專利名稱：用于工具夾的感應加熱的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種感應加熱裝置，用于感應加熱工具夾的套筒部，套筒部具有一個容納旋轉(zhuǎn)工具(刀具)如鉆具或銑刀或研磨工具的桿柄的中心容納孔，所述工具夾以壓配合將在容納孔中就位的工具桿柄夾緊，并在加熱時松開。
眾所周知，尤其對于高速旋轉(zhuǎn)的工具，其桿柄熱套裝在一個工具夾的套筒部里面。為此，套筒部例如通過一個包圍它的感應線圈加熱，使工具桿柄可以插進通過加熱變大的套筒部容納孔里面。工具桿柄的外徑略大于容納孔的標稱直徑，使工具在套筒部冷卻之后被以壓配合抗扭轉(zhuǎn)地夾緊在工具夾里面。
為了取出工具必需重新加熱套筒部。因為在此存在工具桿柄也一起被加熱的危險，所以可能會出現(xiàn)這樣的問題相對于同樣熱膨脹的工具桿柄，套筒部的熱膨脹不夠。
由DE 199 15 412 A1已知一種用于加熱工具夾套筒部的感應加熱裝置。該裝置具有一個可安裝在工具夾套筒部上且在這里有徑向間距地環(huán)形圍繞套筒部的感應線圈，感應線圈由振蕩器供給交流電。感應線圈的磁場在導電的、大多也可磁化的工具夾材料中感應出感應電流，這個感應電流直接加熱套筒部。感應線圈在軸向至少在整個接合長度上延伸，工具桿柄以這個接合長度插入到容納孔中，并且感應線圈以其繞組在軸向基本終止于套筒部的工具側(cè)的端面處。感應線圈的內(nèi)圓周在徑向上與套筒部間隔距離，從而對于套筒部外徑不同的工具夾能夠利用同一個感應線圈。
在繞組的端面和其外圓周上，感應線圈的繞組被一個由可磁化材料即鐵磁或鐵氧材料制成的殼體所包圍，殼體的與相對于空氣的高導磁能力將磁通基本會聚到殼體上。與套筒部工具側(cè)端部鄰接的殼體部位由基本為盤片狀的圓環(huán)件構(gòu)成，該圓環(huán)件通過其內(nèi)圓周頂靠在套筒部工具側(cè)的端面上并在徑向超出感應線圈繞組端面一直延伸到其外圓周。圓環(huán)件構(gòu)成一個極靴，它能夠?qū)⒏袘€圈的磁通會聚到套筒部上。
本發(fā)明的目的是，提供一種用于工具夾的感應加熱的裝置，所述工具夾以熱壓配合將工具夾緊，本發(fā)明的裝置通過簡單的措施能夠可靠地使工具從工具夾中取下來。
本發(fā)明基于一種感應加熱裝置，用于感應加熱工具夾的套筒部，套筒部具有一個容納旋轉(zhuǎn)工具的桿柄的中心容納孔，所述工具夾以壓配合將在容納孔中就位的工具桿柄夾緊，并在加熱時松開。這種裝置包括-一個用于加熱的、有徑向間距地環(huán)形圍繞工具夾套筒部的感應線圈，-一個為感應線圈供以周期交變振幅電流的振蕩器，-一個在工具夾套筒部的工具側(cè)的端部附近包圍工具桿柄的、由會聚磁通的可磁化材料制成的圓環(huán)件，其中，所述圓環(huán)件在其最小直徑處與套筒部工具側(cè)的端部緊密鄰接，尤其是頂靠在套筒部上。
上述目的按照本發(fā)明的第一方面由此實現(xiàn)，即，軸向面對感應線圈內(nèi)部的圓環(huán)件表面，至少在套筒部工具側(cè)端部的外圓周與感應線圈的內(nèi)圓周之間的徑向局部范圍中，軸向離開套筒部的端部，徑向向外傾斜地延伸。
由感應線圈產(chǎn)生的磁通必需使套筒部在夾緊工具桿柄的全部軸向長度上盡可能均勻地加熱。套筒部的工具側(cè)的端部是關鍵，因為在傳統(tǒng)的感應線圈中，相鄰的感應線圈軸向端部不允許或只能略微地超過套筒部的軸向端部，以防止工由于在工具桿柄上感應的渦流而對具桿柄同步加熱。在已知方法(DE 199 15 412 A1)中曾試圖通過一個平面的、向著工具桿柄漸縮的、由可磁化材料制成的墊片形式的極靴使磁通會聚在套筒部工具側(cè)的端部范圍中。對于這種已知的極靴墊片，面對線圈內(nèi)部的墊片表面垂直于工具夾的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。已經(jīng)證實，如果面對線圈內(nèi)部的、由可磁化材料制成的圓環(huán)件表面傾斜地或成錐形地離開套筒部的軸向端部徑向向外延伸，則一方面能夠改善屏蔽作用，另一方面能夠改善磁通會聚作用。這種材料分布接近于感應線圈在空氣介質(zhì)中的磁力線分布，并易于使磁通會聚在可磁化的圓環(huán)件材料里面。通過改善會聚作用隨之改善屏蔽作用。如果圓環(huán)件在其徑向靠外的部位連接到感應線圈磁回路在空氣中延伸的部分，即承受這種磁場回路的磁力線變化，而且如果使感應線圈的磁通在繼續(xù)變化過程中在一個由可磁化材料制成的一體或多體磁扼殼體里面延伸-這個一體或多體磁扼殼體在感應線圈的外圓周上以及在感應線圈兩個軸向端面的至少一個端面上搭接感應線圈，則上述形式的圓環(huán)件屏蔽端部尤其是有利的。
按照本發(fā)明的第二方面規(guī)定圓環(huán)件設計成屏蔽凸緣，所述屏蔽凸緣在一個至少1.5倍于工具桿柄直徑的軸向高度上軸向突出于套筒部工具側(cè)的端部，其最大直徑小于感應線圈的最大繞組直徑。這種由屏蔽凸緣構(gòu)成的圓環(huán)件不僅在套筒部工具側(cè)的端部處磁屏蔽工具桿柄，而且由于其相對于工具桿柄直徑而定的高度，故也能夠會聚傾斜于旋轉(zhuǎn)軸線延伸的磁通。當然，本發(fā)明的兩個方面可以在同一個圓環(huán)件上實現(xiàn)。
對于上述的可磁化材料來說，應該理解為具有較高導磁能力的材料，例如鐵磁材料、軟鐵層板或鐵氧體材料，如純鐵體或類似材料。對于為感應線圈供電的振蕩器，可以是一個交流振蕩器或者一個直流脈沖振蕩器。優(yōu)選采用甚高頻(hoeherfrequent)或高頻(hochfrequent)電流振蕩器。
在一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)設計中，圓環(huán)件不僅在其面對感應線圈內(nèi)部的一側(cè)具有一個軸向離開工具夾圓錐形地擴張的外表面，而且在其軸向背離工具夾的一側(cè)也具有一個同樣圓錐形地擴張的內(nèi)表面。圓錐形內(nèi)表面不僅易于插入或取出工具，而且還起到與工具桿柄間隔距離地會聚磁通的作用。內(nèi)表面和外表面具有基本相同的圓錐角是適宜的。
圓環(huán)件在其外圓周處可以具有一個基本圓柱形的圓周面，它尤其可以由圓環(huán)凸肩構(gòu)成，這個凸肩從圓環(huán)件開始在其外圓周處軸向離開工具夾。這種圓周面改善了圓環(huán)件的磁通會聚特性，尤其是當其最大直徑小于感應線圈的最小繞組直徑、并且圓環(huán)件在此會聚磁通的時候，圓環(huán)件使磁通到達磁回路的空氣分量。
軸向面對感應線圈內(nèi)部的、傾斜延伸的圓環(huán)件表面適宜地以10°至80°優(yōu)選20°至70°之間的角度相對于工具桿柄的軸線傾斜地延伸。圓環(huán)件的軸向高度優(yōu)選為至少兩倍于工具桿柄直徑。
圓環(huán)件可以一直延伸到靠近感應線圈繞組外徑，但是宜采用一個小于感應線圈的最小繞組直徑的最大直徑。此外，感應線圈在其外圓周處或/和在其一個或兩個端面上配有由會聚磁通的、可磁化材料制成的殼體，殼體在圓環(huán)件外部用于磁通會聚并且也可以使磁通向著圓環(huán)件偏轉(zhuǎn)。
感應線圈的內(nèi)徑選擇得稍大于工具夾套筒部的外徑，從而可以使同一感應線圈用于不同套筒部直徑的工具夾。為了使圓環(huán)件在這種情況下能夠更好地適配于不同的工具桿柄直徑，圓環(huán)件優(yōu)選通過一個由非磁化材料尤其是塑料或陶瓷制成的墊片固定在一個包括感應線圈的結(jié)構(gòu)部件上，而且適宜地可以根據(jù)工作情況進行更換。
下面借助于附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。附圖中

圖1為用于對工具夾感應加熱的感應線圈縱向剖面圖，圖2-5為感應線圈變型方案的縱向剖面圖。
圖1示出一個在這里為一體的、但是也可能為多體的工具夾1，它由至少是導電的、但在這里也可磁化的材料如鋼材制成，工具夾在其軸向上的一個端部具有一個標準連接體，例如一個斜錐體3，而在其軸向上的另一端具有一個套筒部5。該套筒部5包括一個與工具夾軸線7同心的容納孔9，以在下面還要詳細描述的方式將一個未詳細示出的旋轉(zhuǎn)工具例如鉆具、銑刀或研磨工具通過其桿柄11插進所述容納孔9中。桿柄11的外徑比容納孔9的自由標稱直徑大一些，因此桿柄11以壓配合插進套筒部5中，用于傳遞工作轉(zhuǎn)矩。
為了能夠?qū)⒐ぞ邨U柄11裝進工具夾1中或者從工具夾中取出來，套筒部5通過加熱擴張。加熱是通過一個安裝在套筒部5上的感應線圈13產(chǎn)生的，這個感應線圈以其內(nèi)徑與套筒部5外圓周徑向間隔距離地同心包圍著套筒部，所述感應線圈借助一個以15表示的感應熱套裝儀器的固定體軸向平行于軸線7可移動地固定，并由一個電流振蕩器17供以交流電或例如頻率為10至50kHz的脈沖直流電。由接近圓柱形的繞組19產(chǎn)生的磁通在套筒部5上感應出渦流，渦流在較短的時間里加熱套筒部5并因此具有足夠大的容納孔9，用于推入或拔出工具桿柄11。
感應線圈13具有一個內(nèi)置的由耐溫塑料或陶瓷制成的線圈架21，在線圈架上安裝多層的繞組19。繞組19的外圓周和軸向背離工具的端面通過一個一體的、也可能是多體的磁扼殼體23覆蓋，磁扼殼體由可磁化的、不導電材料制成，這個材料將繞組19周圍的磁通會聚到磁扼殼體23。磁扼殼體23例如可以由鐵磁材料或者陶瓷或塑料基體上的磁復合材料制成，例如純鐵體。
配有磁扼殼體23的繞組19基本在整個用于容納工具桿柄11的確定的容納孔9或者說套筒部5的長度上延伸。繞組19以其鄰接套筒部5工具側(cè)端面25的端面軸向一直延伸到套筒部5端面25的高度。
為了使磁通從在這一側(cè)基本軸向懸在繞組19上的磁扼殼體23最佳地偏轉(zhuǎn)到套筒部5端面25，同時屏蔽突出于套筒部5的工具桿柄11部分并使其不受感應加熱，在這個端面25上設置一個近似圓錐碗狀的屏蔽凸緣27。屏蔽凸緣27在各個側(cè)面都與磁扼殼體23間隔距離，在所示實施例中磁扼殼體的延伸不超過繞組19工具側(cè)的端面，而是僅僅略突出于這個端面。在所示實施例中，繞組19工具側(cè)的端面通過一個由非磁材料例如耐溫塑料制成的墊片29覆蓋。在一個變型方案中，這個墊片，以其內(nèi)圓周終止于與屏蔽凸緣27間隔一定距離處，可以同樣由磁扼殼體23的磁性材料制成，也就是說，是磁扼殼體23的組成部分。
屏蔽凸緣27在套筒部5外圓周與繞組19內(nèi)圓周之間區(qū)域的軸向指向繞組19的一側(cè)具有一個圓錐形或截錐形的外表面31，該外表面與旋轉(zhuǎn)軸線7形成約60°的傾斜角α。軸向背離繞組19的、同樣為圓錐形的內(nèi)表面33具有相對于外表面31基本平行的母線。屏蔽凸緣27軸向面對套筒部5具有一個垂直軸線延伸的平坦頂靠面35，通過該頂靠面凸緣平面地頂靠在套筒部5的端面25上。在屏蔽凸緣27圓錐部位的外圓周上，這個凸緣配有一個與套筒部5軸向離開的具有環(huán)柱形外表面39的圓環(huán)凸肩37。圓環(huán)凸肩37的外徑、從而即屏蔽凸緣27的外徑小于繞組19的內(nèi)徑。屏蔽凸緣27的軸向總高度h大于兩倍的直接在套筒部5外部的工具桿柄11桿徑d，屏蔽凸緣27以這個總高度軸向高出于端面25。在所示情況下高度h大約三倍于直徑d。
盡管在磁扼殼體23與屏蔽凸緣27之間保留環(huán)縫使感應線圈13磁通回路中的磁阻增加，但是因此這個在空氣中延伸的磁回路部分與圓柱形屏蔽凸緣27相結(jié)合允許一個在工具桿柄11范圍中大量無散射場的磁通會聚到套筒部5。通過這種方法使套筒部5感應加熱并因此擴張，而沒有對工具桿柄11進行過多的加熱，這將使工具桿柄11易于從工具夾1中取下來。此外，屏蔽凸緣27在套筒部5中軸向相鄰的部位與工具桿柄11有徑向間距，形成一環(huán)縫36。
屏蔽凸緣27固定在由耐溫塑料或由陶瓷制成的圓環(huán)墊片41上，并與固定體15或一個固定在固定體15上的感應線圈13殼體43可更換地連接成一個結(jié)構(gòu)單元。為了實現(xiàn)可更換的連接，圓環(huán)墊片41與殼體43例如按照插接連接的方式相互鎖定。屏蔽凸緣27以這種方式不僅起到使感應線圈13相對于套筒部5軸向定位的作用，而且可以進行更換，以使一個同樣的感應線圈13適配于具有不同直徑的容納孔9或套筒部5的工具夾1。
下面介紹圖1所述裝置的變型方案。功能相同的部件以圖1中的附圖標記表示，為了區(qū)別，另配有字母。對于結(jié)構(gòu)和工作方式的解釋以上述且尤其以對圖1的描述為基礎。下面所述的實施例其不同主要在于感應線圈屏蔽凸緣的結(jié)構(gòu)。也還是具有振蕩器17，盡管圖中未示出。
圖2中的屏蔽凸緣27a與圖1中的屏蔽凸緣27的主要不同在于，角度α選擇得較小，在這里為約45°，而軸向高度h大約為工具桿柄11a直徑d的5倍。屏蔽凸緣27a的最大外徑仍然選擇得略小于繞組19a的最小內(nèi)徑。因為內(nèi)圓錐表面33a的母線比外圓錐表面31a以略大的角度相對于旋轉(zhuǎn)軸線7a傾斜，因此使屏蔽凸緣27a向外逐漸變細。圓錐表面31a和33a一直延伸到屏蔽凸緣27a的徑向外端，并且相應地使這個屏蔽凸緣沒有與圖1中的凸肩37類似的圓環(huán)凸肩。
圖3中所示的屏蔽凸緣27b與圖1中的屏蔽凸緣27的主要不同僅僅在于，內(nèi)表面33b的母線比外表面31b的母線以較小的角度相對于旋轉(zhuǎn)軸線7b傾斜，此外還在軸向一直直線延伸到背離頂靠面35的端棱。因此盡管屏蔽凸緣27b具有一個圓柱形的圓周面39b，但是不構(gòu)成與圖1中的圓環(huán)凸肩37類似的圓環(huán)凸肩。角度α以及軸向高度h相對于工具桿柄直徑d的尺寸大小對應于圖1中的方案。
在圖4中所示的屏蔽凸緣27c實施例與圖2中的屏蔽凸緣27a的主要不同首先在于，外圓錐表面31c的母線的傾斜角度α小于圖2中的變型方案并且在數(shù)值上為約15°。內(nèi)圓錐表面33c的母線基本平行于外圓錐表面31c的母線延伸。屏蔽凸緣27c的軸向高度仍然基本為工具桿柄11c直徑d的5倍。
在圖5中所示的屏蔽凸緣27d變型方案與上述變型方案的不同在于，垂直于軸線的頂靠面35d基本一直延伸到圓柱形外圓周39d，即不存在圖1中以31表示的外圓錐表面，通過上述頂靠面35d使屏蔽凸緣27d頂靠在套筒部5d的端面25d上。屏蔽凸緣27d的軸向高度h也是數(shù)倍于-在所示實施例中為5倍于-工具桿柄11d的直徑d。以這種方式構(gòu)成的圓環(huán)的內(nèi)圓周配有一個從套筒部5d軸向離開的徑向向外擴張的內(nèi)圓錐表面33d，它使工具桿柄11d易于握取。如虛線45所示，內(nèi)圓錐表面33d配有一個圓槽，它在屏蔽凸緣27d上構(gòu)成一圓環(huán)凸肩37d。
權(quán)利要求
1.感應加熱裝置，用于感應加熱工具夾(1)的套筒部(5)，套筒部具有容納旋轉(zhuǎn)工具的桿柄(11)的中心容納孔(9)，所述工具夾以壓配合將在容納孔(9)中就位的工具桿柄(11)夾緊，并在加熱時松開，所述裝置包括-一個用于加熱的、有徑向間距地環(huán)形圍繞工具夾(1)套筒部(5)的感應線圈(13)，-一個為感應線圈(13)供以周期交變振幅電流的振蕩器(17)，-一個在工具夾(1)套筒部(5)的工具側(cè)的端部附近包圍工具桿柄(11)的、由會聚磁通的可磁化材料制成的圓環(huán)件(27)，其中，所述圓環(huán)件(27)在其最小直徑處與套筒部(5)工具側(cè)的端部緊密鄰接，尤其是頂靠在套筒部(5)上。其特征在于，軸向面對感應線圈(13)內(nèi)部的圓環(huán)件(27)表面(31)，至少在套筒部(5)工具側(cè)端部的外圓周與感應線圈(13)的內(nèi)圓周之間的徑向局部范圍中，軸向離開套筒部(5)的端部，徑向向外傾斜地延伸。
2.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求1前序部分所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)做成屏蔽凸緣，這個屏蔽凸緣在一個至少1.5倍于工具桿柄(11)直徑(d)的軸向高度(h)上軸向突出于套筒部(5)工具側(cè)的端部，其最大直徑小于感應線圈(13)的最大繞組直徑。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在至少兩倍于桿柄直徑(d)的軸向高度(h)上軸向突出于套筒部(5)工具側(cè)的端面。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在套筒部(5)與感應線圈(13)之間的徑向范圍中在其軸向面對工具夾(1)的一側(cè)具有一個軸向離開工具夾(1)圓錐形地擴張的外表面(31)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在其軸向背離工具夾(1)的一側(cè)具有一個軸向離開工具夾(1)圓錐形地擴張的內(nèi)表面(33)。
6.如權(quán)利要求5所述的平滑裝置，其特征在于，所述外表面(31)和所述內(nèi)表面(33)具有基本相同的圓錐角。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在其外圓周處具有一個基本圓柱形的圓周面(39)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在其外圓周處具有一個軸向離開工具夾(1)伸出的圓環(huán)凸肩(37)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于，軸向面對感應線圈(13)內(nèi)部的、傾斜延伸的圓環(huán)件(27)表面(31)以10°至80°之間，尤其是20°至70°之間，的角度相對于工具桿柄(11)的軸線(7)傾斜地延伸。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)鄰接于工具夾(1)套筒部(5)具有一個垂直于工具桿柄(11)軸線(7)延伸的平坦端面(35)，用于平面地頂靠在套筒部(5)的平坦端面(25)上。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)的最大直徑小于感應線圈(13)的最小繞組直徑。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述感應線圈(13)在其外圓周處或/和在其一個或兩個端面上具有一個由會聚磁通的、可磁化的材料制成的殼體(23)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)在各個側(cè)面都與所述殼體(23)間隔距離地延伸。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)通過一個由非磁化材料尤其是塑料或陶瓷材料制成的墊片(41)固定在一個包括感應線圈(13)的結(jié)構(gòu)單元上。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述圓環(huán)件(27)牢固安裝在墊片(41)上，而墊片(41)根據(jù)工作情況可更換地固定在所述結(jié)構(gòu)單元上。
全文摘要
一種為更換工具之目的使感應線圈感應地加熱工具夾(1)的裝置，包括一個由可磁化材料制成的屏蔽凸緣(27)，它一方面將磁通會聚在以壓配合將一個旋轉(zhuǎn)工具桿柄(11)夾緊在工具夾(1)套筒部(5)里面，而另一方面屏蔽從套筒部(5)中突出來的工具桿柄(11)部分，以便易于從工具夾(1)中取下工具。所述屏蔽凸緣(27)在其軸向面對感應線圈(13)繞組(19)的一側(cè)具有一個圓錐形離開套筒部(5)擴張的外表面(31)和一個至少1.5倍于工具桿柄(11)直徑(d)的軸向高度(h)。該屏蔽凸緣(27)在各個側(cè)面都與包圍感應線圈(13)繞組(19)的、由可磁化材料制成的磁扼殼體(23)間隔距離地延伸。
文檔編號B23P11/02GK1487866SQ02803972
公開日2004年4月7日 申請日期2002年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月22日
發(fā)明者弗朗茨·海默, 弗朗茨 海默 申請人:弗朗茨·海默機械制造兩合公司, 弗朗茨 海默機械制造兩合公司