专利名称：带有直接工具冷却的收缩线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，所述设备用于工具的夹住和/或松开，所述工 具包括设置在工具卡盘中的工具轴，所述工具卡盘和所述工具轴通过收 缩连接的方式连接。
背景技术：
所述类型的设备通过例如德国专利申请DE 103 48 880 Al可知，所 述申请详细描述了此类设备的基本构造和功能，并且因此通过引用将所 述申请并入本专利申请。
此类设备普遍的问题是将为了夹住或松开而已经加热的工具卡盘再 冷却下来。其中一方面，因为用于冷却的所需时间趋向于增加再次提供 可操作的工具之前进行工具更换所需的全部时间，在另一方面，因为手 动拆卸还很热的夹持工具卡盘会有实质的事故危险。
因此，已经考虑利用固体冷却实体进行冷却，这意味着将工具卡盘 与另 一个具有良好导热性能的固体实体紧密接触，存储在工具卡盘上的 热量能够迅速转移到所述固体实体中。
但是，这种冷却在实际应用中是很难实现的。所述卡盘和所述冷却 实体之间的紧密的表面接触必须存在，因为热量仅能以这种方式有效地 转移。所述工具卡盘或它们执行实际夹持的套筒段，必须具有圆锥形的 外部轮廓，因为只有这种方式，才能建立充分紧密的接触。对于圆柱形 工具卡盘，建立所需的表面接触是困难的。无论如何，所述冷却实体与 所述工具卡盘必须彼此适应。所述冷却实体实际集成于线圈单元是不可 能的。加热和冷却因此必须在不同的位置执行，因此需要对热的工具卡 盘进行操作。很难完全地或至少很高程度地实现此类冷却的自动化。
因此在实际应用中，所述冷却通常是用水执行的，因此所述工具卡盘从夹持设备上卸下并浸没在水中或用水喷淋。这也具有明显的缺点， 因为接下来几乎不可能将其集成于线圈单元中，而不得不再次对热的工 具卡盘进行操作。甚至对于此类冷却，实质的或完全的自动化基本没有 可能。并且，整个工具卡盘变湿。随后必须谨慎地干燥，4艮复杂。总之, 也为了此类冷却，需要长的干燥过程。
发明内容
因此，本发明的目的在于改进所述类型的夹住或松开设备，因此热 的工具卡盘在适当的位置冷却，这就意味着不需要将热的工具卡盘从线 圈中拉出。
这种目的由专利权利要求1以及独立权利要求中的设备实现。特别 还有从属权利要求中特定实施例的优点和效果能够从随后对各个实施例 的附图的说明中得出。
具体实施例方式
图1示出本发明的第一个实施例。感应线圈1与场集中器3、工具卡 盘的套筒段2以及场导体设备4结合而形成磁回路，所述磁力线加热工 具卡盘的套筒段2。
套筒段2因此与包围线圈1的线圏外壳6共同形成了冷却渠道5。所 述冷却渠道中例如有水流过，水中通常混有防腐蚀抑制剂。并且，任意 其它适当的流体也可用，例如^f象乙二醇或气体或液化气这才羊的流体。冷 却渠道在冷却剂供给管道10和冷却剂排出管道11之间延伸。当工具卡 盘被插入，冷却渠道至少被充分地相对周围密封。
所述冷却渠道5的一段在感应线圏1的内表面和套筒段2之间延伸， 所述感应线圈由冷却剂不能透过的封装7(例如，套)和热屏蔽物8保护。 因此，套筒段直接形成冷却渠道5的一个壁，至少沿着该部分的一部分， 从而提供了极好的热转移。
为了实现这个过程，在开口部分^t是供折叠密封件14,通过所述开口部分套筒段2被插入线圏1的内部。所述密封件构造得足够柔软，因此
套筒段一插入线圈该密封件就紧紧地附于套筒段上。在其自由上表面，
套筒段接触场集中器3的相对的表面并保持必要的接触压力，所述场集 中器3的相对的表面被设置得足够精确。这种接触被设定为在这里也形 成密封，至少是实质上的密封，主要是就如下意义而言，在冷却剂循环 期间，几乎没有冷却剂滴出，所述冷却剂循环只持续一会儿，因此套筒 段2或工具卡盘只有一点湿。
这里参考示例性松开过程描述所述设备的操作。 加热过程结束之后，待松开的工具轴立即从套筒段2上拔出。 接着通过冷却剂泵或冷却剂池的压力的方式，冷却剂经过冷却剂供 给管道10沖入渠道5。所述冷却剂接触套筒段并且在几秒钟的时间内冷 却套筒段，达到有助于无危险处理工具卡盘的温度。通常，到了这个过 程，冷却剂排出管道ll已经被应用真空以抽出可能产生的冷却剂蒸汽。 冷却介质的回行管路中的温度传感器能够监测冷却过程，这就意味着， 一旦回流的冷却剂已经达到特定的低温限，或一旦其温度不再实质上改 变，就结束冷却过程。冷却过程的结束能够通过声学或光学方式指出。
现在停止冷却剂供应。因为，最迟现在，冷却剂排出管道ll被应用 了真空，仍然置于冷却渠道5的冷却剂被抽出得几乎没有残余。如果冷 却剂供应以及排出管道构造有三通阀门，这里未示出，现在压缩的空气 或类似物经过冷却渠道5吹入，以干燥套筒段湿的表面。然后，套筒段 被从线圈中拉出，并且通过将下一个套筒段插入线圈而使其密封，下一 个循环能够开始。
重要的是任何时刻都不会有烫伤使用者的危险，因为工具卡盘热的 部分在任何时刻都不是可接近的，而是完全由线圈和冷却设备覆盖。
所述技术方案的显著的优点是，由于直接变湿，套筒段2的外部轮 廓能够在一定的限度内变化；对于套筒段的轮廓没有特定的要求。
相应的特征是，感应线圈1经过注才莫-故完全围住，或经过硬化，因 此可靠地保护所述感应线圈阻止冷却剂或冷却蒸汽的渗透。为了检查套 混合物的紧密程度，在测试阶段可应用低电压于线圈。如果在线圈和冷
8却剂之间有电流流过，会被在冷却剂回路中的相对电极测量到。
因为待收缩的工具卡盘的套筒段的外部直径在实际应用中是变化非 常大的，当使用这里示出的强力感应线圈时，不是所有的套筒直径都能 够通过单个线圈实现收缩。因此，本发明的设备通常不只包括单个线圏， 而是具有多个线圏的线圏组，所述线圏组能够被调换。每个线圏与其外
壳6共同有利地形成可替代的模块，所述外壳6形成冷却渠道5。通过可 脱离的电力连接以及通过用于冷却剂供应的快速联接器，所述模块连接 于设备的其余部分，所述冷却剂供应的快速联接器能够不需工具而操作。 所述模块可以作为整体模型单元通过很少的手动操作进行安装和拆卸， 基于当时将被收缩的套筒直径。因此，整个冷却剂管道属于单个线圈， 因此它将与线圈共同安装和拆卸，此举促进快速以及干净的处理。机器 操作员因此几乎不需要接触冷却剂。通过本发明，代替替换特定线圈， 连接线圈组的所有线圏至设备并且必要时仅激励特定线圈也是可能的， 这意味着给它们供应电力并将它们结合至冷却剂回^各。 图2示出本发明的替代实施例。
与图1所示的实施例不同的仅是套筒部分并不是与冷却剂直接接触， 而是通过密封薄膜15或通过密封膜盒。相应地，折叠密封14也可省略， 然而，所述折叠密封仍然可以作为额外的密封件使用。
同样，在场集中器3这部分，也不必再采用特定的密封方法。同样， 在这部分，密封薄膜15在线圈和场集中器之间延伸上至与线圏外壳6连 接的位置，所述密封薄膜通过滴状或珠状凸出物与线圏外壳6连接。
尽管密封薄膜的功能导致了一些不同点，但是参照图1所进行的描 述相似i也适用。
在加热套筒段之后，为了冷却的目的冷却剂经过线圈和密封薄膜15 之间的间隙压入。密封薄膜由于冷却剂的压力而延展并且与工具卡盘面 接触(如果没有工具卡盘或套筒革殳被插入，图2中虚线示出的密封薄膜 15的轮廓将被确定)。冷却过程后，工具卡盘没有湿，因此不需要干燥。 冷却剂形成闭环流动。不需要密封件，所述密封件在每个循环之后必须 紧密接触套筒段，因此相对套筒段形成了恰当的密封，因此存在操作错误的危险和损耗。
因此，基于密封薄膜的柔韧性的程度，冷却设备这里也实质上独立 于套筒段的轮廓。这里也是与图1相似，应该认为几乎所有常规的工具 卡盘都能被冷却，并不仅是合适的工具卡盘以及与整个设备共同形成昂 贵的"系统"的工具卡盘。
图3示出本发明的另一个实施例，其与图1示出的本发明实施例的 不同点仅在于额外的喷管实体17被插入部分冷却渠道5，所述喷管实体 如图所示在线圈1的内圓周表面与套筒段2之间延伸。因此，只要没有 由喷管实体的原理所导致的其它需要，参照图l所进行的描述同样适用。
喷管实体n在其面向线圏的一侧设有冷却剂的输入渠道。而且，喷
管实体设有在其中实质上径向延伸的喷管钻孔，经过该钻孔，建立在输 入渠道一侧的冷却剂压力实质上得到緩解，并且所述钻孔相应地汽化或 雾化冷却剂，并且使其在这种条件下沖击套筒段2的待冷却表面，在套 筒段的待冷却表面冷却剂能够蒸发。产生的蒸汽或向下流动的冷却剂或 冷凝物通过冷却剂排出管道11清除。
所述喷管实体17具有能够显著减少所需冷却剂剂量的优点。所述过 程因此能够更易控制，因此冷却剂主要在套筒段2的热表面上蒸发，可 知这个过程会引起非常大的能量转移，这就意味着以很小的冷却剂剂量 实现有效的冷却。这在所述系统并不操作地连接于冷却剂网络而是必须 利用小型冷却剂源进行操作的情况下是十分有利的。因此，可以避免清 除冷却剂的问题，因为水蒸汽能够大体地简单地释放至周围环境。
在原理方面，可以想到，图2示出的薄膜也可用于图3示出的实施 例。基于薄膜的喷射强度，有时将存在非常高的所述薄膜15的热载荷， 这是需要考虑的。
图4示出其中另一个实施例，但是，并非以集成的冷却设备的形式， 而是以独立的冷却设备的形式。该实施例由外部套筒或束套20构成，所 述外部套筒或束套被推压在所述套筒段之上(套筒段未在图4示出)，所 述套筒段已经从感应线圏中拉出。
束套20通过各个连接被供应冷却剂。空心圆柱形实体，；陂指定为热交换器19并且包括凹槽，所述凹槽与束套内壁共同形成冷却渠道5，被 插入或压入所述束套20里面并且相对所述束套由两个绳密封件密封。
在本实施例中，冷却剂流经冷却渠道5,但是所述冷却剂不直接与套 筒段接触，并且也不仅由密封薄膜15与套筒段隔开。取而代之，热交换 器19因此由密封薄膜15包围和密封，因此热交换器19和密封薄膜15 之间形成了一个所有的侧面均被密封的小腔体。所述小腔体优选地填充 有凝胶类物质，所述凝胶类物质相应地具有很好的热转移特性，并且用 作额外的冷却剂。
所述物质是用于提供与待冷却套筒段的紧密接触。所述物质通过结 合包围它的弹性密封薄膜15形成"弹性垫层"实现所述目的，所述弹性 垫层围绕套筒段模制(图4中插入的套筒段呈现的轮廓用阴影线画出)。 由弹性垫层呈现的无负载条件下轮廓以没有阴影的形式示出。而且，所 述物质的另一个目的在于，经过热交换器将套筒段的热量转移至流入冷 却渠道5的冷却剂。
此独立的冷却单元具有优点，与集成时不同，冷却剂不会邻近电流 传导部件流动，因此不需采取相应的安全措施。而且，它们促进同步操 作，这就意味着当工具卡盘仍然被冷却时，处于感应线圏中的下一个工 具卡盘已经能够被加热了 。
容易理解，实现了图4所示的独立的冷却单元的冷却相i念也可用于 图2所示的集成冷却设备，并且也要求对此进行专利保护。冷却剂从冷 却渠道不必要的泄漏的危险，例如由于密封薄膜15的损坏，能够很容易 地处理，这样的冷却概念尤其能够用于冷却剂优选地并非水的情况，所 述冷却剂生理上并非没有作用，或者所述冷却剂也不应该因其它理由泄 漏。
另一方面，明显地，图1至图3示出的冷却概念也能够用于独立的 冷却单元，尤其如图4所示，也要求对此进行保护。
附图中描述的各图并非草图，它们也都是详细的工程制图。这就是 各图中示出的所有特征都与各个实体相关的原因。作为预防措施，示出 的特征也作为本专利的权利要求的目标。
ii附图标记和名称
1感应线圈
2工具卡盘的套筒段
3场集中器
4场导体
5渠道
6感应线圈外壳
7感应线圏封装
8用户封装感应线圈的热屏蔽物
9用于加强线圈冷却的冷却剂定向设备
10冷却剂供给管道
11冷却剂排出管道
12快速松脱离合器
13由线圏1和外壳6构成的可交换模块
14折叠密封
15密封薄膜或膜盒
16绳密封件
17喷管实体
18接触凝胶
19热交换器
20外部套筒或束套
权利要求
1.一种用于夹住和/或松开工具的设备，所述工具包括在工具卡盘中的工具轴，所述工具卡盘包括套筒段(2)，所述套筒段在其自由端敞开，并且所述工具卡盘由导电材料制成，用于以摩擦锁定的方式接收所述工具轴，带有感应线圈(1)，所述感应线圈包围所述工具卡盘的所述套筒段(2)，所述感应线圈能够被优选地加载高频交流电(AC)并且所述感应线圈构造为环状线圈或圆柱形线圈，其中，所述设备包括至少一个渠道(5)，所述渠道在所述感应线圈(1)的内圆周表面和所述工具卡盘的所述套筒段(2)之间延伸，冷却剂流经所述渠道，所述冷却剂冷却所述工具卡盘的所述套筒段(2)。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述渠道(5 )被构造 和安排为使得所述冷却剂直接地至少分段接触所述套筒段(2 ),其中所 述套筒段(2)分段形成所述渠道(5)的壁。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述开口处设有密 封件(14),经过所述开口所述套筒段(2)被插入所述线圈(1 )或从中 取出，所述密封件相对于所述渠道(5)的壁密封所述套筒段(2)的段， 所述段形成所述渠道(5)的壁，当所述套筒段(2)保持在所述线圈(1 ) 中时所述密封件与所述套筒段连接，其中所述密封件(14)优选地设置 为折叠密封或弹性唇形密封的形式。
4. 根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，通过场集中器(3 ) 磁场被引入所述套筒段(2)的自由面，所述场集中器接触套筒段(2) 的自由面因此形成密封，因此实质上冷却剂不会穿过所述场集中器(3) 和所述套筒段(2)的自由面之间的所述接触面而泄漏。
5. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述渠道(5)被构造 并安排为使得所述冷却剂与所述套筒段(2)利用置于它们之间的密封件(15),像例如密封薄膜或密封膜盒，形成热量转移接触，所述密封件实 质上不会阻碍热转移。
6. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述渠道(5)被构造并安排为使得所述冷却剂至少超出 一定距离地冷却实质上局部固定的额外冷却剂，像例如接触凝胶U8)，所述额外冷却剂与所述套筒段(2) 或者直接地形成导热接触，或者至多利用实质上不限制热转移的密封件 (15)形成导热接触。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少在插 入所述工具卡盘后，所述渠道(5)形成冷却剂供给管道(10)与冷却剂 排出管道(11 )之间的实质上液压地或气压地闭合的路径。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，温度传感 器设于冷却介质的回行管路中以监测所述冷却过程。
9. 根据权利要求5所述的设备，可结合权利要求7，其特征在于， 所述渠道(5)至少分段包括弹性密封薄膜(15),以形成液压或气压上 完全闭合的路径，所述密封薄膜(15)接触并且适应待冷却的所述套筒 段(2)的表面。
10. 根据权利要求5所述的设备，可结合权利要求7，其特征在于， 用于形成液压或气压上完全闭合的路径的所述渠道(5)包括优选抵抗冷 却剂压力的热交换器(19),所述热交换器转而冷却另一个冷却剂，像例 如接触凝胶(18 ),所述另 一个冷却剂至少分段保持于所述热交换器(19 ) 和弹性密封薄膜(15 )之间，并且所述另 一冷却剂使所述弹性薄膜(15 ) 与待冷却的所述套筒段(2)形成闭合保形接触。
11. 根据权利要求5、 9或10中任一项所述的设备，其特征在于，所 述密封薄膜(15)或密封膜盒由抗高温弹性体制成，优选地为来自氟橡 胶组的弹性体。
12. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述感应 线圈(l)被包裹起来，因此所述感应线圏是完全不透过冷却剂或冷却剂 蒸汽的，优选地用弹性体整体包围所述感应线圏(1)。
13. 根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述感应线圏(1) 的模制包装物由至少局部屏蔽物(8)保护以阻止与所述套筒段(2)过 多热转移接触，所述屏蔽物由适当的材料制成，所述材料既不导电也不 导;兹，优选地为陶资。
14. 根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，相对的电极设 于冷却剂回路中，通过这种方式，所述线圏(1)与所述冷却剂之间不必 要的电流能够被探测。
15. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述感应 线圈(1)的所述外部圓周表面以及外部面由外壳(6)包围，所述外壳 形成所述冷却剂路线渠道(5)的其它段，并且所述外壳优选地支持用于 所述冷却剂供给管道(10)和用于所述冷却剂排出管道(11)的连接。
16. 根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述线圈(1)沿其 主中心轴插入所述外壳(6)的对应凹槽，并且在所述外壳处密封以阻止 冷却剂泄漏进入所述线圈(1)与所述外壳之间的间隙。
17. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述冷却 剂以及可能的冷却剂蒸汽通过所述冷却剂排出管道(11)排出。
18. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，结合权利要求15,其 特征在于，所述由线圈(1)和外壳(6)构成的单元形成可调换的模块， 并且每个收缩设备包括多个此类模块，其中所述的特定模块因它们的线 圈内径而不同，这就意味着待操作的所述工具卡盘的所述套筒段的外直 径范围不同。
19. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，尤其根据权利要求18， 其特征在于，所述冷却剂供给管道(10)以及所述冷却剂排出管道(11) 能够通过快速联接器而接合或脱开，这个过程可不用工具操作。
20. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述渠道 (5)包括喷管实体(17),所述冷却剂供给管道(10)作用于所述喷管实体的一侧，并且所述喷管实体包括精细钻孔，经过所述钻孔冷却剂祐 喷入所述喷管实体(17)和所述套筒段形成的腔体内，并且优选地直接 喷射于所述套筒段上，优选地经过雾化，其中所述腔体连接于所述冷却 剂排出管道(11),所述冷却剂排出管道排出喷射于腔体内的冷却剂以及 产生的冷却剂蒸汽。
21. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述冷却 剂也同时显著地冷却所述感应线圏(1)。
22. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述渠道 (5)被构造为使得所述冷却剂沿所述线圏(1)以螺旋形或跑道形路径流动，因此所述线圈(1)和所述冷却剂之间的热交换得到加强。
23. 用于冷却热的工具卡盘的设备，包括外部套筒或束套(20),所 述外部套筒或束套被推压在待冷却的所述套筒段上，其中，所述外部套筒或束套(20)包括渠道(5),所述渠道在其内部至少在所述外部套筒 或束套(20)的内部和所述工具卡盘的所述套筒段(2)之间延伸，冷却 剂流经所述渠道，冷却所述工具卡盘的所述套筒段(2)。
24. 根据权利要求23所述的用于冷却热的工具卡盘的设备，其中， 根据权利要求2、 3、 5至11、 17、 19或20中的一个或多个配置所述渠 道(5)或与之相互作用的设备。
全文摘要
本发明公开了一种用于压紧或松开工具的设备，所述工具具有在工具卡盘中的工具轴，所述工具卡盘具有自由端敞开的套筒段(2)，并且所述工具卡盘由导电材料制成，用于以摩擦连接方式接收工具轴，所述设备具有感应线圈(1)，所述感应线圈(1)包围所述工具卡盘的所述套筒段(2)，优选地能够将高频交流电应用于所述感应线圈，并且所述线圈设计成环状或圆柱状线圈，其中所述设备具有至少一个渠道(5)，所述渠道在所述感应线圈(1)的内周表面和所述工具卡盘的所述套筒段(2)之间延伸，通过所述渠道流动冷却介质，所述冷却介质冷却所述工具卡盘的所述套筒段(2)。
文档编号H05B6/14GK101678514SQ200880018351
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月22日 优先权日2007年6月1日
发明者弗朗茨·海默尔 申请人:弗朗茨海默尔机械制造两合公司