetisierbarem Material des Werkzeughalters Induktionsströme, die den Hülsenabschnitt unmittelbar erwärmen. Die Induktionsspule erstreckt sich axial zumindest über die Eingriffslänge, mit der der Werkzeugschaft in die Aufnahmeöffnung eintaucht und schließt mit ihrer Wicklung etwa im Bereich des werkzeugseitigen Stirnendes des Hülsenabschnitts axial mit diesem ab. In radialer Richtung verläuft der Innenumfang der Induktionsspule im Abstand zum Hülsenabschnitt, um ein und dieselbe Induktionsspule bei Werkzeughaltern mit unterschiedlichem Außendurchmesser des Hülsenabschnitts nutzen zu können.For this purpose, suitable inductive heating devices are, for example DE 101 02 710 A1 and DE 101 57 432 A1 known. These devices have an insertable on the sleeve portion of the tool holder and in this case at a radial distance annularly enclosing induction coil, which is fed from a generator with alternating electrical current. The magnetic field of the induction coil induced in the electrically conductive, usually also magnetizable material of the tool holder induction currents that heat the sleeve portion directly. The induction coil extends axially at least over the engagement length, with which the tool shank dips into the receiving opening and closes with its winding approximately in the region of the tool-side end face of the sleeve portion axially with this. In the radial direction, the inner circumference of the induction coil extends at a distance from the sleeve section in order to be able to use one and the same induction coil in tool holders with different outer diameters of the sleeve section.

An ihren Stirnseiten und an ihrem Außenumfang ist die Wicklung der Induktionsspule mit einer Flusskonzentratoranordnung aus einem magnetisierbaren, d.h. ferromagnetischem oder ferrimagnetischem Material ummantelt, dessen, bezogen auf Luft hohe magnetische Leitfähigkeit den magnetischen Fluss im Wesentlichen auf diesen Mantel konzentriert. Das magnetisierbare Material der Flusskonzentratoranordnung ist elektrisch nicht leitend, um zu verhindern, dass sich auch der Flusskonzentratormantel induktiv erwärmt. Der dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts benachbarte Bereich des Flusskonzentratormantels ist als Ringelement ausgebildet, welches unmittelbar auf dem werkzeugseitigen Stirnende des Hülsenabschnitts axial aufliegt. Bei dem Ringelement kann es sich beispielsweise um einen Abschirmkragen handeln, wie er in DE 101 02 710 A1 beschrieben ist oder aber um eine Ringscheibe, die sich radial über die Stirnfläche der Wicklung der Induktionsspule hinweg nach Art eines Polschuhs bis zum Außenumfang der Induktionsspule hin erstreckt, wie dies beispielsweise in DE 101 57 432 A1 beschrieben ist.At its end faces and at its outer circumference, the winding of the induction coil is encased with a flux concentrator arrangement of a magnetizable, ie ferromagnetic or ferrimagnetic material whose high magnetic conductivity, based on air, substantially concentrates the magnetic flux on this cladding. The magnetizable material of the flux concentrator assembly is electrically non-conductive to prevent the flux concentrator jacket from being inductively heated. The region of the flux concentrator jacket adjacent to the tool-side end of the sleeve section is designed as a ring element which rests axially directly on the tool-side front end of the sleeve section. The ring element may be, for example, a shield collar, as it is in DE 101 02 710 A1 or around an annular disc extending radially over the end face of the winding of the induction coil in the manner of a pole piece to the outer periphery of the induction coil out, as for example in DE 101 57 432 A1 is described.

Bei herkömmlichen Induktionsvorrichtungen liegt der aus magnetisierbarem Material bestehende Flusskonzentratormantel zur Vermeidung von Luftspalten, die den magnetischen Widerstand des Magnetflusskreises erhöhen, unmittelbar am Stirnende des Hülsenabschnitts der Werkzeughalters auf. Da sich der Hülsenabschnitt beim Ein- und Ausschrumpfen des Werkzeughalters auf mehrere 100°C erwärmt, kann es im Dauerbetrieb herkömmlicher Vorrichtungen zu Schäden an dem relativ empfindlichen magnetisierbaren Material des Flusskonzentratormantels kommen.at usual Induction devices is made of magnetizable material existing flux concentrator jacket to avoid air gaps, which increase the magnetic resistance of the magnetic flux circuit, directly at the front end of the sleeve section the tool holder on. Since the sleeve section at Ein- and Shrinking the tool holder heated to several 100 ° C, can it is more conventional in continuous operation Devices to damage on the relatively sensitive magnetizable material of the flux concentrator shell come.

Insbesondere um das Rotationswerkzeug aus dem Werkzeughalter problemlos ausspannen zu können, kommt es darauf an, dass der Hülsenabschnitt über seine axiale Länge hinreichend erwärmt wird. Es hat sich gezeigt, dass der bei herkömmlichen Induktionsvorrichtungen unmittelbar auf dem Stirnende des Hülsenabschnitts aufliegende Flusskonzentratormantel Wärme ableitet und dementsprechend die Wärmedehnung des Stirnendes unzureichend sein kann. Die Folge ist, dass der Schaft des auszuspannenden Rotationswerkzeugs in dem Werkzeughalter klemmt und das Ausspannen erschwert ist.Especially to easily unclamp the rotary tool from the tool holder to be able to it is important that the sleeve section over his axial length is heated sufficiently. It has been shown that in conventional induction devices directly resting on the front end of the sleeve portion Flux concentrator coat heat derives and accordingly the thermal expansion of the front end insufficient can be. The result is that the shaft of the rotary tool to be set clamped in the tool holder and the clamping is difficult.

Bei herkömmlichen Induktionsvorrichtungen wird die Induktionsspule relativ zu dem Werkzeughalter mittels des an dem Stirnende des Hülsenabschnitts aufliegenden Flusskonzentratormantels axial positioniert. Der Flusskonzentratormantel besteht üblicherweise aus sprödem Ferritmaterial, das bei unachtsamem Aufsetzen auf das Stirnende des Hülsenabschnitts splittern oder zerbrechen kann.at usual Induction devices will be the induction coil relative to the Tool holder by means of the at the front end of the sleeve portion axially positioned flux concentrator overlying. The flux concentrator jacket usually exists from brittle Ferrite material, the careless putting on the front end of the sleeve section splinter or break.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters zu schaffen, die besser als bisher für den Dauerbetrieb geeignet ist.It The object of the invention is a device for inductive heating of a To create tool holder that better than before for continuous operation suitable is.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines eine zentrische Aufnahmeöffnung für einen Schaft eines Rotationswerkzeugs enthaltenden Hülsenabschnitt eines Werkzeughalters, der den in der Aufnahmeöffnung sitzenden Schaft des Werkzeugs im Presssitz hält und bei Erwärmung freigibt. Eine solche Vorrichtung umfasst eine Induktionsspulenanordnung mit wenigstens einer für die Erwärmung des Hülsenabschnitts mit elektrischem Strom periodisch wechselnder Stärke speisbare Induktionsspule und mit einer den magnetischen Fluss der Induktionsspule auf den Bereich des werkzeugseitigen Endes des Hülsenabschnitts konzentrierenden Flusskonzentratoranordnung aus einem magnetisierbaren, elektrisch im Wesentlichen nicht leitenden Material, wobei die Flusskonzentratoranordnung eine Auflagefläche aufweist, mit der sie in einer definierten Axialposition relativ zu dem Werkzeughalter an diesem im Bereich des werkzeugseitigen Endes des Hülsenabschnitts anlegbar ist.The invention is based on a device for inductive heating of a central receiving opening for a shaft of a rotary movement containing tube portion of a tool holder which holds the seated in the receiving shaft of the tool in a press fit and releases when heated. Such an apparatus comprises an induction coil arrangement with at least one induction coil which can be fed with electrical current of periodically changing intensity for heating the sleeve section and with a flux concentrator arrangement comprising a magnetizable, electrically substantially non-conductive material which concentrates the magnetic flux of the induction coil on the region of the tool-side end of the sleeve section wherein the flux concentrator arrangement has a bearing surface, with which it can be applied in a defined axial position relative to the tool holder on this in the region of the tool-side end of the sleeve portion.

Die vorstehend angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flusskonzentratoranordnung ein die Anlagefläche bildendes Anlageelement aus einem elektrisch nicht leitenden, nicht magnetisierbarem Material umfasst.The The above object is achieved by the fact that the flux concentrator arrangement a contact element forming the contact surface made of an electrically non-conductive, non-magnetizable material includes.

Bei einer solchen Vorrichtung verläuft die Kontur der Flusskonzentratoranordnung im Bereich des für das Ein- und Ausschrumpfen des Werkzeugs aus dem Werkzeughalter relevanten, werkzeugseitigen Stirnende des Hülsenabschnitts vollständig im Abstand von diesem werkzeugseitigen Stirnende und ist durch das bevorzugt als thermische Isolierung wirkende Anlageelement gegen Wärmeleitung oder/und Wärmestrahlung geschützt. Auf diese Weise kann die Flusskonzentratoranordnung auch aus thermisch weniger belastbarem und damit kostengünstigerem Material hergestellt werden. Auch werden Klemmprobleme beim Ausspannen des Werkzeugschafts vermieden, da das Anlageelement den Wärmeabfluss im Bereich des werkzeugseitigen Endes des Hülsenabschnitts behindert. Da das Anlageelement nicht aus dem magnetisierbaren Material der Flusskonzentratoranordnung besteht, kann gezielt Material mit besseren mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. Das Anlageelement wirkt damit als mechanischer Schutzpuffer für das magnetisierbare Material der Flusskonzentratoranordnung. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Magnetfluss trotz des durch das Anlageelement bedingten Abstands zwischen dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts einerseits und der Flusskonzentratoranordnung andererseits hinreichend gezielt dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts zugeführt werden kann.at such a device runs the contour of the flux concentrator arrangement in the region of the and shrinking the tool from the toolholder relevant, Tool-side front end of the sleeve section Completely at a distance from this tool-side front end and is through the preferably acting as a thermal insulation contact element against heat conduction or / and heat radiation protected. In this way, the Flußkonzentratoranordnung can also thermally less resilient and thus more cost-effective material getting produced. Also, clamping problems when relaxing the Tool shank avoided because the abutment element heat dissipation in Area of the tool-side end of the sleeve portion obstructed. There the contact element not from the magnetizable material of the Flußkonzentratoranordnung There may be targeted material with better mechanical properties be used. The contact element thus acts as a mechanical Protection buffer for the magnetizable material of the flux concentrator assembly. Surprisingly has been shown that the magnetic flux despite the by the contact element conditional distance between the tool-side end of the sleeve portion on the one hand and the flux concentrator arrangement on the other hand sufficient be selectively supplied to the tool-side end of the sleeve portion can.

Das Anlageelement besteht bevorzugt aus Keramik, jedoch ist temperaturfester Kunststoff auch geeignet. Bevorzugt ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Anlageelements geringer als die des magnetisierbaren Materials der Flusskonzentratoranordnung.The Investment element is preferably made of ceramic, but is more temperature resistant Plastic also suitable. The thermal conductivity of the material of the contact element is preferred less than that of the magnetizable material of the flux concentrator assembly.

Von Vorteil ist ferner, dass das Anlageelement für die axiale Positionierung der Flusskonzentratoranordnung relativ zum Werkzeughalter ausgenutzt werden kann, was für die Reproduzierbarkeit des Schrumpfvorgangs von Bedeutung ist. Zweckmäßigerweise umfasst hierbei die Flusskonzentratoranordnung ein mit der Induktionsspule zu einer Einheit verbundenes Ringelement aus dem magnetisierbaren Material und ist über das Anlageelement an dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts des Werkzeughalters abstützbar. Das Anlageelement kann hierbei an der stirnseitigen Umfangskante oder auch gegebenenfalls an dem zumeist konischen Umfangsmantel des Hülsenabschnitts des Werkzeughalters abgestützt sein. Bevorzugt ist jedoch die Anlagefläche des Anlageelements an einer werkzeugseitigen, axialen Stirnfläche des Hülsenabschnitts des Werkzeughalters anlegbar.From Another advantage is that the contact element for the axial positioning the Flußkonzentratoranordnung used relative to the tool holder can be, what for the reproducibility of the shrinking process is important. Conveniently, in this case comprises the Flußkonzentratoranordnung a with the induction coil to a unit connected ring element of the magnetizable Material and is over the abutment element on the tool-side end of the sleeve portion of the Tool holder can be supported. The contact element can in this case at the frontal peripheral edge or also optionally on the mostly conical peripheral shell of the sleeve portion supported the tool holder be. However, the contact surface of the contact element is preferably at one tool-side, axial end face of the sleeve portion of the tool holder applied.

Der Magnetfluss der Flusskonzentratoranordnung kann in dem Bereich des Stirnendes des Hülsenabschnitts des Werkzeughalters sowohl axial als auch radial eingeleitet werden. So kann die Flusskonzentratoranordnung mit einer Stirnfläche am axialen werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts radial überlappen, wobei sich das Anlageelement in den Überlappungsbereich zwischen der Flusskonzentratoranordnung und der Stirnfläche hinein erstreckt und mit seiner Anlagefläche an der Stirnfläche anliegt. Alternativ kann die Kontur der Flusskonzentratoranordnung im Bereich des werkzeugseitigen Endes des Hülsenabschnitts auch mit radialem Abstand zur Umfangsfläche des Hülsenabschnitts verlaufen, wobei auch hier das Anlageelement mit seiner Anlagefläche an einer Stirnfläche am axialen, werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts anliegt. In der letztgenannten Ausgestaltung steht das Anlageelement radial nach innen über den Innenumfang der Flusskonzentratoranordnung vor. Bei beiden Ausgestaltungen kann als Anlageelement eine einfache Ringscheibe genutzt werden.Of the Magnetic flux of the flux concentrator arrangement may be in the range of Forehead of the sleeve section the tool holder are introduced both axially and radially. Thus, the Flußkonzentratoranordnung with an end face on the axial overlap radially on the tool-side end of the sleeve section, wherein the abutment element in the overlap region between the Flußkonzentratoranordnung and the end face extends into and with its contact surface abuts the end face. Alternatively, the contour of the flux concentrator arrangement in the area the tool-side end of the sleeve portion extend also with a radial distance from the peripheral surface of the sleeve portion, wherein Here too, the contact element with its contact surface on an end face on the axial, tool-side end of the sleeve section is applied. In the latter embodiment, the contact element is radially inward over the inner periphery of the Flußkonzentratoranordnung ago. In both embodiments can be used as an investment element a simple annular disc.

Zweckmäßigerweise umfasst die Flusskonzentratoranordnung dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts benachbart ein Ringelement aus dem magnetisierbaren Material, welches mit dem Anlageelement zu einer Einheit verbunden ist. Dies erleichtert das Aufsetzen der zusammen mit der Flusskonzentratoranordnung eine Baueinheit bildenden Induktionsspule auf den Werkzeughalter. Das Ringelement einschließlich des Anlageelements sind bevorzugt betriebsmäßig auswechselbar mit der Induktionsspule verbunden, um die Induktionsspulen-Baueinheit auf einfache Weise an unterschiedlich große Werkzeughalter anpassen zu können. Die Einheit aus Ringelement und Anlageelement kann angeschraubt sein; einfacher handhabbar sind jedoch Riegelverbindungen, wie z.B. Bajonettverbindungen oder dergleichen. In einer Variante kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anlageelement mit der Induktionsspule zu einer Einheit verbunden ist, während das aus magnetisierbarem Material bestehende Ringelement seinerseits betriebsmäßig auswechselbar an der Einheit, beispielsweise dem Anlageelement, befestigt ist.The flux concentrator arrangement expediently comprises the tool-side end of the sleeve section adjacent a ring element of the magnetizable material, which is connected to the contact element to form a unit. This facilitates the placement of the induction coil forming a structural unit together with the flux concentrator arrangement on the tool holder. The ring element including the contact element are preferably operatively interchangeable connected to the induction coil in order to adapt the induction coil assembly in a simple manner to different sized tool holder can. The unit of ring element and contact element can be screwed; However, easier to handle are bar connections, such as bayonet connections or the like. In a variant, however, it can also be provided that the contact element with the In production coil is connected to a unit, while the magnetizable material existing ring element in turn is operatively interchangeable attached to the unit, such as the contact element.

Die Induktionsspule umschließt den Hülsenabschnitt des Werkzeughalters bevorzugt konzentrisch, wobei der den Magnetfluss der Induktionsspule auf dem Bereich des werkzeugseitigen Endes des Hülsenabschnitts konzentrierende Bereich der Flusskonzentratoranordnung als Ringelement, insbesondere Ringscheibe oder Ringhülse ausgebildet ist, welches mit dem werkzeugseitigen Ende des Hülsenabschnitts radial oder/und axial überlappt. Anordnungen dieser Art sind vergleichsweise einfach herzustellen. Es versteht sich, dass jedoch auch andere Induktionsspulentypen genutzt werden können, beispielsweise Anordnungen mit mehreren um den Hülsenabschnitt des Werkzeughalters herum angeordneten Teilspulen, deren Magnetfluss mittels der Flusskonzentratoranordnung an den Werkzeughalter herangeführt wird, wie sie beispielsweise in DE 202 03 784 U1 beschrieben sind. Es versteht sich ferner, dass die Ringelemente, soweit sie vorstehend erläutert wurden, nicht zwingend als geschlossene Ringe ausgebildet sein müssen, geeignet sind auch segmentierte Ringe.The induction coil surrounds the sleeve portion of the tool holder preferably concentrically, wherein the magnetic flux of the induction coil on the region of the tool-side end of the sleeve portion concentrating region of Flußkonzentratoranordnung is designed as a ring member, in particular annular disc or ring sleeve which with the tool-side end of the sleeve portion radially and / or axially overlaps. Arrangements of this type are relatively easy to manufacture. It is understood, however, that other induction coil types can also be used, for example arrangements with a plurality of partial coils arranged around the sleeve section of the tool holder, the magnetic flux of which is guided by means of the flux concentrator arrangement to the tool holder, as described, for example, in US Pat DE 202 03 784 U1 are described. It is further understood that the ring elements, insofar as they have been explained above, need not necessarily be formed as closed rings, segmented rings are also suitable.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt:in the The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Hereby shows:

1 einen Axiallängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters mit einem scheibenförmigen Polschuh am werkzeugseitigen Ende des Werkzeughalters; 1 a Axiallängsschnitt by an inventive device for inductive heating of a tool holder with a disc-shaped pole piece on the tool-side end of the tool holder;

2 einen Axiallängsschnitt durch eine Variante der Vorrichtung nach 1; 2 a Axiallängsschnitt by a variant of the device according to 1 ;

3 einen Axiallängsschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkzeughalters mit einem Abschirmkragen am werkzeugseitigen Ende des Werkzeughalters und 3 a Axiallängsschnitt by another device according to the invention for inductive heating of a tool holder with a Abschirmkragen on the tool-side end of the tool holder and

4 einen Axiallängsschnitt durch eine Variante der Vorrichtung nach 3. 4 a Axiallängsschnitt by a variant of the device according to 3 ,

1 zeigt einen hier einteiligen, gegebenenfalls aber auch mehrteiligen Werkzeughalter 1 aus einem zumindest elektrisch leitenden, hier aber auch magnetisierbaren Material, wie z.B. Stahl, der an seinem axial einen Ende ein Norm-Anschlussstück, wie z.B. einen Steilkegel 3, und an seinem axial anderen Ende einen Hülsenabschnitt 5 aufweist. Der Hülsenabschnitt 5 enthält zentrisch zur Drehachse 7 des Werkzeughalters 1 eine Aufnahmeöffnung 9 für einen mit seinem Schaft 11 in die Aufnahmeöffnung 9 in nachfolgend noch näher erläuterter Weise einsetzbares, ansonsten nicht näher dargestelltes Rotationswerkzeug, beispielsweise einen Bohrer, einen Fräser oder ein Reibwerkzeug. Der Außendurchmesser des Schafts 11 ist etwas größer als der freie Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung 9, so dass der Schaft 11 eingesetzt in den Hülsenabschnitt 5 für die Übertragung des Arbeitsdrehmoments im Presssitz gehalten ist. 1 shows a one-piece here, but possibly also multi-part tool holder 1 from an at least electrically conductive, but also magnetizable material, such as steel, at its one axial end a standard connector, such as a steep taper 3 , and at its axially other end a sleeve portion 5 having. The sleeve section 5 contains centric to the axis of rotation 7 of the tool holder 1 a receiving opening 9 for one with his shaft 11 in the receiving opening 9 in the manner explained in more detail below, not otherwise shown rotary tool, such as a drill, a milling cutter or a reaming tool. The outer diameter of the shaft 11 is slightly larger than the free nominal diameter of the receiving opening 9 so that the shaft 11 inserted into the sleeve section 5 held for the transmission of the working torque in a press fit.

Um den Werkzeugschaft 11 in den Werkzeughalter 1 einsetzen oder aus diesem entnehmen zu können, wird der Hülsenansatz 5 durch Erwärmen aufgeweitet. Die Erwärmung erfolgt mittels einer auf den Hülsenansatz 5 aufgesetzten und diesen mit radialem Abstand ihres Innendurchmessers vom Außenumfang des Hülsenabschnitts 5 konzentrisch umschließenden Induktionsspule 13, die mittels eines bei 15 angedeuteten Halters eines Induktionsschrumpfgeräts achsparallel zur Drehachse 7 verschiebbar gehalten und aus einem Stromgenerator 17 mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom einer Frequenz von beispielsweise 10 bis 50 kHz gespeist wird. Der von einer angenähert zylindrischen Wicklung 19 erzeugte Magnetfluss induziert in dem Hülsenabschnitt 5 Wirbelströme, die den Hülsenabschnitt 5 in relativ kurzer Zeit erwärmen und damit die Aufnahmeöffnung 9 zum Einschieben oder Herausziehen des Werkzeugschafts 11 hinreichend aufweiten.To the tool shank 11 in the tool holder 1 insert or remove from this, the sleeve approach 5 widened by heating. The heating takes place by means of a sleeve approach 5 patch and this with a radial distance of its inner diameter from the outer circumference of the sleeve portion 5 concentrically enclosing induction coil 13 , which by means of a 15 indicated holder of an induction shrinking device axially parallel to the axis of rotation 7 slidably held and from a power generator 17 is supplied with alternating current or pulsed direct current of a frequency of, for example, 10 to 50 kHz. The one of an approximately cylindrical winding 19 generated magnetic flux induced in the sleeve portion 5 Eddy currents that the sleeve section 5 warm up in a relatively short time and thus the receiving opening 9 for insertion or withdrawal of the tool shank 11 sufficiently widening.

Die Induktionsspule 13 hat innenliegend einen aus temperaturfestem Kunststoff oder Keramik bestehenden Spulenkörper 21, auf den die viellagige Wicklung 19 aufgebracht ist. Der Außenumfang und die dem Werkzeug axial abgewandte Stirnfläche der Wicklung 19 ist mit einer mehrteiligen Jochschale 23 aus einem magnetisierbaren, elektrisch nicht leitendem Material überdeckt, welches als Flusskonzentrator dient und den magnetischen Fluss im Umgebungsbereich der Wicklung 19 auf die Jochschale 23 konzentriert. Die Jochschale 23 kann aus ferromagnetischem Material oder magnetischen Verbundwerkstoffen auf Keramik- oder Kunststoffbasis, wie z.B. Ferrit, hergestellt sein.The induction coil 13 has inside a made of temperature-resistant plastic or ceramic bobbin 21 on which the four-ply winding 19 is applied. The outer circumference and the tool axially facing away from the end face of the winding 19 is with a multipart yoke shell 23 covered by a magnetizable, electrically non-conductive material, which serves as a flux concentrator and the magnetic flux in the surrounding area of the winding 19 on the yoke cup 23 concentrated. The yoke cup 23 may be made of ferromagnetic material or magnetic composites based on ceramics or plastics, such as ferrite.

Die mit der Jochschale 23 versehene Wicklung 19 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte für die Aufnahme des Werkzeugschafts 11 bestimmte Länge der Aufnahmeöffnung 9 bzw. des Hülsenabschnitts 5. Mit ihrer der werkzeugseitigen Stirnfläche 25 des Hülsenabschnitts 5 benachbarten Stirnseite erstreckt sich die Wicklung 19 axial bis etwa auf die Höhe der Stirnseite 25 des Hülsenabschnitts 5.The with the yoke cup 23 provided winding 19 extends substantially over the entire for receiving the tool shank 11 certain length of the receiving opening 9 or the sleeve section 5 , With its the tool-side end face 25 of the sleeve section 5 adjacent winding extends the winding 19 axially up to about the height of the front side 25 of the sleeve section 5 ,

Die Jochschale 23 umfasst den Außenmantel der Wicklung 19 mit einem hülsenförmigen Mantelabschnitt 27 an den sich ringscheibenförmige Polschuhe 29 bzw. 31 anschließen, die die axialen Stirnflächen der Wicklung 19 radial übergreifen. Der zur werkzeugseitigen Stirnfläche 25 des Hülsenansatzes 5 benachbarte Polschuh 29 erstreckt sich bis an den Hülsenabschnitt 5 heran und überlappt mit dessen Stirnfläche 25 radial. Axial zwischen der Stirnfläche 25 und dem Polschuh 29 ist im Überlappungsbereich ein ringscheibenförmiges Anlageelement 33 angeordnet, welches an dem Polschuh 29 befestigt ist und mit seiner dem Polschuh 29 axial abgewandten Fläche 35 an der Stirnfläche 25 des Hülsenabschnitts 5 aufliegt. Das Anlageelement 33 besteht aus Keramik oder einem temperaturfesten Kunststoff und hat schlechtere Wärmeleiteigenschaften als das Material des Polschuhs 29. Das Anlageelement 33 isoliert damit den Polschuh 29 thermisch gegenüber dem im Betrieb sich auf Temperaturen von mehreren 100°C erwärmenden Hülsenabschnitt 5.The yoke cup 23 includes the outer jacket of the winding 19 with a sleeve-shaped man telabschnitt 27 on the ring-shaped pole shoes 29 respectively. 31 connect the axial faces of the winding 19 radially overlap. The tool-side end face 25 of the sleeve approach 5 adjacent pole piece 29 extends to the sleeve section 5 zoom in and overlap with its face 25 radial. Axial between the face 25 and the pole piece 29 is in the overlap area an annular disc-shaped contact element 33 arranged, which on the pole piece 29 is attached and with his the pole piece 29 axially facing surface 35 at the frontal area 25 of the sleeve section 5 rests. The investment element 33 is made of ceramic or a temperature-resistant plastic and has poorer heat-conducting properties than the material of the pole piece 29 , The investment element 33 isolated with the pole piece 29 thermally opposite to the sleeve section heated during operation to temperatures of several 100 ° C 5 ,

Der Polschuh 29 leitet den Magnetfluss der Wicklung 19 im Bereich der Stirnfläche 25 in den Hülsenabschnitt 5. Um mit ein und derselben Wicklung 19 Werkzeughalter 1 mit unterschiedlichen Radialabmessungen erwärmen zu können, ist der Polschuh 29 einschließlich des daran gehaltenen, thermisch isolierenden Auflageelements 33 betriebsmäßig auswechselbar an der Induktionsspule 13 befestigt. Nach Lösen der Schrauben 37 kann der Polschuh 29 gewechselt werden. Es versteht sich, dass auch andere Befestigungsorgane genutzt werden können. Beispielsweise kann der Polschuh 29 mit einer Bajonettverriegelung an der Baueinheit befestigt sein.The pole piece 29 conducts the magnetic flux of the winding 19 in the area of the face 25 in the sleeve section 5 , To be with one and the same winding 19 toolholder 1 to heat with different radial dimensions, is the pole piece 29 including the thermally insulating support member held thereon 33 operationally replaceable on the induction coil 13 attached. After loosening the screws 37 can the pole piece 29 change. It is understood that other fastening organs can be used. For example, the pole piece 29 be attached to the unit with a bayonet lock.

Im Folgenden werden Varianten der anhand der 1 erläuterten Vorrichtung beschrieben. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der 1 und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die vorangegangene Beschreibung Bezug genommen.The following are variants of the basis of the 1 described device described. Equivalent components are identified by the reference numerals of 1 and provided with a letter for distinction. For an explanation of the construction and the operation, reference is made to the preceding description.

Im Ausführungsbeispiel der 1 überlappt der zur werkzeugseitigen Stirnfläche 25 des Hülsenabschnitts 5 benachbarte Polschuh 29 des Jochmantels 23 die Stirnfläche 25 in radialer Richtung. In der Variante der 2 überlappt der zur werkzeugseitigen Stirnfläche 25a benachbarte Polschuh 29a des Jochmantels 23a den ringförmig konischen Umfangsmantel 39 des Hülsenabschnitts 5a zumindest über einen Teil seiner axialen Dicke in axialer Richtung. Auf diese Weise wird der von dem Polschuh 29a konzentrierte Magnetfluss ganz oder zumindest zum Teil am Umfang des Hülsenabschnitts 5a in diesen eingeleitet. Das wiederum ringscheibenförmige, thermisch isolierende, aus Keramik oder temperaturfestem Kunststoff bestehende Anlageelement 33a verlängert den Innenbereich des Polschuhs 29a nach radial innen und liegt mit seiner Anlagefläche 35 wiederum auf der Stirnfläche 25a des Hülsenabschnitts 5a für die Positionierung der Induktionsspule 13a auf.In the embodiment of 1 overlaps the tool-side end face 25 of the sleeve section 5 adjacent pole piece 29 of the yoke mantle 23 the face 25 in the radial direction. In the variant of 2 overlaps the tool-side end face 25a adjacent pole piece 29a of the yoke mantle 23a the annular conical circumferential coat 39 of the sleeve section 5a at least over part of its axial thickness in the axial direction. In this way, that of the pole piece 29a concentrated magnetic flux wholly or at least partially on the circumference of the sleeve portion 5a initiated in these. The turn ring-shaped, thermally insulating, ceramic or temperature-resistant plastic existing investment element 33a extends the interior of the pole piece 29a radially inward and lies with its contact surface 35 again on the face 25a of the sleeve section 5a for positioning the induction coil 13a on.

In der Ausführungsform der 3 ist der anhand der 1 und 2 erläuterte, ringscheibenförmige Polschuh durch einen angenähert konusschalenförmigen Abschirmkragen 29b ersetzt, der den magnetischen Fluss der auf dieser Seite etwas über die Wicklung 19b axial überstehenden Jochschale 23b optimal zur Stirnseite 25b des Hülsenabschnitts 5b lenkt und gleichzeitig den über den Hülsenabschnitt 5b vorstehenden Teil des Werkzeugschafts 11b abschirmt und vor induktiver Erwärmung schützt. Der Abschirmkragen 29b verläuft allseitig im Abstand von der Jochschale 23b, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über die werkzeugseitige Stirnfläche der Wicklung 19b hinweg erstreckt, sondern lediglich etwas über diese Stirnfläche vorsteht. Die werkzeugseitige Stirnfläche der Wicklung 19b ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer aus nichtmagnetischem Material, z.B. temperaturenfesten Kunststoff oder Keramik bestehenden Abstandhalterscheibe 41 abgedeckt. In einer Variante kann diese mit ihrem Innenumfang wiederum im Abstand zum Abschirmkragen 29b endende Scheibe 41 gleichfalls aus dem magnetisierbaren Material der Jochschale 23 bestehen, also Bestandteil der Jochschale 23b sein. Einzelheiten eines derartigen Abschirmkragens sind beispielsweise in DE 101 02 710 A1 beschrieben.In the embodiment of the 3 is the basis of the 1 and 2 explained, ring-shaped pole piece by an approximately conical shell-shaped Abschirmkragen 29b replaces the magnetic flux on this page slightly above the winding 19b axially projecting yoke shell 23b optimally to the front side 25b of the sleeve section 5b directs and at the same time over the sleeve section 5b projecting part of the tool shank 11b shields and protects against inductive heating. The shield collar 29b runs on all sides at a distance from the yoke shell 23b , which in the illustrated embodiment does not have the tool-side end face of the winding 19b extends, but only slightly protrudes beyond this end face. The tool-side end face of the winding 19b is in the illustrated embodiment with a non-magnetic material, such as temperature-resistant plastic or ceramic spacer disc 41 covered. In a variant of this, in turn, with its inner circumference at a distance to the Abschirmkragen 29b ending disc 41 also from the magnetizable material of the yoke shell 23 exist, so part of the yoke shell 23b be. Details of such a Abschirmkragens are for example in DE 101 02 710 A1 described.

Der Abschirmkragen 29b überlappt mit seinem im Durchmesser kleineren Ende die Stirnfläche 25b des Hülsenabschnitts 5b radial und liegt mit einem an dem Abschirmkragen 29b befestigten, ringscheibenförmigen Anlageelement 33b aus Keramik oder temperaturfestem Kunststoff an der Stirnfläche 25b an. Die Anlagefläche des Anlageelements 33b ist bei 35b angedeutet.The shield collar 29b overlaps the end face with its smaller diameter end 25b of the sleeve section 5b radially and lies with a on the Abschirmkragen 29b attached, annular disc-shaped contact element 33b made of ceramic or temperature-resistant plastic on the face 25b at. The contact surface of the contact element 33b is at 35b indicated.

Der Abschirmkragen 29b ist seinerseits an einer temperaturfesten Scheibe 43 aus Keramik oder Kunststoff gehalten und zusammen mit dieser Scheibe 43 und dem Anlageelement 33b betriebsmäßig auswechselbar zur Anpassung an unterschiedliche Abmessungen des Werkzeughalter 1b an der Induktionsspule 13b befestigt. Anstelle der Befestigungsschrauben 37b können auch hier wiederum andere Verriegelungsorgane vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Bajonettverbindung. Es versteht sich auch, dass die Scheibe 43 betriebsmäßig fest mit der Induktionsspule 13b verbunden sein kann, so dass lediglich der Abschirmkragen 29b einschließlich des Anlageelements 33b betriebsmäßig ausgetauscht werden kann. In der Ausgestaltung der 3 ist das Abstandelement 33b an dem Abschirmkragen 29b befestigt, beispielsweise angeklebt. Bei 45 ist angedeutet, dass das Anlageelement 33b auch mit der Scheibe 43 zu einer Einheit verbunden sein kann, beispielsweise mit dieser Scheibe integral ausgeführt sein kann, so dass ein die Befestigung des Abschirmkragens 29b erleichternder, muldenförmiger Sitz entsteht.The shield collar 29b is in turn on a temperature-resistant disc 43 made of ceramic or plastic and together with this disc 43 and the contact element 33b operationally replaceable for adaptation to different dimensions of the tool holder 1b at the induction coil 13b attached. Instead of the fixing screws 37b can in turn here be provided other locking members, for example in the form of a bayonet connection. It is also understood that the disc 43 operationally fixed with the induction coil 13b may be connected, so that only the Abschirmkragen 29b including the contact element 33b can be replaced operationally. In the embodiment of 3 is the spacer element 33b on the shield collar 29b attached, for example, glued. at 45 is indicated that the contact element 33b also with the disc 43 can be connected to a unit, for example, can be made integral with this disc, so that the attachment of the shield collar 29b facilitating, trough-shaped seat arises.

4 zeigt eine Variante der Vorrichtung aus 3. Ähnlich der Variante der 2 überlappt der Abschirmkragen 29c den konusförmigen Außenmantel 39c des Hülsenabschnitts 5c in einem an die Stirnfläche 25c des Hülsenabschnitts 5c unmittelbar angrenzenden Bereich in radialer Richtung. Der Abschirmkragen 29c leitet den in Verbindung mit dem Jochmantel 23c konzentrierten Magnetfluss radial in den Endbereich des Hülsenabschnitts 5 ein. Auch hier überlappt der Abschirmkragen 29c die werkzeugseitige Stirnfläche der Wicklung 19c nicht. An dem Innenumfang des Abschirmkragens 29c ist wiederum ein ringscheibenförmiges Anlageelement 33c befestigt. Das Anlageelement 33c besteht aus Keramik oder temperaturfestem Kunststoff und liegt mit seiner Anlagefläche 35c an der Stirnfläche 25c des Hülsenabschnitts 5c an. Das Element 33c positioniert einerseits die Induktionsspule 13c relativ zum Werkzeughalter 1c und isoliert den Abschirmkragen 29c thermisch gegenüber dem im Betrieb sich erwärmenden Hülsenabschnitt 5c. Auch hier ist der Abschirmkragen 29c betriebsmäßig auswechselbar, wie dies anhand der 3 erläutert wurde. 4 shows a variant of the device 3 , Similar to the variant of 2 overlaps the shield collar 29c the cone-shaped outer shell 39c of the sleeve section 5c in one to the face 25c of the sleeve section 5c immediately adjacent area in the radial direction. The shield collar 29c directs the in conjunction with the yoke jacket 23c concentrated magnetic flux radially in the end portion of the sleeve portion 5 one. Again, the shield collar overlaps 29c the tool-side end face of the winding 19c Not. On the inner circumference of the Abschirmkragens 29c is again an annular disk-shaped contact element 33c attached. The investment element 33c consists of ceramic or temperature-resistant plastic and lies with its contact surface 35c at the frontal area 25c of the sleeve section 5c at. The element 33c on the one hand positions the induction coil 13c relative to the tool holder 1c and isolates the shielding collar 29c thermally opposite the sleeve section heating during operation 5c , Again, the shield collar 29c operationally interchangeable, as indicated by the 3 was explained.

Claims

Device for inductive heating of a centric receiving opening ( 9 ) for a shaft ( 11 ) of a rotary tool containing sleeve section ( 5 ) of a tool holder ( 1 ), which in the receiving opening ( 9 ) seated shaft ( 11 ) of the tool ( 1 ) and releasing on heating, comprising: an induction coil assembly ( 13 ) with at least one for the heating of the sleeve section ( 5 ) with electric current periodically changing strength feedable induction coil ( 19 ) and with a magnetic flux of the induction coil ( 19 ) on the area of the tool-side end of the sleeve section ( 5 ) concentrating flux concentrator arrangement ( 23 ) of a magnetizable, electrically substantially non-conductive material, wherein the flux concentrator arrangement ( 23 ) a contact surface ( 35 ) in which it is in a defined axial position relative to the tool holder ( 1 ) at this in the region of the tool-side end of the sleeve section ( 5 ), characterized in that the flux concentrator arrangement ( 23 ) the contact surface ( 35 ) forming investment element ( 33 ) carries an electrically non-conductive, non-magnetizable material.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the flux concentrator arrangement ( 23 ) with the induction coil ( 19 ) connected to a unit ring element ( 29 ) of the magnetizable material and via the contact element ( 33 ) at the tool-side end of the sleeve section ( 5 ) of the tool holder ( 1 ) is supportable.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the contact surface ( 35 ) of the contact element ( 33 ) to a tool-side end face ( 25 ) of the sleeve section ( 5 ) of the tool holder ( 1 ) can be applied.

Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the flux concentrator arrangement ( 23 ) an end face ( 25 ) at the axial tool-side end of the sleeve portion ( 5 ) of the tool holder ( 1 ) radially overlaps and the contact element ( 33 ) into the overlap region between the flux concentrator assembly ( 23 ) and the face ( 25 ) and with its contact surface ( 35 ) at the end face ( 25 ) is present.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the contour of the flux concentrator arrangement ( 23a ; 23c ) in the region of the tool-side end of the sleeve section ( 5a ; 5c ) of the tool holder ( 1a ; 1c ) with a radial distance to the peripheral surface ( 39 ; 39c ) of the sleeve section ( 5a ; 5c ), and that the abutment element ( 33a ; 33c ) with its contact surface ( 35a ; 35c ) on an end face ( 25a ; 25c ) at the axial tool-side end of the sleeve portion ( 5a ; 5c ) is present.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the contact element ( 33 ) is designed as an annular disc.

Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the flux concentrator arrangement ( 23 ) the tool-side end of the sleeve section ( 5 ) adjacent a ring element ( 29 ) comprises of the magnetizable material, which with the contact element ( 33 ) is connected to a unit.

Device according to claim 7, characterized in that the ring element ( 29 ) including the contact element ( 33 ) operationally interchangeable with the induction coil ( 19 ) connected is.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the contact element ( 33 ) with the induction coil ( 19 ) is connected to a unit and the ring element ( 29 ) is operationally interchangeable with the unit.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the induction coil ( 19 ) the sleeve section ( 5 ) concentrically encloses and that the magnetic flux of the induction coil ( 19 ) on the area of the tool side End of the sleeve section ( 5 ) concentrating portion of the flux concentrator assembly ( 23 ) as a ring element ( 29 ), in particular annular disc or annular sleeve, is formed, which with the tool-side end of the sleeve portion ( 5 ) radially or / and axially overlapped.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the ring element ( 29 ) is segmented in the circumferential direction.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the contact element ( 33 ) made of plastic or ceramic.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the contact element ( 33 ) consists of thermally insulating material, in particular a material whose thermal conductivity is lower than that of the magnetizable material of the flux concentrator arrangement ( 23 ).