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Dokumentenidentifikation DE202006019670U1 12.04.2007
Titel Kühladapter für Schrumpffutter
Anmelder Kelch & Links GmbH, 73614 Schorndorf, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 202006019670
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.04.2007
Registration date 08.03.2007
Application date from patent application 19.12.2006
IPC-Hauptklasse B23B 31/117(2006.01)A, F, I, 20061219, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Kühladapter zur Kühlung eines Schrumpffutters, wobei der Kühladapter für eine Wärmeabfuhr von einem Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters an dem Schrumpffutter so anordenbar ist, dass er den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters zumindest teilweise umgibt.

Schrumpffutter werden in der sogenannten Schrumpftechnik eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Technik zur Herstellung hochgeschwindigkeitstauglicher Werkzeuge für eine materialabtragende Werkstückbearbeitung. Die verwendeten Schrumpffutter weisen einen Werkzeugaufnahmeabschnitt mit einer mindestens abschnittsweise thermisch aufweitbaren Werkzeugaufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Werkzeugschaftes eines Werkzeugs sowie einen zur Aufnahme des Schrumpffutters in eine Maschinenspindel vorgesehenen Einspannabschnitt auf. Der Einspannabschnitt kann beispielsweise nach Art eines Hohlschaftkegels oder eines Steilkegels ausgebildet sein. Zur Herstellung eines Werkzeuges wird mindestens ein Teil des Werkzeugaufnahmeabschnitts so stark erwärmt, dass sich durch thermische Ausdehnung die Werkzeugaufnahmeöffnung so stark aufweitet, dass der Werkzeugschaft eines einzusetzenden Werkzeuges einführbar ist. Nach Einführen des Werkzeugschaftes wird der Abschnitt derart abgekühlt, dass das Werkzeug in der durch die Abkühlung geschrumpften Werkzeugaufnahmeöffnung reibschlüssig gehalten wird. Dadurch entstehen Werkzeuge fast wie aus einem Stück, wobei die Verbindung zwischen Schrumpffutter und eingesetztem Werkzeug jederzeit durch Ausschrumpfen wieder lösbar ist. Beim Ausschrumpfen wird der Werkzeugaufnahmeabschnitt so stark erwärmt, dass das eingesetzte Werkzeug aus der sich thermisch erweiternden Werkzeugaufnahmeöffnung wieder entnehmbar ist. In dieser Anmeldung wird in der Regel sowohl das einzusetzende Werkzeugteil, z.B. ein Fräser, als auch die durch Zusammensetzen von Werkzeugteil und Schrumpffutter entstehende Kombination als Werkzeug bezeichnet.

Eine Kühlung nach dem Einschrumpfen oder Ausschrumpfen kann ohne Hilfsmittel durch einen unter Umgebungsbedingungen ablaufenden Kühlvorgang erfolgen. Für eine derartigen Abkühlvorgang ist jedoch eine vergleichsweise lange Zeitspanne erforderlich. Es ist daher bekannt, Hilfsmittel einzusetzen, um eine Abkühlzeit zu verringern.

Dabei ist beispielsweise aus der DE 100 25 004 A1 eine Kühleinrichtung bekannt, bei der ein Kühladapter auf das Schrumpffutter in Axialrichtung aufgesetzt werden kann, welcher zumindest teilweise von gekühltem Wasser durchströmt wird. Der mit dem Schrumpffutter in großflächigem Berührungskontakt stehende Kühladapter ermöglicht eine zügige Abkühlung des Schrumpffutters. Da das Kühlmedium in dem Kühladapter verbleibt und nicht direkt mit dem Schrumpffutter in Kontakt tritt, wird dieses Verfahren zur Abkühlung auch als indirektes Kühlverfahren bezeichnet.

Das Aufsetzen oder Entfernen bekannter Kühladapter verlangt eine gewisse Fertigkeit des Nutzers, um ein eingesetztes Werkzeug nicht durch ungewünschten Kontakt zu beschädigen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kühladapter zu schaffen, welcher einfach an ein Schrumpffutter durch einen Bediener anbringbar und von diesem entfernbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kühladapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Ein erfindungsgemäßer Kühladapter zur Kühlung eines Schrumpffutters, der für eine Wärmeabfuhr von einem Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters an diesem so anordenbar ist, dass er den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters zumindest teilweise umgibt, umfasst mindestens zwei zu einer Hülsenform verbindbare Segmente, so dass der Kühladapter zur Befestigung an dem Schrumpffutter und/oder zum Lösen von dem Schrumpffutter in Umfangsrichtung werkzeuglos öffenbar und verschließbar ist. Ein derartiger Kühladapter muss nicht in Axialrichtung auf das Schrumpffutter aufgesetzt werden, sondern kann, beispielsweise wie eine Manschette, von der Seite, d.h. quer zur Axialrichtung, angelegt und z.B. durch Annäherung in Radialrichtung um das Schrumpffutter gelegt bzw. von diesem abgenommen werden. Dadurch wird insbesondere bei eingesetzten Werkzeugen verhindert, dass beim Aufsetzen oder Entfernen des Kühladapters in Axialrichtung das Werkzeug durch Kontakt mit dem Kühladapter beschädigt wird.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Segmente über mindestens ein Scharnier klappbar miteinander verbunden. Ein derartiges Scharnier, welches in einer Ausgestaltung im Wesentlichen parallel zur Achsrichtung verläuft, ermöglicht eine besonders einfache Handhabung des Kühladapters.

In einer weiteren Ausgestaltung des Kühladapters ist eine Verschlusseinrichtung, insbesondere mit einem Klettverschluss, vorgesehen, durch welche die Segmente miteinander verbindbar sind. In einer Ausgestaltung weist die Verschlusseinrichtung beispielsweise Haken und Ösen auf. In einer anderen Ausgestaltung sind Bänder vorgesehen, welche miteinander verschnürbar oder über einen Klettverschluss miteinander verbindbar sind. Durch die Verschlusseinrichtung ist eine sichere Befestigung des Kühladapters an dem Schrumpffutter zur Kühlung gegeben. Der Klettverschluss kann dabei an Bändern vorgesehen sein, welche um den gesamten Umfang des Kühladapters reichen, oder an kurzen Bändern, welche nur um einen Teil des Kühladapters gelegt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des Kühladapters umfasst die Verschlusseinrichtung eine Spannvorrichtung. Durch die Verschlusseinrichtung mit Spannvorrichtung ist ein Anbringen des Kühladapters an dem Schrumpffutter unter Druck möglich. Bei einer Spannvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Gurtspanner oder dergleichen zum Spannen von Bändern der Verschlusseinrichtung handeln.

In einer weiteren Ausgestaltung des Kühladapters weist der Kühladapter eine Aufnahmeöffnung auf, welche an eine Außenkontur des zu kühlenden Werkzeugaufnahmeabschnitts so angepasst ist, dass eine großflächige Wärmeübertragung gegeben ist. Durch die großflächige Wärmeübertragung ist eine schnelle Abkühlung möglich.

In Weiterbildung des Kühladapters ist die Aufnahmeöffnung so gestaltet, dass eine wärmeleitende Presspassung zwischen Werkzeugaufnahmeabschnitt und Kühladapter besteht. Durch ein Kontakt unter Presspassung ist eine besonders effektive Kühlung möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühladapter eine konische Aufnahmeöffnung, insbesondere mit einem Öffnungswinkel zwischen ca. 3° und ca. 6°, vorzugsweise bei ca. 4.5° auf. Durch eine derartige Aufnahmeöffnung ist eine gute Anpassung an den Werkzeugaufnahmeabschnitt des Schrumpffutters gegeben. Kühladapter, welche eine konische Aufnahmeöffnung mit spitzen Öffnungswinkeln aufweisen, sind vielfach aufgrund von Selbsthemmung nur schwer wieder in Axialrichtung von einem Schrumpffutter abziehbar. Durch die Teilbarkeit des erfindungsgemäßen Kühladapters ist eine einfache Entfernung des Kühladapters von dem Schrumpffutter in Radialrichtung auch bei konischen Aufnahmeöffnungen möglich.

In Weiterbildung des Kühladapters ist der Kühladapter aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Aluminium und Legierungen auf Basis von Aluminium sind auf Grund ihrer guten Wärmeleiteigenschaften besonders für den Kühladapter geeignet.

In einer weiteren Ausgestaltung des Kühladapters weist der Kühladapter ein Verhältnis von Außenvolumen zu Materialvolumen kleiner oder gleich zwei auf. Als Außenvolumen wird das Volumen des Kühladapters ohne Berücksichtigung der Aufnahmeöffnung, d.h. bei Annahme eines Vollkörpers, bezeichnet. Als Materialvolumen wird dagegen das tatsächliche Volumen des Kühladapters, d.h. das Außenvolumen weniger dem Volumens der Aufnahmeöffnung, bezeichnet. Bei einem derartigen Verhältnis ist das Außenvolumen des Kühladapters mindestens doppelt so groß wie das Volumen des zu kühlenden Werkzeugaufnahmeabschnitts. Dadurch ist eine effektive Wärmeabfuhr bzw. Wärmeaufnahme durch den Kühladapter selbst und ggf. eine gute Wärmeabgabe beispielsweise an die Umgebung möglich.

In Ausgestaltung des Kühladapters sind die Segmente zu einer geschlossenen Hülse mit konstanter Materialstärke in Umfangsrichtung verbindbar. Dadurch wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr an dem zu kühlenden Werkzeugaufnahmeabschnitt erzielt.

In einer Ausgestaltung wirkt der Kühladapter mit einer Kühleinrichtung zusammen, welche beispielsweise zur Kühlung des Kühladapters mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist. Eine derartige Kühleinrichtung ermöglicht eine besonders effektive Kühlung mit geringen Abkühlzeiten. Der Kühladapter kann hierfür an seinem Außenumfang entsprechend gestaltet sein, um mit der Kühleinrichtung zusammenzuwirken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für eine Bestimmung der Temperatur ein Temperatursensor an dem Kühladapter angebracht. Vorzugsweise wird ein bedienerunabhängiger Temperatursensor eingesetzt. Ein bedienerunabhängiger Temperatursensor basiert darauf, dass der Bediener während der Temperaturermittlung keinen Einfluss auf das Messverfahren oder das Messergebnis nimmt oder ggf. eine Temperaturermittlung durch Fühlen oder Tasten mit den Händen an der Oberfläche des Schrumpffutters vornimmt. Damit wird ein objektives Ergebnis der Temperaturbestimmung sichergestellt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch der Ablauf der Temperaturbestimmung bedienerunabhängig, d.h. ein Beginn oder ein Ende des Temperaturbestimmungsvorgangs ist nicht von einem Eingriff des Bedieners abhängig.

Der Temperatursensor kann fest am Kühladapter oder an einem Segment angebracht sein. Er steht dann schon vor dem Anbringen des Kühladapters am Schrumpffutter in Wärmeübertragungsverbindung mit der entsprechenden Komponente des Kühladapters. Vorteilhaft ist hierbei z.B., dass der Kühladapter zu Beginn des Abkühlvorgangs grundsätzlich ein geringeres Temperaturniveau aufweist als das erwärmte Schrumpffutter, so dass ein an dem Kühladapter angebrachter Temperatursensor eine geringere thermische Stabilität aufweisen kann, als dies von einem direkt am Schrumpffutter anzuordnenden Temperatursensor zu fordern wäre. Außerdem kann das Schrumpffutter frei von Temperatursensoren bleiben, die bei nicht ausgewuchteter Anbringung zu Störungen der Rundlaufeigenschaften des Schrumpffutters führen könnten. Die Wärmeübertragungsverbindung kann auch erst später hergestellt werden, beispielsweise indem ein Infrarotsensor auf den aufgesetzten Kühladapter gerichtet und aktiviert wird.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

1: eine schrägperspektivische, schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schrumpffutters und

2: eine schrägperspektivische, schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühladapters.

1 zeigt schematisch ein Schrumpffutter 1, in welches ein nicht dargestelltes Werkzeug mittels Schrumpftechnik einspannbar ist. Das Schrumpffutter 1 wird hierfür durch eine nicht dargestellte Vorrichtung, beispielsweise ein Schrumpfgerät, derart aufgeheizt, dass sich eine Werkzeugaufnahmeöffnung 10 an einem Werkzeugaufnahmeabschnitt 11 weitet. In die geweitete Werkzeugaufnahmeöffnung 10 ist das nicht dargestellte Werkzeug einfach einsetzbar und nach einer Abkühlung wird das Werkzeug in der Werkzeugaufnahmeöffnung 10 sicher kraftschlüssig gehalten. Zum Lösen des Werkzeugs wird der Werkzeugaufnahmeabschnitt 11 erneut erwärmt und die Werkzeugaufnahmeöffnung 10 so wieder geweitet. Über den Einspannabschnitt 12 ist das Schrumpffutter 1 beispielsweise in einer nicht dargestellten Maschinenspindel aufnehmbar.

Für eine effektive Kühlung des Schrumpffutters 1 wird gemäß einer Ausführungsform ein in 2 schematisch dargestellter Kühladapter 2 um den Werkzeugaufnahmeabschnitt 11 des Schrumpffutters 1 gelegt.

Der Kühladapter 2 umfasst zwei aus einem metallischen Vollmaterial gefertigte Segmente 20, welche über ein Scharnier 21 klappbar miteinander verbunden sind. An dem Kühladapter 2 ist weiter ein Klettverschluss 20a, 20b vorgesehen, durch welche die Segmente 20 in geschlossenem Zustand miteinander verbindbar sind. Der Kühladapter 2 weist eine konische Aufnahmeöffnung 23 mit Öffnungswinkel &agr; auf, wo bei für einen großflächigen Berührungskontakt mit dem in 1 dargestellten Werkzeugaufnahmeabschnitt 11 ein Öffnungswinkel &agr; der Aufnahmeöffnung 23 bei ca. 4,5° liegt. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Öffnungswinkel möglich. Insbesondere bei Schrumpffuttern, welche nicht den üblichen Winkel von ca. 4,5° im Werkzeugaufnahmeabschnitt aufweisen, kann ein anderer Öffnungswinkel &agr; für einen großflächigen Berührungskontakt von Vorteil sein.

Der Kühladapter 2 aus Aluminium-Vollmaterial weist für eine gute Wärmeaufnahme ein großes Volumen auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis von Außenvolumen zu Materialvolumen kleiner 2. Als Außenvolumen wird das Volumen des Kühladapters 2 ohne Berücksichtigung der Aufnahmeöffnung 20 bezeichnet, d. h. das Volumen eines angenommenen Vollkörpers. Als Materialvolumen wird dagegen das tatsächliche Volumen des Kühladapters 2 unter Abzug des Volumens der Aufnahmeöffnung 20 bezeichnet. In anderen Worten, dass Materialvolumen des Kühladapters 2 ist größer als das Volumen der Aufnahmeöffnung 20. Bei einem derartigen Verhältnis ist eine gute Wärmeaufnahme und damit eine effiziente Abkühlung des Werkzeugaufnahmeabschnittes möglich.

Die Größe eines erfindungsgemäßen Kühladapters 2 ist in einem Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass ein Kühladapter mit zwei Schrumpffuttern unterschiedlicher Größe verwendbar ist. Beispielsweise ist für ein Schrumpffutter mit einem maximalen Durchmesser von 8 mm im Werkzeugaufnahmeabschnitt der gleiche Kühladapter einsetzbar wie für ein Schrumpffutter mit einem maximalen Durchmesser von 6 mm im Werkzeugaufnahmeabschnitt.

Die Segmente 20 können im „zugeklappten" Zustand des Kühladapters 2 durch den Klettverschluss miteinander verbunden werden. Der Klettverschluss 20a, 20b ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Segmente 20 so zu einer Hülsenform miteinander verbindbar sind, dass sie gegen einen in der Aufnahmeöffnung 23 eingesetzten Werkzeugaufnahmeabschnitt 11 gepresst werden.

Der dargestellte Kühladapter 2 ist vorzugsweise als massive, klappbare Aluminium-Hülse gestaltet. Es sind jedoch auch andere gut wärmeleitende Materialien, z.B. Kupfer oder kupferhaltige Legierungen, möglich. Zudem ist eine Gestaltung des Kühladapters mit Kanälen, beispielsweise für Kühlmittel für eine direkte Kühlung, denkbar.

An einem Segment 20 ist ein Temperatursensor 24 angebracht, durch welchen die Temperatur des zugehörigen Segments 20 und damit des Kühladapters 2 bestimmbar ist. Der Temperatursensor 24 ist aus einem temperaturempfindlichen Material aufgebaut, welches bei Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Umschlagtemperatur eine signifikante Farbänderung durchführt. Die Umschlagtemperatur liegt beispielsweise bei ca. 30°C. Solange die Temperatur des Segments 20 bei über 30°C bleibt, ist der Temperatursensor 24 beispielsweise rot. Bei Temperaturen von 30°C und darunter ist der Temperatursensor 24 dagegen blau. Diese Farben signalisieren üblicherweise Wärme und Kälte. Andere Farben sind jedoch denkbar.


Anspruch[de]
Kühladapter zur Kühlung eines Schrumpffutter (1), wobei der Kühladapter (2) für eine Wärmeabfuhr von einem Werkzeugaufnahmeabschnitt (11) des Schrumpffutters (1) an dem Schrumpffutter (1) so anordenbar ist, dass er den Werkzeugaufnahmeabschnitt (11) des Schrumpffutters (1) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet dass der Kühladapter (2) mindestens zwei zu einer Hülsenform verbindbare Segmente (20) umfasst, so dass der Kühladapter (2) zur Befestigung an dem Schrumpffutter und/oder zum Lösen von dem Schrumpffutter in Umfangsrichtung werkzeuglos öffenbar und verschließbar ist. Kühladapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (20) über mindestens ein Scharnier (21) klappbar miteinander verbunden sind. Kühladapter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (20) durch eine Verschlusseinrichtung, insbesondere einen Klettverschluss (22a, 22b), miteinander verbindbar sind. Kühladapter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung eine Spannvorrichtung umfasst, um die Segmente (20) gegen einen Werkzeugaufnahmeabschnitt (11) zu pressen. Kühladapter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühladapter (2) eine Aufnahmeöffnung (23) aufweist, welche an eine Außenkontur des Werkzeugaufnahmeabschnitts (11) so angepasst ist, dass eine großflächige Wärmeübertragung gegeben ist. Kühladapter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (23) so gestaltet, dass eine wärmeleitende Presspassung zwischen Werkzeugaufnahmeabschnitt (11) und Kühladapter (20) besteht. Kühladapter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (23) konisch gestaltet ist, insbesondere mit einem Öffnungswinkel zwischen ca. 3° und ca. 6°, vorzugsweise bei ca. 4,5°. Kühladapter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühladapter (2) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ist. Kühladapter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühladapter (2) ein Verhältnis von Materialvolumen zu Außenvolumen größer oder gleich eins aufweist. Kühladapter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (20) zu einer geschlossenen Hülse mit konstanter Materialstärke in Umfangsrichtung verbindbar sind. Kühladapter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kühladapter (2) ein Temperatursensor (24) angebracht ist, der für eine Bestimmung der Temperatur zumindest eines Segmentes (20) vorgesehen ist. Kühladapter nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (24) an einer Stelle angebracht ist, die bei hergestelltem Berührungskontakt zwischen dem Kühladapter (2) und einem Werkzeugaufnahmeabschnitt (11) des Schrumpffutters (1) für einen Bediener sichtbar ist. Kühladapter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (24) aus mindestens einem temperaturempfindlichen Material aufgebaut ist. Kühladapter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturempfindliche Material für eine temperaturabhängige Veränderung seiner optisch wahrnehmbaren Eigenschaften ausgebildet ist. Kühladapter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturempfindliche Material für eine signifikante Farbänderung im Bereich einer vorgebbaren Umschlagtemperatur ausgebildet ist. Kühladapter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlagtemperatur im Bereich zwischen 15°C und 50°C, insbesondere im Bereich zwischen 20°C und 40°C liegt.






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