Aus WO 01/89 758 A1 ist es bekannt, Rotationswerkzeuge, wie z. B.

Bohrer oder Fräser, in einer zentrischen Aufnahmeöffnung eines Werkzeug- halters ausschließlich im Presssitz eines die Aufnahmeöffnung bildenden Hülsenabschnitts des Werkzeughalters zu halten. Der Hülsenabschnitt des Werkzeughalters kann mittels einer induktiven Heizeinrichtung, beispiels- weise in Form einer den Hülsenabschnitt umschließenden, Wechselstrom gespeisten Induktionsspule soweit erwärmt werden, dass der Schaft des Rotationswerkzeugs in die dadurch sich erweiternde Aufnahmeöffnung eingesteckt oder aus dieser wieder entnommen werden kann. Der Außen- durchmesser des Schafts ist etwas größer als der Nenn-Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung, so dass bei abgekühltem Hülsenabschnitt dieser den Schaft im Presssitz hält.

Herkömmliche Werkzeughalter des vorstehenden Typs haben eine Norm- kupplung, beispielsweise eine Steilkegelkupplung oder eine HSK-Kupplung, mittels der der Werkzeughalter an die Spindel der Arbeitsmaschine gleichachsig zu deren Drehachse gekuppelt wird. Eine Bezugsanschlag- fläche oder eine Bezugsposition des Werkzeughalters erlaubt hierbei re- produzierbares Vermessen der axialen Position des Rotationswerkzeugs relativ zur Spindel bzw. zum Werkzeughalter mittels eines herkömmlichen,

den Abstand zwischen der Bezugsanschlagfläche bzw. Bezugsposition des Werkzeughalters und der Spitze des Rotationswerkzeugs vermessenden Längenmessvorrichtung und damit eine reproduzierbare axiale Positionie- rung des Rotationswerkzeugs relativ zur Spindel.

Es ist ferner bekannt, in der Aufnahmeöffnung eines"Schrumpf-Werkzeug- halters"des vorstehend erläuterten Typs eine axial justierbare Positionier- anschlagfläche, beispielsweise in Form einer axial in die Aufnahmeöffnung ragenden, in den Werkzeughalter geschraubten Schraube anzuordnen, die die Eintauchtiefe des Werkzeugschafts beim Einschrumpfen justierbar begrenzt.

Die Einstellung der Länge der aus dem Rotationswerkzeug und dem Werk- zeughalter gebildeten Werkzeugeinheit auf den gewünschten Längenwert kann bei erwärmtem Hülsenabschnitt und damit axial beweglichem Rota- tionswerkzeug erfolgen. Dieses Vorgehen kann aber zu Einstellfehlern führen, da die axiale Wärmedehnung des Werkzeughalters kompensierend berücksichtigt werden muss. Einstellfehler dieser Art werden vermieden, wenn die Positionieranschlagfläche bei kaltem Werkzeughalter so einge- stellt wird, dass die Werkzeugeinheit nach dem Einschrumpfen des Rota- tionswerkzeugs die gewünschte Länge hat. Es hat sich aber gezeigt, dass Messverfahren, die es erlauben, die gewünschte Länge der Werkzeugein- heit bei noch kaltem Werkzeughalter voreinzustellen, vergleichsweise aufwendig zu handhaben sind und einen vergleichsweise hohen Aufwand an Messapparaturen bedingen.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die einfach zu bedienen ist und es mit einfachen Mitteln erlaubt, ein Rotationswerkzeug in einer gewünschten Position relativ zu einem Werkzeughalter in diesen einzuschrumpfen, ohne dass es zu Einstellfehlern aufgrund axialer Wärme- dehnung des Werkzeughalters kommt.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrich- tung zum Einspannen eines Rotationswerkzeugs in einen Werkzeughalter, welcher einen Schaft des Rotationswerkzeugs im Presssitz in einer zur Rotationsachse zentrischen Aufnahmeöffnung eines Hülsenabschnitts hält und bei Erwärmung des Hülsenabschnitts freigibt, wobei der Werkzeug- halter einen zur Rotationsachse gleichachsigen Kupplungsabschnitt mit einem axialen, bis in die Aufnahmeöffnung reichenden Durchgangskanal aufweist. Die Vorrichtung umfasst hierbei eine mit dem Kupplungsabschnitt des Werkzeughalters zur Rota- tionsachse zentrische und in einer vorbestimmten axialen Position zu kuppelnde Halteraufnahme, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Hülsenabschnitts des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werkzeughalters, eine Werkzeugpositioniervorrichtung mit einer in Richtung der Rota- tionsachse bewegbaren und auf eine wählbare Position relativ zu der Halteraufnahme, einstellbaren Werkzeug-Anschlagfläche für ein Stirnende des Rotationswerkzeugs und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugpositioniervorrichtung einen zentrischen, in die Durchgangsöffnung des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werk- zeughalters hineinreichenden, in Richtung der Rotationsachse be- weglichen Anschlagdorn aufweist, der an seinem in dem Werkzeug- halter gelegenen Ende die Werkzeug-Anschlagfläche für das Stirnende des Schafts des Rotationswerkzeugs bildet und dass dem Anschlagdorn Maßstabmittel zugeordnet sind, mittels welcher die Werkzeug-Anschlagfläche des Anschlagdorns auf einen vorgegebe- nen axialen Abstand von einer axialen Bezugsposition des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werkzeughalters einstellbar ist.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Bezugsposition des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werkzeughalters von dem für den Schrumpfvorgang zu erwärmenden Hülsenabschnitt thermisch hinreichend isoliert ist und sich damit in ihrer Axialposition relativ zur Halteraufnahme

nicht verändert. Da der Anschlagdorn relativ zur Halteraufnahme fixiert ist, lässt sich die Werkzeuganschlagfläche unabhängig von der Wärmedehnung des Hülsenabschnitts positionieren, so dass Wärmedehnungsfehler ver- mieden werden. Da die axiale Länge des Rotationswerkzeugs in aller Regel bekannt ist oder problemlos gemessen werden kann, lässt sich eine ge- wünschte Gesamtlänge der aus dem Werkzeughalter und dem darin einge- schrumpften Rotationswerkzeug bestehenden Werkzeugeinheit mit hinrei- chender Genauigkeit voreinstellen, wenn der Anschlagdorn so eingestellt wird, dass seine Werkzeuganschlagfläche um die Differenz der beiden genannten Längen über die Bezugsposition des Werkzeughalters vorsteht.

Da die Maßstabmittel dem Anschlagdorn unmittelbar zugeordnet sind, lässt sich die für die gewünschte Gesamtlänge der Werkzeugeinheit erforderliche Position des Anschlagdorns direkt anhand dieser Maßstabmittel einstellen bevor mit der Erwärmung des Hülsenabschnitts und dem Einschrumpfvor- gang begonnen wird. Dies erleichtert die Handhabung, insbesondere da die Länge des Rotationswerkzeugs in einem gesonderten Messschritt ermittelt werden kann und das Rotationswerkzeug bei der Positionierung des An- schlagdorns körperlich nicht benötigt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Anschlagdorn an einer Führung relativ zu der Halteraufnahme verschiebbar geführt ist und die Maßstabmittel eine Maßstabskala zum Abmessen der Verschiebungs- strecke des Anschlagdorns umfassen. Die Position des Anschlagdorns relativ zur Halteraufnahme und damit auch relativ zur Bezugsposition des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werkzeughalters lässt sich auf diese Weise einfach messen. oder/und einstellen. Die Maßstabskala kann Be- standteil einer mechanischen Wegmessanordnung wie zum Beispiel einer herkömmlichen Mikrometermessschraube sein, an deren Skala sowohl die Position als auch die Verschiebestrecke des mit der Mikrometermess- schraube verbundenen Anschlagdorns exakt abgelesen und eingestellt werden kann. In einer Variante kann vorgesehen sein, dass die Maßstab-

skala Bestandteil einer elektrischen Wegmessanordnung ist, so dass die Position oder/und die Verschiebestrecke auf einem Display der Wegmess- anordnung angezeigt werden kann.

Der Anschlagdorn kann von Hand gegebenenfalls über ein Getriebe ver- schoben werden. Insbesondere bei Verwendung einer elektrischen Weg- messanordnung umfasst die Werkzeugpositioniervorrichtung jedoch bevor- zugt einen elektrischen, auf die Wegmessanordnung ansprechenden Posi- tionierantrieb für den Anschlagdorn.

Die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen nutzen eine optisch, elektrisch oder magnetisch lesbare Maßstabskala für die Positionsbestimmung des Anschlagdorns. Auf eine solche Skala kann verzichtet werden, wenn die <BR> <BR> Werkzeugpositioniervorrichtungeinen Schrittmotor-Positionierantriebfürdie Verschiebebewegung des Anschlagdorns nutzt, wobei dann die Maßstab- mittel zum Abmessen der Verschiebestrecke des Anschlagdorns einen die Schritte des Schrittmotor-Positionierantriebs zählenden Zähler aufweisen.

Hierbei wird ausgenutzt, dass elektrische, durch Impulse fortschaltbare Schrittmotoren in einer Folge von Drehschritten konstanter Winkelbreite rotieren, so dass die Zahl der den Schrittmotor fortschaltenden Impulse zugleich ein Maß für den von dem Schrittmotor zurückgelegten Drehweg ist.

Um die Positionseinstellung des Anschlagdorns zu erleichtern ist zweck- mäßigerweise vorgesehen, dass die auf die axiale Bezugsposition des mit der Halteraufnahme gekuppelten Werkzeughalters eingestellten Maßstab- mittel auf den Maßstabwert"Null"setzbar sind. Zweckmäßigerweise wird für diese"Nullung"ein"Eichmeister", das heisst dem Kupplungsabschnitt des Werkzeughalters entsprechendes Bauteil benutzt, welches in der Be- zugsposition eine axiale Anschlagfläche für den Anschlagdorn bildet.

Die Position, auf die die Werkzeuganschlagfläche des Anschlagdorns relativ zur Bezugsposition des Werkzeughalters eingestellt werden soll, lässt sich aus der gewünschten Gesamtlänge der aus Rotationswerkzeug und Werk- zeughalter bestehenden Werkzeugeinheit abzüglich der axialen Länge des Rotationswerkzeugs durch simples Subtrahieren bilden. Die Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich beträchtlich vereinfachen, wenn die Werkzeugpositioniervorrichtung einen den Anschlagdorn für dessen Verstellbewegung antreibenden Positionierantrieb umfasst und dem Positionierantrieb eine Dateneingabeeinrichtung zugeordnet ist, an der Werte für die axiale Länge des Rotationswerkzeugs und die gewünschte Gesamtlänge der Werkzeugeinheit eingehbar sind. Die Differenzbildung der gewünschten Gesamtlänge abzüglich der Länge des Rotationswerkzeugs erfolgt dann zweckmäßigerweise automatisiert.

Bevorzugt ist die vorstehend erläuterte Werkzeugpositioniereinrichtung zusammen mit einer induktiven Heizeinrichtung zu einer Baueinheit ver- einigt. Zu einer Modulbauweise gelangt man, wenn diese Baueinheit um eine als weitere Baueinheit ausgebildete Kühlstation für die mittels der Heizeinrichtung erwärmten Werkzeughalter erweiterbar ist. Zweckmäßiger- weise ist hierbei die Halteraufnahme zwischen den beiden Baueinheiten bewegbar geführt, so dass der abzukühlende Werkzeughalter zusammen mit seiner Halteraufnahme zwischen dem die Heizeinrichtung umfassenden Modul und dem Kühlstationsmodul beispielsweise auf einer Linearführung verschiebbar ist. In der Praxis können mehrere der Halteraufnahmen glei- cher oder aber auch unterschiedlicher Größe auf einem Drehteller angeord- net sein, um bei kontinuierlichem Betrieb den Arbeitsablauf zu beschleuni- gen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dann der mehrere Halterauf- nahmen vereinigende Drehteller mittels der Linearführung zwischen den Modulen verschiebbar.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Hierbei zeigt :

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, schematische Darstellung einer Vor- richtung zum Einspannen eines Rotationswerkzeugs in einem Werkzeug- halter unter Voreinstellung der Länge der so gebildeten Werkzeugeinheit ; Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene, perspektifische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung und Fig. 3 eine perspektifische Darstellung einer Variante der Vorrichtung aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Werkzeugspann-Vorrichtung erlaubt das Voreinstellen der Länge einer Werkzeugeinheit 1, die aus einem Rota- tionswerkzeug 3, zum Beispiel einem Bohrer oder Fräser und einem Werk- zeughalter 5 besteht. Das Rotationswerkzeug 3 sitzt mit seinem Schaft 7 im Presssitz in einer zur Rotationsachse 9 zentrischen Aufnahmeöffnung 11 eines Hülsenabschnitts 13 des Werkzeughalters 5. Um den Werkzeughalter 5 mit der rotierend angetriebenen Spindel einer nicht näher dargestellten Arbeitsmaschine kuppeln zu können, trägt er in an sich bekannter Weise dem Hülsenabschnitt 13 abgewandt einen Kupplungsabschnitt 15, bei- spielsweise in Form eines genormten Steilkegels oder einer genormten HSK-Kupplung.

Um das Rotationswerkzeug 3 in den Hülsenabschnitt 13 einzuspannen oder aus dem Hülsenabschnitt 13 auszuspannen, wird der Hülsenabschnitt erwärmt und dadurch auf einen den Schaft 7 des Rotationswerkzeugs 3 freigebenden Innendurchmesser gedehnt. Zur Erwärmung ist eine Induk- tions-Heizeinrichtung vorgesehen, wie sie beispielsweise in WO 01/89 758 A1 beschrieben ist. Die Induktions-Heizeinrichtung umfasst eine insbeson- dere mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste Induktionsspule 17, die in dem metallischen Hülsenabschnitt 13 Wirbelströme induziert, durch die der Hülsenabschnitt 13 auf Temperaturen von mehreren 100°C erwärmt und damit gedehnt wird.

Für den späteren Einsatz in der Arbeitsmaschine soll die Werkzeugeinheit 1 in Richtung der Rotationsachse eine vorbestimmte Gesamtlänge L zwischen einem Werkzeughalter fernen, freien Ende 19 des Rotationswerkzeugs 3 und einer durch eine definierte Bezugsposition 21, beispielsweise einem vorbestimmten Durchmesser des konischen Kupplungsabschnitts 15 oder einer vorbestimmten Anlagefläche des Kupplungsabschnitts 15, haben, um in Kenntnis dieser vorbestimmten Länge L den Abstand des freien Endes 19 des Rotationswerkzeugs 13 zur Spindel der Arbeitsmaschine reproduzierbar vorgeben zu können. Die Gesamtlänge L wird hierbei in Kenntnis der zwi- schen dem Stirnende 19 und dem schaftseitigen Stirnende 23 gemessenen Länge L1 des Rotationswerkzeugs 3 durch einen Anschlagdorn 25 festge- legt, der durch einen den Kupplungsabschnitt 15 durchdringenden Durch- gangskanal 27 bis in die Aufnahmeöffnung 11 des Hülsenabschnitts 13 hineinragt und dort mit einer an seinem Ende ausgebildeten, dem Stirnende 23 zugeordneten Anschlagfläche 29 die Einstecktiefe des Rotationswerk- zeugs 3 während des Einspannvorgangs begrenzt.

Während des Einspannvorgangs ist der Werkzeughalter 5 über seinen Kupplungsabschnitt 15 mit einer Halteraufnahme 31 gekuppelt, die die Bezugsposition 21 des Werkzeughalters 5 in axialer Richtung definiert und reproduzierbar festlegt. Der an einer Führung 33 in Richtung der Rotations- achse 9 zentrisch verschiebbar geführte Anschlagdorn 25 kann mit Hilfe einer den Verschiebeweg des Anschlagdorns 25 abmessenden bzw. dessen Position definierenden Maßstabskala 35 in Kenntnis der Länge L1 so posi- tioniert werden, dass sich beim Einschrumpfen des Rotationswerkzeugs 3 die Gesamtlänge L ergibt. Hierzu wird der Anschlagdorn 25 ausgehend von einem die Bezugsposition 21 repräsentierenden Anfangswert der Skala 35 um eine Wegstrecke L2 verschoben, die der Differenz L-L1 entspricht. Die Anschlagfläche 29 befindet sich dann in einer Position, in der sie beim Einschrumpfen die Einstecktiefe des Rotationswerkzeugs 3 entsprechend der Gesamtlänge L der Werkzeugeinheit 1 begrenzt. Zur Ermittlung des Skalenwerts der Bezugsposition 21 kann ein"Eichmeister"benutzt werden,

bei dem es sich um eine Eichlehre mit einer dem Kupplungsabschnitt 15 entsprechenden Kupplungsabschnitt und einer Anschlagfläche für den Anschlagdorn 25 in der axialen Position der Bezugsposition 21 handelt. In Kenntnis des der Bezugsposition 21 zugeordneten Skalenwerts und des auf die Bezugsposition 21 bezogenen Positionswert L2 kann anhand der Maß- stabskala 35 der Anschlagdorn in die zur gewünschten Gesamtlänge L führende Stellung verschoben und dort arretiert werden. Es versteht sich, dass die Maßstab-skala 35 im Einzelfall mit Hilfe des Eichmeisters auf "Null"gesetzt werden kann, so dass die Skala unmittelbar eine Einstellung der Länge L2 ermöglicht.

Die Induktionsspule 17 ist in Richtung der Rotationsachse 9 an einer Füh- rung 37 verschiebbar geführt. Fig. 1 zeigt die Induktionsspule 17 in einer Position, in der der Werkzeughalter 5 in die Halteraufnahme 31 eingesetzt oder aus ihr entnommen werden kann. Für das Einspannen des Rotations- werkzeugs 3 wird die Induktionsspule 17 bis in eine Stellung abgesenkt, in der sie den Bereich der Aufnahmeöffnung 11 des Hülsenabschnitts 5 konzentrisch umschließt. Die Aufnahmeöffnung 11 ist hierbei von oben zugänglich, so dass das Rotationswerkzeug 3 bei erwärmtem Hülsenab- schnitt 5 von oben her bis zum Anschlag an der Anschlagfläche 29 des wie vorstehend erläutert voreingestellten Anschlagdorns 25 eingesteckt werden kann. Das Einführen des Rotationswerkzeugs kann auch durch Schwerkraft erfolgen.

Bei der Maßstabskala 35 kann es sich um eine optische Skala handeln, wie sie beispielsweise bei mechanischen Mikrometer-Messgeräten bekannt sind. Geeignet sind aber auch elektrische Wegmesseinrichtungen mit optisch oder magnetisch codierten Skalen, die die Skala mittels eines Sensors 39 vorzugsweise berührungslos abtasten und den Verschiebeweg auf einem Display 41 anzeigen. Wegmesseinrichtungen dieser Art sind bekannt und sollen nicht näher erläutert werden. Sie sind jedoch im vor- liegenden Fall bevorzugt, da sie problemlos das Nullen des Anschlagdorns

25 auf die Bezugsposition 21 ermöglichen und darüber hinaus Rechenmittel umfassen können, die bei Eingabe der Längen L und L1 mittels einer Ein- gabeeinrichtung 43, beispielsweise einer Tastatur unmittelbar den einzu- stellenden Wert L2 errechnen und anzeigen können. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Wegmesseinrichtung mittels eines zusätzlichen Antriebsmotors 45 zu einem Positionierantrieb für die Verschiebebewegung des Anschlagdorns 25 ergänzt werden, mit dessen Hilfe nach der Eingabe der Werte L und L1 den Anschlagdorn 25 selbsttätig in die zur gewünsch- ten Gesamtlänge L führende Position L2 stellt.

Die Maßstabskala 35 kann entfallen, wenn der Positionierantrieb 45 seiner- seits um definierte Strecken bewegt werden kann, wie dies beispielsweise bei einem elektrischen Schrittmotor der Fall ist, der aufgrund seiner Kon- struktion jeweils um definierte Drehwinkel für jeden ihm zugeführten Trei- berimpuls fortgeschaltet wird. Durch Abzählen der Treiberimpulse lässt sich bei einem solchen Positionierantrieb die zurückgelegte Wegstrecke ermit- teln. Der nicht näher dargestellte Zähler kann für die Bezugsposition 21 auf Null gesetzt werden, so dass der Zählerinhalt unmittelbar den Wert L2 repräsentiert.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des anhand von Fig. 1 schematisch erläuterten Voreinstell-und Schrumpfgeräts, hier mit einer adapterähnlichen, auswech- selbaren Halteraufnahme 31 für einen Werkzeughalter 5 mit einem Kupp- lungsabschnitt 15 in Form einer HSK-Normkupplung. Der nicht näher dargestellte Positionierantrieb für den Anschlagdorn 25 ist zusammen mit dem die Induktionsspule 17 speisenden Hochfrequenzgenerator zu einem eine Baueinheit bildenden Modul 47 zusammengefasst. Das Verbindungs- kabel der längs der Führung 37 verschiebbaren Induktionsspule 17 ist bei 49 erkennbar. Der Modul 47 trägt auch das Display 41 und die Bedien- organe 43.

Mit dem Modul 47 ist ein Längenmessmodul 51 verbunden, mit dessen Hilfe die Länge L1 eines einzuspannenden Rotationswerkzeugs 3'vor dem Einspannen gemessen werden kann. Der Längenmessmodul 51 hat hierzu ein an einer Führung 53 verschiebbar geführtes Messglied 55. Wenngleich der gemessene Längenwert L1 auf dem Display 41 angezeigt werden kann, so ist doch bevorzugt vorgesehen, dass die Längeninformation unmittelbar zur Steuerung des Positionierantriebs ausgenutzt wird. p Fig. 3 zeigt das anhand von Fig. 2 erläuterte modulare Gerät um einen Kühlmodul 57 ergänzt. Der Kühlmodul umfasst mehrere jeweils an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossene Kühlmanschetten 59 unterschiedlicher, den diversen Werkzeughaltern angepassten Durchmesser. Die Kühiman- schetten können, wie dies in WO 01/89 758 A1 im Einzelnen erläutert ist nach dem Ein-oder Ausspannen des Rotationswerkzeugs auf den Hülsen- abschnitt des Werkzeughalters aufgesetzt werden, um den Werkzeughalter rasch auf Raumtemperatur abzukühlen.

Wie gleichfalls in WO 01/89 758 A1 beschrieben, sind mehrere der Halter- aufnahmen 31 auf einem Drehteller 61 um dessen Drehachse 63 herum angeordnet. Auf diese Weise können unterschiedliche Halteraufnahmen 31 aber auch mehrere gleiche Halteraufnahmen zur Beschleunigung des Ar- beitsablaufs bereitgestellt werden. Der Drehteller 61 ist auf einem an Längsführungen 65 linear verschiebbaren Schlitten 67 angeordnet und kann so zwischen dem Einspannmodul 47 und dem Kühlmodul 57 hin und her geschoben werden. Der Einspannmodul 47 hat einen einzigen, gleichachsig zur Induktionsspule 17 ausgerichteten Anschlagdorn 25, über dem die Halteraufnahmen 31 des Drehtellers 61 der Reihe nach positioniert werden können.