DE102014118411A1 - Tool having a receptacle for a replaceable tool component and method for exchanging a tool component in a tool - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Werkzeug mit einer Aufnahme für eine austauschbare Werkzeugkomponente vor, wobei das Werkzeug im Bereich der Aufnahme in einem Betriebszustand eine Betriebstemperatur von mehr als 150 °C aufweist, wobei in einem im Betriebszustand eingenommenen fixierten Zustand ein Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme realisiert ist und in einem nicht-fixierten Zustand der Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme aufgehoben ist, wobei eine durch eine Temperaturänderung veranlasste Formänderung die Werkzeugkomponente zwischen dem fixierten Zustand und dem nicht-fixierten Zustand reversibel überführt.The present invention proposes a tool with a receptacle for a replaceable tool component, the tool having an operating temperature of more than 150 ° C. in the region of the receptacle in an operating state, wherein a positive and / or frictional connection takes place in a fixed state assumed in the operating state is realized between the tool component and the receptacle and in a non-fixed state of the positive and / or frictional engagement between the tool component and the recording is canceled, wherein a caused by a change in temperature strain the tool component between the fixed state and the non-fixed state reversibly transferred.
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer Aufnahme für eine austauschbare Werkzeugkomponente und ein Verfahren zum Austauschen einer Werkzeugkomponente in einem Werkzeug. The present invention relates to a tool with a receptacle for a replaceable tool component and a method for exchanging a tool component in a tool.
Aus dem Stand der Technik sind hinlänglich Werkzeuge bekannt, die für ihre Nutzung auf vergleichsweise hohe Temperaturen erhitzt werden. Ein typisches Beispiel für ein solches Werkzeug ist ein Umformwerkzeug, mit dem ein Werkstück, beispielsweise durch Warmumformen, umgeformt wird. In der Regel wird das Werkzeug dabei mit einem Heizsystem, beispielsweise bestehend aus Heizpatronen, auf Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius erwärmt, um die Wärme beim Umformen des Werkstücks zu nutzen. Durch die vergleichsweise hohen Temperaturen treten regelmäßig Verschweißungen in den Bereichen auf, in denen das Heizsystem, insbesondere die Heizpatrone, in das Werkzeug eingelassen ist. Möchte man die Heizpatronen wiederholt auswechseln, um beispielsweise defekte Heizpatronen zu ersetzen oder die Heizleistung durch eine andere Heizpatrone anzupassen, ist das Auswechseln aufgrund der Verschweißung, die durch die Hitzeentwicklung im Werkzeug entsteht, erschwert. Sufficient tools are known from the prior art, which are heated for their use to relatively high temperatures. A typical example of such a tool is a forming tool, with which a workpiece, for example by hot forming, is formed. In general, the tool is heated with a heating system, for example consisting of heating cartridges, to temperatures of several hundred degrees Celsius, to use the heat during forming of the workpiece. Due to the comparatively high temperatures, welds regularly occur in the areas in which the heating system, in particular the heating cartridge, is embedded in the tool. If you want to replace the heating cartridges repeatedly, for example, to replace defective cartridge heaters or adjust the heating power by another heating cartridge, replacement is difficult due to the welding, which is caused by the heat in the tool.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem das Wechseln von Werkzeugkomponenten gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht wird, wenn das Werkzeug zumindest bereichsweise in seinem Betriebszustand eine Betriebstemperatur von mehr als 150°C aufweist. It is an object of the present invention to provide a tool in which the change of tool components over the prior art is simplified when the tool at least partially in its operating state has an operating temperature of more than 150 ° C.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Werkzeug mit einer Aufnahme für eine austauschbare Werkzeugkomponente, wobei das Werkzeug im Bereich der Aufnahme in einem Betriebszustand eine Betriebstemperatur von mehr als 150°C, insbesondere von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 250°C, besonders bevorzugt von mehr als 300°C aufweist, wobei in einem im Betriebszustand eingenommenen fixierten Zustand ein Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme realisiert ist und in einem nicht-fixierten Zustand der Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme aufgehoben ist, wobei eine durch eine Temperaturänderung veranlasste Formänderung, insbesondere der Werkzeugkomponente und/oder der Aufnahme, die Werkzeugkomponente zwischen dem fixierten Zustand und dem nicht-fixierten Zustand reversibel überführt. The present invention solves the problem by a tool with a receptacle for a replaceable tool component, the tool in the field of recording in an operating condition an operating temperature of more than 150 ° C, in particular more than 200 ° C, preferably more than 250 ° C, particularly preferably of more than 300 ° C, wherein in a fixed state assumed in the operating state, a positive and / or frictional engagement between the tool component and the receptacle is realized and in a non-fixed state of the form and / or frictional between the tool component and the recording is canceled, wherein a change in shape caused by a change in temperature, in particular the tool component and / or the recording, the tool component reversibly transferred between the fixed state and the non-fixed state.
Gegenüber dem Stand der Technik wird die Werkzeugkomponente durch den Form- und/oder Reibschluss zwischen der Aufnahme und der Werkzeugkomponente im fixierten Zustand festgehalten. Dadurch wird in vorteilhafter Weise darauf verzichtet, die Werkzeugkomponente in das Werkzeug derart einzulassen, dass die Gefahr eine Verschweißung gegeben ist. Das führt schließlich in vorteilhafter Weise zu einer vereinfachten Wartung und einem reduzierten Aufwand beim Wechseln der Werkzeugkomponenten. Compared to the prior art, the tool component is held by the positive and / or frictional engagement between the receptacle and the tool component in the fixed state. As a result, it is advantageously dispensed with incorporating the tool component into the tool in such a way that the danger of welding is given. This leads, finally, advantageously to a simplified maintenance and a reduced effort when changing the tool components.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Werkzeug um ein Umformwerkzeug, das beispielsweise für das Warmumformen eines Werkstücks vorgesehen ist. Insbesondere handelt es sich bei der die Formänderung veranlassenden Temperaturänderung um ein Aufheizen des Werkzeugs auf Betriebstemperatur oder das Abkühlen des Werkzeugs auf Raumtemperatur. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Aufnahme eine Aussparung bzw. einen zu einer Seite hin offenen Hohlraum umfasst, in die bzw. in den die Werkzeugkomponente eingeführt wird, wenn sie am Werkzeug montiert werden soll. Weiterhin umfasst die Aufnahme vorzugsweise eine Öffnung, durch die die Werkzeugkomponente beim Austauschen geführt wird. Es ist dabei vorstellbar, dass die Aufnahme nach unten offen ist. Insbesondere ist die Öffnung derart am Werkzeug angeordnet, dass die Werkzeugkomponente im nicht-fixierten Zustand selbstständig oder mit einem vergleichsweise geringen Aufwand die Aufnahme verlässt, wobei die Bewegung der Werkzeugkomponente aus der Aufnahme bevorzugt von der Schwerkraft zumindest unterstützt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Werkzeugkomponente und die Aufnahme im fixierten Zustand im Wesentlichen bündig abschließen. The tool is preferably a forming tool which is provided, for example, for the hot forming of a workpiece. In particular, the change in temperature causing the change in shape is a heating of the tool to the operating temperature or the cooling of the tool to room temperature. Furthermore, it is provided that the receptacle comprises a recess or a cavity open to one side into which the tool component is introduced when it is to be mounted on the tool. Furthermore, the receptacle preferably comprises an opening through which the tool component is guided during replacement. It is conceivable that the recording is open at the bottom. In particular, the opening is arranged on the tool such that the tool component in the non-fixed state leaves the receptacle independently or with comparatively little effort, wherein the movement of the tool component out of the receptacle is preferably at least supported by gravity. Furthermore, it is provided that the tool component and the receptacle terminate substantially flush in the fixed state.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Aufnahme ein erstes Material und die Werkzeugkomponente ein zweites Material umfasst, wobei sich ein Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Materials unterscheidet, vorzugsweise derart unterscheidet, dass die Werkzeugkomponente beim Erwärmen des Werkzeugs auf die Betriebstemperatur vom nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand überführt wird. Dabei lassen sich in vorteilhafter Weise die unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften zum Verpressen bzw. Einklemmen der Werkzeugkomponente in der Aussparung nutzen. Weiterhin ist die Werkzeugkomponente vom fixierten Zustand in den nicht-fixierten Zustand überführbar, wenn die Werkzeugkomponente abkühlt, insbesondere auf die Umgebungs- bzw. Raumtemperatur abkühlt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Temperatur im fixierten Zustand größer ist als die Temperatur im nicht-fixierten Zustand. Vorzugsweise ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials. According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the receptacle comprises a first material and the tool component comprises a second material, wherein a thermal expansion coefficient of the first material differs from a coefficient of thermal expansion of the second material, preferably differs such that the tool component during heating of the Tool is transferred to the operating temperature of the non-fixed state in the fixed state. In this case, the different thermal expansion properties for pressing or clamping the tool component in the recess can be used in an advantageous manner. Furthermore, the tool component from the fixed state in the unfixed state can be transferred if the Cools tool component, in particular cools down to the ambient or room temperature. In particular, it is provided that the temperature in the fixed state is greater than the temperature in the non-fixed state. Preferably, the thermal expansion coefficient of the second material is greater than the thermal expansion coefficient of the first material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Werkzeugkomponente einen Verbund aus einem Ummantelungselement und einem Kernelement aufweist. Dabei ist das Ummantelungselement vorzugsweise komplementär zur Aussparung ausgestaltet. Insbesondere ist das Ummantelungselement aus dem zweiten Material gefertigt und sorgt durch sein Ausdehnen beim Erwärmen des Werkzeugs auf Betriebstemperatur für den Übergang in den fixierten Zustand. Zum Anordnen des Kernelements wird der Verbund aus Ummantelungselement und Kernelement innerhalb der Aussparung angeordnet und anschließend vom nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand überführt. Beispielsweise ist das Kernelement in einer Bohrung im Ummantelungselement eingelassen oder das Ummantelungselement umfasst Halbschalen, die im zusammengesetzten Zustand, das Kernelement umschließen. Bei der Verwendung von Halbschalen lässt sich die Werkzeugkomponente ohne großen Aufwand, beispielsweise zeitlich nach der Entnahme aus der Aufnahme, wieder in das Kernelement und Halbschalen zerlegen. Ein weiterer Vorteil des Ummantelungselements ist, dass das, vorzugsweise funktionelle, Kernelement geschützt wird von dem Ummantelungselement. According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the tool component has a composite of a sheath element and a core element. In this case, the sheathing element is preferably designed to be complementary to the recess. In particular, the sheathing element is made of the second material and ensures by its expansion when heating the tool to operating temperature for the transition to the fixed state. For arranging the core element, the composite of sheath element and core element is arranged within the recess and subsequently transferred from the non-fixed state into the fixed state. For example, the core element is embedded in a bore in the sheath element or the sheath element comprises half-shells, which in the assembled state, enclose the core element. When using half-shells, the tool component can be disassembled into the core element and half-shells without much effort, for example after the removal from the receptacle. Another advantage of the sheath element is that the, preferably functional, core element is protected by the sheath element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Werkzeugkomponente im nicht-fixierten Zustand gegenüber der Aussparung eine Spielpassung oder eine Übergangspassung aufweist. Dadurch lässt sich im nicht-fixierten Zustand, insbesondere im abgekühlten Zustand, sicherstellen, dass die Werkzeugkomponente und Aufnahme nicht bündig sind und ohne großen Aufwand die Werkzeugkomponente aus der Aufnahme entfernbar ist. Insbesondere ist eine Spiel- oder Übergangspassung zwischen der Aufnahme und der Werkzeugkomponente vorgesehen, wenn das Werkzeug eine Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur annimmt. According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the tool component in the non-fixed state has a clearance fit or a transition fit with respect to the recess. As a result, in the non-fixed state, in particular in the cooled state, it can be ensured that the tool component and receptacle are not flush and that the tool component can be removed from the receptacle without great effort. In particular, a clearance or transition fit between the receptacle and the tool component is provided when the tool assumes a temperature below the operating temperature.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Werkzeugkomponente, vorzugsweise das Kernelement, eine Heizpatrone, eine Messeinheit, eine Kühlleitung und/oder eine Heizspirale umfasst. According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the tool component, preferably the core element, comprises a heating cartridge, a measuring unit, a cooling line and / or a heating coil.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials und/oder der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials derart gewählt ist, dass beim Übergang vom nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand ein Spalt zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme geschlossen wird. Insbesondere sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten derart an die vorgesehene Betriebstemperatur angepasst, dass beim Erwärmen des Werkzeugs auf die Betriebstemperatur der fixierte Zustand unmittelbar vor Erreichen der Betriebstemperatur eingenommen wird. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten derart ausgewählt werden, dass der Spalt im nicht-fixierten Zustand möglichst groß ist, damit sich die Werkzeugkomponente möglichst einfach aus der Aufnahme entnehmen lässt. According to a further embodiment of the present invention, it is provided that the thermal expansion coefficient of the first material and / or the coefficient of thermal expansion of the second material is selected such that when passing from the non-fixed state to the fixed state, a gap between the tool component and the receptacle is closed becomes. In particular, the thermal expansion coefficients are adapted to the intended operating temperature such that when the tool is heated to the operating temperature, the fixed state is assumed immediately before the operating temperature is reached. Furthermore, it is conceivable that the thermal expansion coefficients are selected such that the gap is as large as possible in the non-fixed state, so that the tool component can be removed from the receptacle as simply as possible.
Eine weitere Ausführungsform oder ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug, wobei das Werkzeug im Bereich der Aufnahme in einem Betriebszustand eine Betriebstemperatur von mehr als 150 °C, insbesondere von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 250°C, besonders bevorzugt von mehr als 300°C aufweist, wobei in einem im Betriebszustand eingenommenen fixierten Zustand ein Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme realisiert ist und in einem nicht-fixierten Zustand der Form- und/oder Reibschluss zwischen der Werkzeugkomponente und der Aufnahme aufgehoben ist, wobei die Aufnahme und/oder die Werkzeugkomponente ein Fixierelement aufweist, wobei das Fixierelement im fixierten Zustand eine Sperrstellung und im nicht-fixierten Zustand eine Freigabestellung einnimmt. A further embodiment or a further subject of the present invention is a tool, wherein the tool in the region of the receptacle in an operating condition has an operating temperature of more than 150 ° C, in particular of more than 200 ° C, preferably of more than 250 ° C, especially preferably of more than 300 ° C, wherein in a fixed state assumed in the operating state, a positive and / or frictional engagement between the tool component and the receptacle is realized and in a non-fixed state of the form and / or frictional engagement between the tool component and the recording is canceled, wherein the receptacle and / or the tool component has a fixing element, wherein the fixing element assumes a blocking position in the fixed state and a release position in the non-fixed state.
Gegenüber dem Stand der Technik wird das Fixierelement lösbar in der Aufnahme gehalten und kann bei Bedarf ohne großen Aufwand aus der Aufnahme entfernt werden. Insbesondere wirkt das Fixierelement dabei entlang einer von einem Boden zur Öffnung der Aufnahme gerichteten Richtung mit der Werkzeugkomponente formschlüssig in der Sperrstellung zusammen und verhindert dadurch, dass die Werkzeugkomponente im fixierten Zustand die Aufnahme verlässt. Dabei wird vorzugsweise auf ein Abkühlen beim Überführen der Werkzeugkomponente vom fixierten Zustand in den nicht-fixierten Zustand verzichtet, was schließlich zu einer effektiven Beschleunigung beim Austauschen der Werkzeugkomponente führt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass durch eine geeignet gewählte geometrische Form die Zugänglichkeit zur Werkzeugkomponente verbessert wird. Beispielsweise ist die Werkzeugkomponente konisch geformt. Dadurch lässt sich die Werkzeugkomponente auch austauschen, ohne dass das Werkzeug wesentlich abkühlt. Damit werden die Zeit und die Heizleistung, die für das erneute Aufheizen auf Betriebstemperatur benötigt werden würde, gespart. Compared to the prior art, the fixing element is releasably held in the receptacle and can be removed if necessary without much effort from the recording. In particular, the fixing element cooperates with the tool component in a form-fitting manner in the blocking position along a direction directed from a bottom toward the opening of the receptacle and thereby prevents the tool component from leaving the receptacle in the fixed state. In this case, cooling is preferably dispensed with during the transfer of the tool component from the fixed state into the non-fixed state, which finally leads to an effective acceleration when exchanging the tool component. Preferably, it is provided that the accessibility to the tool component is improved by a suitably selected geometric shape. For example, the tool component is conically shaped. As a result, the tool component can also be replaced without the tool cooling significantly. This saves the time and heat required to reheat to operating temperature.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Austauschen einer Werkzeugkomponente in einem Werkzeug, insbesondere einem erfindungsgemäßen Werkzeug, wobei das Werkzeug in einem Betriebszustand im Bereich einer Aufnahme auf eine Betriebstemperatur von mehr als 150°C, insbesondere von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 250°C, besonders bevorzugt von mehr als 300°C aufgewärmt wird, wobei die Werkzeugkomponente zum Herauslösen aus der Aufnahme, vorzugsweise durch eine erste Formänderung, von einem fixierten Zustand in einen nicht-fixierten Zustand und zum Fixieren in der Aufnahme, vorzugsweise durch eine zweite Formänderung, von einem nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand überführt wird. Another object of the present invention is a method for exchanging a tool component in a tool, in particular a tool according to the invention, wherein the tool in an operating state in the region of a recording to an operating temperature of more than 150 ° C, in particular of more than 200 ° C, preferably greater than 250 ° C, particularly preferably greater than 300 ° C, wherein the tool component for detachment from the receptacle, preferably by a first change in shape, from a fixed state to a non-fixed state and for fixing in the receptacle , preferably by a second change in shape, is transferred from a non-fixed state to the fixed state.
Gegenüber dem Stand der Technik wird in vorteilhafter Weise darauf verzichtet, dass die Werkzeugkomponente in das Werkzeug eingelassen wird und dadurch die Wahrscheinlichkeit für die Bildung einer Verschweißung zwischen der Werkzeugkomponente und dem Werkzeug reduziert. Dabei macht die zweite Formänderung, beispielsweise ein Zusammenziehen, beim Übergang vom fixierten Zustand in den nicht-fixierten Zustand vorzugsweise die erste Formänderung, beispielsweise ein Ausdehnen, beim Übergang vom nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand rückgängig. Compared to the prior art, it is advantageously dispensed with the fact that the tool component is embedded in the tool and thereby reduces the probability of the formation of a weld between the tool component and the tool. In this case, the second change in shape, for example a contraction, during the transition from the fixed state into the non-fixed state preferably reverses the first change in shape, for example an expansion, during the transition from the non-fixed state into the fixed state.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Werkzeugkomponente und/oder die Aufnahme für einen Übergang vom nicht-fixierten Zustand in den fixierten Zustand erwärmt wird und für einen Übergang vom fixierten Zustand in den nicht-fixierten Zustand abgekühlt wird. In a further embodiment of the present invention, it is provided that the tool component and / or the receptacle for a transition from the non-fixed state to the fixed state is heated and is cooled for a transition from the fixed state to the unfixed state.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System aus einer Werkzeugkomponente und einem erfindungsgemäßen Werkzeug. Another object of the present invention is a system of a tool component and a tool according to the invention.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings illustrate only exemplary embodiment of the invention, which does not limit the inventive concept.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Die
Die
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Werkzeug Tool
- 22
- Ummantelungselement casing member
- 33
- Kernelement core element
- 44
- Spalt gap
- 55
- Fixierelement fixing
- 66
- Halbschale half shell
- 77
- Werkzeugkomponente tool component
- 88th
- Aufnahme admission
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