专利名称：通过感应加热刀架而夹紧和松开刀具的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于感应加热刀架的套筒部的装置。特别是对于以较高转速旋转的刀具，例如铣刀和钻头已知的是，它们的柄部冷缩 配合到刀架的套筒部内。为此该套筒部例如借助于环绕该套筒部的感应线圈来加热，以将 插入所述套筒部的所述刀具柄部受到热影响而扩展，即扩大的接纳口内。该刀架的外径略 大于该接纳口的标称直径，从而刀具在所述套筒部冷却后抗旋转地压配合在刀架内。
背景技术：
例如DE 101 02 710 Al提供了一种适用于此的感应加热装置。该装置具有一可 套装在刀架的套筒部上并在此时以一定的径向间距环形地包围该套筒部的感应线圈，给该 感应线圈供应交流电。所述感应线圈的磁场在刀架导电的、多数可磁化的材料中感应产生 感应电流，该感应电流直接加热套筒部。该感应线圈轴向延伸到至少超过刀具柄部伸入接 纳口内的接合长度并且以其绕组大致在套筒部的刀具侧的端面的范围内沿轴向与所述套 筒部平齐。在径向上，感应线圈的内部圆周与套筒部保持一定距离地分布，以便能够将相同 的感应线圈用在具有不同的套筒部外径的刀架中。所述感应线圈的绕组在其端侧上和在其外圆周上通过一个由可磁化的、即铁磁体 或亚铁磁体材料组成的磁通集中器(Flusskonzentrator)调整装置，所述材料相对于空气 高的导磁性能将磁通基本上集中到外壳上。该磁通集中器调整装置的所述可磁化的材料是 不导电的，以避免使该磁通集中器外壳也被感应加热。所述磁通集中器外壳的与套筒部的 刀具侧的端面相邻的范围设计成主要呈环形的集中器体，该集中器体直接轴向贴靠在套筒 部刀具侧的端部上。这样的集中器体的意义和目的在于，将磁场有目的地导入套筒部内，以 使其可以在那里有效地发挥作用，并且同时防止从套筒部突出的刀具柄部通过漏磁场分量 而被感应加热，刀具柄部由此也会发生膨胀，这是不希望的。有利的是，这种集中器体设计 成屏蔽凸缘，例如，如DE 101 02 710 Al中所述。该屏蔽凸缘拦截首先溢出到外部空间中的 场力线的主要部分。该屏蔽凸缘由此还以有效的方式和方法防止伸出的刀具柄部被加热。虽然如此，在由前述这样的装置中，在感应线圈及整个装置的外部环境中仍存在 可测的漏磁场，在多数应用场合中这种漏磁场对收缩装入和取出的主要功能没有重要的影 响。近期，在一直以来特别受关注的专有领域之外，对于主题“漏电场(elektrische Streufelder)，，出现了越来越多的关注。
发明内容
本发明的目的是进一步降低感应线圈和装置的外部环境中的磁场。该目的通过权利要求1特征部分的特征来实现。所述集中器体间接或直接地承载 有电感凸台，该电感凸台由导电的及优选不导磁的材料制成。在该电感凸台上产生有磁场， 该磁场与分布在感应线圈和装置的外部环境中的感应线圈的磁场相叠加，并由此部分地使该磁场减弱。以这种方式和方法，与通过由不导电并且导磁的材料，如铁素体制成的极靴实 现的并因此可称为“被动屏蔽(passive Abschirmimg) ”的屏蔽相比，实现了一种(通常为 附加的)主动的磁场屏蔽。根据权利要求2的规定，所述电感凸台由成段地(局部地)分布所述集中器体之 外的磁场的一部分这样穿过，即，在所述电感凸台本身内感应产生电流。简而言之，所述线 圈的外部环境中的减弱的磁场自动地确保从所述电感凸台出发产生进行减弱作用的反向 磁场。优选地，所述电感凸台设计成通常沿圆周方向自闭合的环。该电感凸台以这种方 式和方法确保了最佳的屏蔽，因为高频磁场的场力线也由此被真正地完全截获，并且不可 能对本发明的电感凸台的作用产生反作用。特别优选的是由铜制成的电感凸台的构型。因为已经证明，特别是本发明的应用 场合中，铜可以获得明显超过其它乍看来等效的材料(例如铝)的作用效果。所述电感凸台优选设计成使其具有卷边的环的横截面。所述电感凸 台由此从所述 集中器体沿径向超过所述集中器沿向外的方向延伸，并且，在按规定安装集中器体以使其 具有水平定向时，从所述集中器体出发以一相对于水平方向略微倾斜(优选在10度到20 度之间)向上延伸。以这种方式和方法，所述电感凸台对于所述否则具有首先包围集中器 体的倾向的场力线的主要部分构成 了一种阻碍结构，这种阻碍结构有效地由所述场力线穿 过。即所述场力线得到了有效利用，以在所述电感凸台内产生涡电流并由此产生相应的反 向磁场。优选地设计，所述集中器体在其径向外侧插入一保持环内。该保持环用于相对于 所述磁线圈布置结构对集中器体进行定位。同时所述保持环还使所述电感凸台相对于所 述集中器体保持就位，优选地将其保持在所述集中器体和所述电感凸台彼此直接表面接触 的位置。由此热量能够快速地以相当的程度从所述电感凸台流到所述集中器体内。通过这 种设计也简化操作，因为该集中器体和与其相匹配的电感凸台始终彼此固定连接，并且必 要时能够一起用由另一个集中器体和另一个与其相匹配的电感凸台组成的相应的构件来 更换，而用户不必须考虑哪个电感凸台该与哪个集中器体相配。此外，如果所述集中器体和 所述电感凸台彼此表面接触，就确保了在集中器体和电感凸台之间特别有效的磁的相互作 用，即确保实现连续的强化屏蔽的区域。在另一个优选的改进方案的范围内，所述保持环设计成塑料环。借助于塑料环最 简单地考虑到了这样的事实，即在所述集中器体和所述电感凸台之间通过热膨胀产生的相 对运动，这几乎是不可避免的，因为与集中器体不同，电感凸台由于在其内部产生的涡电流 而直接被加热。原则上所述保持环当然也可以设计成陶瓷环。也就是说，当该陶瓷环以一定的间 隙包围集中器体和电感凸台时，该陶瓷环不会由于该集中器体或该电感凸台的热膨胀而胀 开。但考虑到这一点，由陶瓷制成的保持环与明确优选的由塑料组成的保持环相比显然更 容易导致加工和公差问题。如果保持环为塑料环，理想地这样来制造由电感凸台、集中器体和塑料环组成的 构件，即，将集中器体和电感凸台一起放入相应的塑料注塑机内，并利用固化形成保持环的 塑料对其进行包围注射。
所述保持环由耐热的、优选在120°C以上的温度条件下，理想地高达150°C耐变形 的塑料制成，则可以确保其保持功能。制造由耐热的塑料制成的保持环使得可以没有中断 地顺序进行多个收缩装入或取出周期，并且不会发生以下情况，即通过至少电感凸台加热 到使其热破坏保持环的塑料的程度，使得由电感凸台、集中器体和塑料环组成的构件失效。 作为用于上述应用目的而考虑采用的塑料，特别可以列举PI或还有PTFE塑料。在一特别优选的实施形式的范围内，所述保持环的塑料完全或部分地包围电感凸 台，并且尤其还在其外圆周的这样的区域内包围，当使用者从装置中取出由电感凸台、集中 器体和塑料环组成的构件时，可能无意中碰触到所述区域。以这种方式和方法，避免了这样 的危险，即，由于用户直接接触所述电感凸台的良好导热表面，用户在加热的电感凸台上被 意外灼伤。理想地，为电感凸台至少局部地设有中断的由塑料制成的接触保护部或由其覆 盖。这种中断的接触保护部通常是由耐热塑料(例如上面所述塑料或是尼龙材料)制成 的部分，该部分以紧密的间距设有多个通口，即是“中断的(imterbrochen) ”。通过这些通 口用于冷却的(吹送或对流流入的)空气或者冷却介质实现直接到达所述电感凸台的金属 表面，由此尽管有接触保护部也可以有效地冷却该电感凸台。尽管紧密地间隔布置，但每 个通口相对于通口之间的接片都如此之小，即使在抓持加热到约80°C的电感凸台时，使用 者的皮肤也基本上不会穿过所述通口而直接与该电感凸台的金属表面接触，并在此时由于 表面的强导热性能而被灼伤。因为取决于具体情况，无法具体说明，通口在具体情况下必须 为多大和多紧密地隔开。但本领域的技术人员能够针对确切的具体情况通过少数几次试 验在考虑到以下规定的情况下确定上述情况，即通常应尽可能小地妨碍所述电感凸台金属 表面上的空气和冷介质的进入，从而应该在固定接触保护部所必需的程度上覆盖所述金属 表面。所述接触保护部可以设计成所述保持环的整体部分或设计成单独的构件。理想的 是，所述中断的接触保护部设计成一种至少分段(局部)闭合的笼架(Kaefig)。即设计成 这样的笼架，这种笼架在任何情况下都局部地与所述电感凸台的表面接触，并且其“网格段 (Gitterabschnitt) ”明显地与所述电感凸台的表面隔开设置。除此以外，所述接触保护部 也可以直接贴靠在所述电感凸台的表面上，例如以网状或格栅的方式。理想地，将所述电感凸台设计成使其具有如此大的热容量和质量，以使该电感凸 台在多次彼此直接相继进行的收缩周期之后的最终温度小于100°C且优选小于80°C，在所 述收缩周期中，分别将一个较冷的刀架加热至这样的程度，即，可装入与其相配的刀具并重 新从中取出。这是重要的，因为在所述电感凸台内通过在这里感应产生的电流产生较大的 热量，所述热量在短时间内只能不充分地输出在周围的外部空气中。尽管如此，所述电感体 不允许任意加热。这可以用所述方式得到弥补。
以下将结合附图对本发明进行详细说明，并由此进一步给出本发明的工作原理及 优点。这里示出图1为本发明的用于对刀架进行感应加热的装置的轴向纵向剖视图，其中带有在 刀架的刀具侧的端部上的盘形极靴；图2为由集中器体、电感凸台和保持环组成的构件的轴向纵向剖视图3为可选的第二实施例的半剖视图。附图标记说明1.刀架2.套筒部3.旋转轴刀架4.接纳 口5.刀具柄部6.感应线圈7.感应线圈的绕组8.线圈体9.轭调整装置10.套筒部的端侧11.集中器体12.接触面13.保持环14.电感凸台14a.电感体SF=端面线圈F =底脚部α =倾斜角
具体实施例方式在对本发明的电感凸台进行详细说明之前，首先总体上对图1所示装置的功能进 行说明。可以看到，该刀架1是由至少导电的、这里还导磁的材料例如钢制成。该刀架在其 另一端部上具有套筒部2。该套筒部2包含一中心对准于该刀架的旋转轴线3的接纳口 4， 用于一可以以其柄部5装入该接纳口 4内而没有详细示出的旋转刀具，例如钻头、铣刀或者 还有研磨刀具。该柄部5的外径略大于接纳口 4的自由标称直径，从而柄部5通过压配合保持在 套筒部2内，由此能够将所需的转矩传递到旋转刀具上。为了将刀具柄部5装入在刀架1 内或是从其中取出，通过加热使套筒部2扩张。所述加热是借助于一套装套筒部2上并以 一定的径向间距同心包围该套筒部的外壳表面的感应线圈6来进行。可以利用频率为例如 5到20kHz的交流电或脉冲直流电对所述感应线圈供电。通过近似圆柱形的绕组7产生的 磁通在套筒部2内感应产生涡电流。所述涡电流在较短的时间里加热套筒部2，并且进一步 由此使接纳口 4充分扩张，以便能够插入或取出刀具柄部。感应线圈6具有设置在其内部的由耐热的塑料或陶瓷制成的线圈体8，将多层的 绕组7设置在该线圈体上。绕组7的外圆周和轴向背向刀具的端面由一体的或多件式的、 由导磁并且不导电材料制成的轭调整装置9覆盖，该材料将在绕组7的环境范围内的磁通 集束并会聚到轭调整装置9上。
该设有轭调整装置9的绕组7基本上在确定为用于接纳刀具柄部5的接纳口 4或 套筒部2整个的长度上延伸。为了将磁通从在该侧面上沿轴向略超过绕组7突出的轭调整装置9而最佳地朝套 筒部2的端面10导向，并同时屏蔽刀具柄部5超过套筒部2突出的部分，并保护其不被感 应加热，给线圈端面SF配设一集中器体11，该集中器体控制从轭调整装置9出来的磁场。 如图1所示，该集中器体11优选设计成屏蔽凸缘的形式。该集中器体由可会聚磁通的导磁 材料制成，当然所述材料基本上是不导电的，因此在磁场的影响下它不会被明显加热。如此构成的集中器体11在各侧与轭调整装置9隔开一定距离地分布。所示实施 例中，轭调整装置9没有延伸超过绕组7的刀具侧的端面，而是仅略突出于该端面，但在必 要时还能够覆盖线圈。集中器体沿轴向朝向套筒部2具有一垂直于轴向分布的平的接触面 12，利用该接触面，所述集中器体可以表面贴靠在套筒部2的这里为环形的端面上。集中器体11设有一保持环13，该保持环是由耐较高温温度、不导磁并且不导电的 材料制成，特别是由塑料制成。借助该保持环13，集中器体11相对于感应线圈6固定，但是 这样固定的，即必要时可以用尺寸略有不同的集中器体(未示出)的一种选择来替换该集 中器。以这种方式，集中器体11确保(刀架的)相应装入的套筒部2相对于感应线圈6的 正确轴向定位。此外，还可以为了使相同的感应线圈6与具有不同的套筒部2的刀架相匹 配而更换该集中器体。在轭调整装置9和在这里设计成屏蔽凸缘形状的集中器体11之间留出的环状间 隙虽然提高了感应线圈6的磁路中的阻抗；但是集中器体11由于其作为屏蔽凸缘的设计而 允许在刀具柄部5范围内以较高的程度将磁通无漏磁地集中到套筒部2上。以这种方式， 该套筒部2可以被感应加热，而不会出现对刀具柄部5的过度加热。本发明在这里的集中器体11在其背向感应线圈6的外侧上设置一电感凸台14。 与集中器体不同，该电感凸台由良好导电的但不导磁的材料制成。电感凸台14这里直接与集中器体11大面积地接触。电感凸台和集中器体基本上 沿集中器体的整个上部平面接触。以这种方式，电感凸台14可以在需要时非常快速地将在 其中产生的能量输出到集中器体上，由此防止电感凸台可能的过热。该电感凸台14沿径向向外超过集中器体倾斜伸出。此时它优选向上倾斜分布(大 致以相对于水平方向10到20度的角α)，如图1和2所示。因此可以将该电感凸台14理 解为以其外圆周上向上翻卷的圆环。该圆环以这种方式和方法形成一向外超过集中器体伸 出的凸缘。该凸缘构成一种由场力线的主要部分必然穿过的障碍结构，所述场力线否则具 有这样的倾向，即首先绕过所述集中器体并只有从距轴线3较高的区域出发才进入集中器 体。由于这个原因，在电感凸台14中形成涡电流，所述涡电流本身当然形成一磁场， 一种反向磁场。因此，线圈9外部环境中的削弱的磁场自动确保由电感凸台14出发形成减 弱作用的反向磁场。该电感凸台这里设计成一在圆周方向上闭合的铜环。但原则上，这里也可以采用例如一种设计成铝环的构型。但已经证明，作为铜环的构型对于这里存在的应用场合使电 感凸台具有明显更为有效的作用，或者说导致对电感凸台明显更小的加热。集中器体和电感凸台插入上面已经简短说明的、共同的保持环13中。保持环13由注射在集中器体11和电感凸台14上的高度耐热的塑料制成。保持环的塑料在其最大外 径的范围包围电感凸台并且防止使用者在该位置直接与电感凸台14的露出的、热的和具 有良好导热特性的表面接触。图3示出了本发明的另一实施例的半剖视图。该实施例与之前根据图1和2所述的实施例的区别之处在于，这里不是给集中器 体11本身设置电感凸台，而是直接在线圈装置9或线圈壳体(尤其是在线圈6朝向套筒部 端部端面的区域上)上设有一这里同样设计成凸缘式的电感体14a。只要不涉及上述没有 出现在图3中的电感凸台的具体特征，上面所述(图1和2的)实施形式在这里也合理地 适用。电感体14a的工作原理与上面针对以电感凸台14形式的电感体所述的情况相同， 该电感体14a由线圈6的磁场穿过，由此在其中感应产生电流。该电流产生一反向磁场，该 磁场部分地减弱主磁场或使其转向，从而这里也可以实现主动屏蔽。只是还应指出，保持电感体14a的主体部H的底脚部F，优选不是由与凸缘形的主 体部H相同的导电和不导磁的材料制成，而是优选地由塑料材料制成。由此，与由导电材料 制成的底脚部F的情况相比，可明显降低该电感体的热负荷。与集中器体无关，电感体的固定和保持首先对于具有可调线圈和/或可调集中器 体的系统具有显著的实际意义，不必为了针对不同套筒直径的冷缩配合而改装所述系统而 更换所述线圈或集中器体。此外可以确定，例如也可以在线圈的圆周上安装作用类似的主动屏蔽元件，例如 以便屏蔽线圈的操作键。最后还应指出，这里所述类型的电感凸台当然不是只与设计成屏蔽凸缘的集中器 体共同作用才能发挥其作用。
权利要求
一种用于夹紧和松开带有刀具的刀具柄部的装置，利用该装置使刀架(1)的套筒部(2)感应加热，该套筒部包括用于旋转刀具的柄部(5)的中央接纳口(4)，所述套筒部压配合地保持安置在所述接纳口(4)内的刀具的柄部(5)并在加热时释放所述柄部，所述装置具有感应线圈装置，该感应线圈装置具有至少一个可以为了加热所述套筒部(2)而被供电的感应线圈(6)以及集中器体(11)，该集中器体将所述感应线圈(6)的磁通集中到所述套筒部(2)刀具侧的端部的区域上，该集中器体是导磁的并且是不导电或基本上不导电的，其特征在于，所述集中器体(11)承载有由导电材料制成的电感凸台(14)。
2.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电感凸台(14)这样设置在所述集中 器体上，g卩，所述电感凸台由分布在集中器体(11)之外的磁场的一部分这样穿过，S卩，在所 述电感凸台(14)内感应产生电流，其中，将所述电感凸台(14)定位成以及在空间上设计 成，使得由在电感凸台内感应产生的电流产生反向磁场，该反向磁场这样叠加在所述线圈 (6)的磁场上，即，总体上实现对所述线圈(6)的穿过所述装置的外部环境的磁场至少局部 的降低。
3.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电感凸台(14)设计成沿 圆周方向电闭合的环。
4.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电感凸台(14)由铜制成。
5.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电感凸台(14)具有翻边 的环的横截面。
6.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述环的横截面相对于水平方向向上倾 斜，优选地倾斜10度到20度的角度(a )。
7.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述集中器体(11)从其径向 外侧插入到用于在磁线圈装置上定位的保持环(13)中，所述保持环同时还使所述电感凸 台(14)相对于所述集中器体(11)保持就位，优选将其保持在所述集中器体(11)和所述电 感凸台(14)彼此直接表面接触的位置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述保持环(13)为塑料环，该塑料环通过 对所述集中器体和所述电感凸台进行共同的、至少部分的包围注射形成。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述保持环(13)的塑料完全或部分地包 围电感凸台(14)，从而使该保持环降低使用者在已加热的电感凸台上被灼伤的危险。
10.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电感凸台(14)具有如 此大的热容积和质量，以致所述电感凸台(14)的最终温度即使在六次彼此直接顺序相接 进行的周期后平均小于80°C，在所述周期内分别将较冷的刀架加热至与其相配的刀具能够 插入或取出的程度。
11.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置设有由导磁的、不 导电或基本上不导电的材料制成的轭调整装置(9)，其中，必要时在包括设置在线圈(6) — 端侧的范围内的集中器体(11)的情况下，所述轭调整装置(9)与所述套筒部(2) —起围 绕所述感应线圈形成至少分段闭合的磁路，并且给所述磁路配设由导电材料制成的电感体 (14b)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电感体(14b)设置在所述线圈的朝向所述套筒部(2)的端部的区域内。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述电感体(14b)定位成并且在 空间上设计成，使得由在电感体内感应产生的电流产生反向磁场，该反向磁场这样叠加在 所述线圈(6)的磁场上，即，使得总体上实现对所述线圈的穿过所述装置的外部环境的磁 场至少局部的减小。
14.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电感体(14、14b)由不 导磁的材料形成。
全文摘要
本发明涉及一种感应加热刀架(1)的套筒部(2)的装置，该套筒部包括用于旋转刀具的柄部(5)的中央接纳口(4)，所述套筒部压配合地保持刀具的安置在所述接纳口(4)内的柄部(5)并在加热时释放所述柄部，所述装置具有感应线圈装置，该感应线圈装置具有至少一个可以为了加热所述套筒部(2)而被供电的感应线圈(6)以及集中器体(11)，该集中器体将所述感应线圈(6)的磁通集中到所述套筒部(2)刀具侧的端部的区域上，该集中器体是可磁化的、不导电或基本上不导电的，其中，所述集中器体(11)承载有由导电材料制成的电感凸台(14)。
文档编号H05B6/38GK101829923SQ20091012710
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10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