DE10114149C2 - Schrumpffutter, insbesondere für Werkzeuge mit kleinem Schaftdurchmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schrumpffutter mit einem klemmend in der ge­ genüber dem Durchmesser des Werkzeugs kleiner dimensionierten Werkzeugauf­ nahme des Futterkörpers gehalterten Werkzeug, das durch induktives Erwärmen des Futterkörpers, der aus einem Material mit einem höheren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten besteht als das Werkzeug, einsetzbar bzw. herausnehmbar ist, insbesondere zum Spannen von HSS-Werkzeugen und von Werkzeugen mit klei­ nem Schaftdurchmesser.

Die einseitige Erwärmung eines - beispielsweise in der DE 299 13 743 U1 be­ schriebenen - Futterkörpers zur Aufweitung der Werkzeugaufnahme und zum Ein­ setzen des Werkzeugs ist - völlig unabhängig davon, auf welche Art und Weise die Erwärmung erfolgt - völlig unproblematisch, da hier ja der Futterkörper und das Werkzeug noch getrennt sind. Schwierigkeiten bereitet aber das Herausneh­ men des Werkzeugs, da bei der hierfür erforderlichen Erwärmung des Futterkör­ pers zwangsläufig und unvermeidlich auch eine Erwärmung des Werkzeugschaf­ tes mit stattfindet, die der Öffnungsbewegung durch Aufweiten der Werkzeugauf­ nahme entgegenwirkt. Bei üblichen Stählen für die Futterkörper mit einem thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten von 12 µm/mK und Hartmetallwerkzeugen mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6 µm/mK ergeben sich trotz der Miterwärmung des Werkzeugschaftes ausreichende Aufweitungsunterschiede zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Werkzeugschaft, so dass auch in die­ sen Fällen relativ unproblematisch eine Entnahme des Werkzeugs durch Erwär­ mung des Futterkörpers möglich ist.

Erhebliche Probleme ergeben sich allerdings durch die Verwendung von Werk­ zeugen aus Schnellstahl, die ebenfalls einen thermischen Ausdehnungskoeffi­ zienten von etwa 12 µm/mK aufweisen. In diesen Fällen lässt sich das Werkzeug praktisch überhaupt nicht mehr aus dem Futter herausnehmen, da jede Erwär­ mung des Futters auch eine Erwärmung des Werkzeugs und damit eine nahezu gleiche Ausdehnung zur Folge hat. Die Wahl eines anderen Materials für den Futterkörper mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten scheitert aber bei den in jüngster Zeit zunehmend in Gebrauch kommenden Schrumpfanordnungen unter Verwendung einer induktiven Heizung für das Schrumpffutter, da derartige Materi­ alien meist nur schwach oder überhaupt nicht magnetisch sind und deshalb mit einer solchen induktiven Heizung nicht rasch und einfach auf die notwendigen Temperaturen zum Einsetzen oder Herausnehmen des Werkzeugs erhitzt werden können.

Für eine sichere Klemmung sind zum einen der Ausdehnungskoeffizient des Fut­ terwerkstoffes und zum anderen die Schafttoleranz des Werkzeuges ausschlag­ gebend. Nur wenn die Aufweitung des Futters mindestens die Schafttoleranz ab­ deckt, ist eine sichere Spannung gewährleistet. Herkömmlicherweise werden Presswerkzeuge mit der Schafttoleranz h6 gefertigt. Durchmesser unter 6 mm sind nicht mehr mit Schrumpffuttern zu Spannen, da die Ausdehnung herkömmli­ cher Futter bei diesen kleinen Durchmessern nicht ausreicht.

In den nachveröffentlichten DE 100 28 720 A1 und DE 199 44 440 C2 sind bereits Maßnahmen vorgeschlagen worden, um das Ausspannen von Werkzeugen aus Schnellstahl zu verbessern. Der Grundgedanke dabei ist, dass der Wärmeüber­ gang vom Futter zum Werkzeug durch thermisch isolierende Zwischenschichten blockiert oder zumindest stark behindert wird. Auch diese Maßnahmen können aber trotz der relativ aufwändigen Baumaßnahmen nicht in allen Fällen zu befrie­ digenden Ergebnissen führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schrumpffutter der eingangs genannten Art, bei dem der Futterkörper durch induktive Erwärmung aufgeheizt werden soll, so auszugestalten, dass auch HSS-Werkzeuge mit hohem Ausdeh­ nungskoeffizienten und auch Werkzeuge mit kleinen Schaftdurchmessern einsetz­ bar, bzw. herausnehmbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Futterkör­ per aus einem nicht- oder schwachmagnetischem Stahl mit einem hohen Wärme­ ausdehnungskoeffizienten (α < 12 µm/mK) besteht und dass auf dem Spannab­ schnitt des Futterkörpers ein aus induktiv erwärmbarem Material bestehendes Bauteil lösbar klemmend aufsteckbar ist, wobei das Bauteil ein radial auffederba­ rer Ring (10) mit einer der Außenkontur des Spannabschnittes (11) entsprechen­ den Innenbohrung ist. Insbesondere kann für das Bauteil ein ferromagnetisches Material verwendet werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist einerseits eine induktive Erwärmung des Futterkörpers möglich, wobei der Futterkörper selbst indirekt durch das aufge­ steckte, aus induktiv erwärmbarem Material bestehende Bauteil erwärmt wird. An­ dererseits ist durch die Ausbildung des Futterkörpers aus einem nicht- oder nur schwach-magnetischen Stahl eine Materialauswahl möglich, derart, dass ein ho­ her Wärmeausdehnungskoeffizient des Futterkörpers größer als der Wärmeaus­ dehnungskoeffizient der HSS-Werkzeuge und auch größer als der von Fräswerk­ zeugen mit der Schafttoleranz h6 gegeben ist, sodass bei der Erwärmung ausrei­ chende Aufweitungsunterschiede zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Werkzeugschaft gegeben sind. Im Gegensatz zu einem älteren Vorschlag, vor­ zugsweise aus ferritischem Material bestehende induktiv erwärmbare Materialien in den Futterkörper mit einzubauen, was eine sehr aufwändige Herstellung erfor­ dert, hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, dass sehr einfache, aus einem einheitlichen Material wie beispielsweise VA-Stahl gefertigte Schrumpffutter zum Spannen von Standardfräswerkzeugen mit Standardschafttoleranzen einge­ setzt werden können. Es bedarf lediglich eines auf den Spannabschnitt des Fut­ terkörpers aufsteckbaren Bauteils aus induktiv erwärmbarem Material, um indirekt über die Erwärmung dieses Bauteils den Schrumpfabschnitt des Futterkörpers, der selbst nicht induktiv erwärmbar wäre, induktiv aufheizen zu können.

Mit besonderem Vorteil kann die Auffederung durch eine Auftrennung des Rings bewerkstelligt sein.

Durch die Auffederung des Rings aus induktiv erwärmbarem Material behindert dieser nicht die thermische Ausdehnung des Spannabschnitts des Futterkörpers, der ja einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Ring selbst aufweist und demzufolge sich radial stärker dehnt, als dies der Ring aufgrund der Erwärmung tun würde. Die radiale Auffederbarkeit des Rings sorgt aber dafür, dass hieraus keine Behinderung der radialen Aufweitung der Werkzeugaufnahme des Futterkörpers entstehen kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Einen Längssschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes Schrumpffutter mit lösbar aufgestecktem induktivem Heizteil,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Stirnansicht des induktiv erwärmbaren aufgesteckten Heizrings.

Das in der Figur gezeigte Schrumpffutter 1 ist mit einem bekannten Steilkegel­ schaft 2 zur maschinenseitigen Aufspannung versehen und weist am vorderen Ende eine als Bohrung ausgebildete Werkzeugaufnahme 3 zum Einsetzen eines Werkzeuges 4, beispielsweise eines Bohrers, Fräsers oder dergleichen, auf. Der Durchmesser der Werkzeugaufnahme 3 ist so gehalten, dass durch Erwärmung des die Werkzeugaufnahme enthaltenden Spannabschnittes des Futterkörpers die Werkzeugaufnahme 3 auf einen Durchmesser gebracht werden kann, der größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes des Werkzeuges 4 im kalten Zustand. Dies ermöglicht es, den Werkzeugschaft des kalten Werkzeugs in die Werkzeu­ taufnahme 3 des am vorderen Ende erwärmten Schrumpffutters einzuschieben. Durch ein anschließendes Abkühlen zieht sich das Schrumpffutter zusammen, die Spannaufnahme 3 wird im Durchmesser geringer und das Werkzeug 4 wird fest eingeklemmt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dabei zusätzlich drei axiale Nuten 6 eingebracht, durch die Kühlmittel von hinten über einen Zuführkanal 7 herangebracht wird, das längs des Außenmantels des Werkzeugs 4 nach vorne laufen kann. Dadurch werden sowohl das Werkzeug 4 als auch die Spannhülse im Spannbereich gekühlt. Gleichzeitig kann das nach vorne austretende Kühl- Schmiermittel auf die Bearbeitungsstelle des Werkzeugs am Werkstück gelangen. Bei 9 erkennt man einen Freistich zur besseren Verteilung des vom Zuführkanal ankommenden und in die Nuten 6 zu verteilenden Kühl- und Schmiermittels.

Die Besonderheit des dargestellten Schrumpffutters besteht darin, dass es aus einem nicht direkt induktiv erwärmbarem Material, beispielsweise VA, besteht, das dafür aber einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten α < 12 µm/mK besitzt. Um dennoch eine induktive Erwärmung des Bereichs der Werkzeugaufnahme des Futterkörpers durchführen zu können, ist erfindungsgemäß im gezeigten Ausführungsbeispiel ein aus induktiv erwärmbarem Material, beispielsweise fermagneti­ schem Material, bestehender Ring 10 vorgesehen, der lösbar klemmend auf den Spannabschnitt 11 des Futterkörpers aufsteckbar ist. Zu diesem Zweck ist der Ring 10 mit einer konischen Innenbohrung versehen, die der Konusform des Spannabschnitts 11 entspricht. Wesentlich ist dabei, dass der Ring 10 radial fe­ dernd ausgebildet ist, was im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Auftren­ nung des Rings unter Bildung eines Schlitzes 12 bewirkt wird. Wird über eine in­ duktive Heizspule der Ring 10 erwärmt, wobei er durch den großflächigen Kontakt den Spannabschnitt 11 des Futterkörpers mit erwärmt, so wird wegen dieser Auf­ federbarkeit des Rings die thermische Aufweitung der Werkzeugaufnahme 3 des Schrumpffutters 1 durch den Ring 10 nicht behindert, obgleich die thermische Ausdehnung des Rings selbst kleiner ist, als die des Schrumpffutters 1. Nach Be­ endigung des Schrumpfvorgangs wird der Ring einfach abgenommen.

Somit können Standardfräswerkzeuge mit Standardschafttoleranzen im Schrumpf­ verfahren gespannt werden.

Claims (3)

1. Schrumpffutter mit einem klemmend in der gegenüber dem Durchmesser des Werkzeugschaftes kleiner dimensionierten Werkzeugaufnahme des Futterkörpers gehalterten Werkzeug, das durch induktives Erwärmen des Futterkörpers, der aus einem Material mit einem höheren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten besteht als das Werkzeug, einsetzbar bzw. heraus­ nehmbar ist, insbesondere zum Spannen von HSS-Werkzeugen und von Werkzeugen mit kleinem Schaftdurchmesser, dadurch gekennzeichnet, dass der Futterkörper aus einem nicht- oder schwachmagnetischem Stahl mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α < 12 µm/mK) besteht und dass auf den Spannabschnitt (11) des Futterkörpers ein aus induktiv erwärmbarem Material bestehendes Bauteils lösbar klemmend aufsteckbar ist, wobei das Bauteil ein radial auffederbarer Ring (10) mit einer der Au­ ßenkontur des Spannabschnittes (11) entsprechenden Innenbohrung ist.

2. Schrumpffutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bau­ teil aus ferromagnetischem Material besteht.

3. Schrumpffutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (10) an einer Stelle aufgetrennt ist.