CN102171471B - 轴承加热器 - Google Patents

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Abstract

通过控制与内轴承圈和外轴承圈之间的温差有关的加热周期和/或利用至少两个感应线圈的不同电力组合将加热轴承分为不同的部分，实现滚动轴承的改进的感应加热，而没有破坏或者阻塞轴承的危险。

Description

轴承加热器
技术领域
本发明涉及环形滚动元件轴承的感应加热，该轴承具有安置在内轴承圈和外轴承圈之间的滚动元件，典型地球体或者辊子。由感应加热引起的这样的滚动轴承的热膨胀用于例如促进轴承在轴上的安装和/或在轴承冷却时获得在轴上的干涉配合。
背景技术
描述在EP0143091A1中的一种已知类型的轴承感应加热器通过适当地确定加热阶段的持续时间而加热轴承到期望的程度。该文献还描述用于在感应加热之后立即退磁轴承的阶段。
另一类型的轴承感应加热器加热轴承直到达到期望的轴承测量温度。
用于特定轴承的期望的加热时间和/或温度一般通过经验确定并以参照表的形式呈现给感应加热器的用户。
感应加热时间对于小的滚动轴承3-4分钟左右，对于较大的轴承20-30分钟或更多。减少对于特定轴承所需要的加热时间是非常期望的。但是，尽管增大加热器的感应电力可以减少加热时间，但是必须特别小心，以免由于内圈加热并由此使得其比外圈膨胀得快很多而导致锁定或者破坏轴承。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提供一种利用感应加热器加热滚动元件轴承的方法，包括以下顺次的步骤：
-利用加热周期的第一部分迅速升高滚动轴承的内圈的温度；
-基于从(i)消逝时间和(ii)滚动轴承的内圈和外圈之间的温差的指示的至少之一选取的触发，触发从加热周期的第一部分到加热周期的第二部分的转换；
利用加热周期的第二部分以低于加热周期的第一部分期间的速率的速率升高滚动轴承的内圈的温度。
在加热周期的第一部分过程中，轴承可以在高电力下加热，从而最小化加热周期的总持续时间；在加热周期的这个部分的过程中，内轴承圈的温度通常将比外轴承圈的温度更加快速地升高。在当在加热周期中增大内轴承圈和外轴承圈之间的温差将带来破坏或者阻塞轴承的危险的时间点时，加热周期的第一部分终止。优选地，加热周期的第一部分的结束通过连续或者定期地测量内轴承圈和外轴承圈之间的温度而进行触发，从而提供内圈和外圈温度信号到感应加热器的控制电路的输入并且当这些输入信号之间的比较表明预定温差已经达到时结束加热周期的第一部分。加热周期的第一部分的结束可以在当信号之间的比较表明大约30℃或更大的温差时触发。或者，加热周期的第一部分的结束可以在预定时间之后触发，或者在加热周期的总持续时间的预定比例例如50％或者60％已经过去之后触发。用于结束加热周期的第一部分的加热周期的总持续时间和/或触发条件可以设置为待加热的轴承的尺寸的函数，例如通过由感应加热器的用户给出的到控制电路的输入。
优选地，加热周期的第二部分与加热周期的第一部分的结束同时开始。或者，在加热周期的第一部分的结束和加热周期的第二部分的开始之间可以有一时间延迟。在加热周期的第二部分的过程中，轴承优选地被加热为以使得内圈的温度升高速率低于在周期的第一部分过程中的温度升高速率。这可以通过利用在周期的第二部分的过程中降低电力实现，和/或在使用多个线圈的情形下通过适配感应加热器的各个线圈的电力构型而实现。
在加热周期的第二部分的过程中，优选地，在内轴承圈和外轴承圈之间的温差减小。这可以通过从内轴承圈到外轴承圈的热传递(通过辐射和/或传导和/或对流)以及感应加热的组合实现。加热周期的第一和第二部分的组合允许总加热时间最佳化，同时降低破坏轴承的危险。
优选地，施加到感应加热器的线圈的电力构型在加热周期的每个部分过程中保持大致恒定。这可以通过允许与用于加热周期的每个部分的整个持续时间的该周期的每个部分相容的最快的加热速率降低总加热时间。或者，电力构型可以在加热周期的一部分的过程中进行修改，例如，总电力在加热周期的个别部分期间减小以使得降低在加热周期的该部分过程中的与时间有关的温度升高速率。
在加热周期的每个部分的过程中，电力提供给感应加热器以使得轴承的温度升高，优选是内轴承圈的温度升高。这样，加热周期的该部分并不相当于其中没有电力提供给感应加热器的周期或者其中提供给感应加热器的线圈的电力用以退磁轴承而不会升高或者最小程度地升高它的温度的退磁周期。
加热周期可以具有两、三、四、五或更多的部分，加热周期的每个部分具有与加热周期的以前的部分不同的电力构型或者组合。
根据另一个方面，本发明提供具有适于控制至少一个感应线圈的加热周期控制电路的滚动元件轴承感应加热器，其中所述控制电路包括：
-内圈温度信号输入；以及
-外圈温度信号输入。
这可以用于允许内圈和外圈温度之间的比较用作加热周期的触发以例如结束加热周期或者加热周期的一部分和/或开始加热周期的一部分。优选地，产生基于内和外温度输入信号的触发的条件通过控制电路确定；它们可以编程在控制电路中。或者，触发条件可以基于用户输入，例如当加热特定轴承时推荐的最大温差的指示。
不同的电力组合可以用于加热周期的不同的部分。
根据进一步的方面，本发明提供具有加热周期控制电路的滚动元件轴承感应加热器，其中：
-感应加热器包括至少第一和第二感应线圈；和
-控制电路适于控制(i)加热周期的第一部分，其中第一电力组合施加到感应线圈；以及(ii)加热周期的第二部分，其中第二电力组合施加到感应线圈。
在感应加热器具有多个线圈的场合，电力差异组合可以通过改变提供到至少一个线圈的电力而实现。在适于快速升高内轴承圈的温度的加热周期的一部分的过程中，电力可以提供或者大致提供给具有大致垂直于轴承轴的轴的至少一个线圈和/或给通过轴承的内径的线圈。在适于较慢地升高轴承温度以及减少内和外轴承圈之间的温差的加热周期的一部分的过程中，电力可以提供或者大致提供给(i)其轴大致平行于轴承的轴并定位在与轴承相对的感应加热器的芯上的线圈和/或(ii)具有大致垂直于轴承轴的轴的至少一个线圈。
在感应加热器包括多个线圈的场合，至少两个，优选所有的线圈可以为可单个控制的。
关于本发明的任何特定方面公开的各个特征可以与本发明的其它方面组合。优选和/或替代的实施例限定在从属权利要求中。
附图说明
现将参照附图仅仅通过例子的形式描述本发明优选的实施例。
图1是本发明的一个实施例的透视图；
图2是替代实施例的线圈配置的示意性视图。
具体实施方式
图1示出用于加热滚动元件轴承2的感应加热器1，该滚动元件轴承2具有安置在它的内轴承圈4和外轴承圈5之间的一组辊子3。感应加热器包括：
-设置有第一线圈7和第二线圈8的铁磁芯6；
-容纳在柜15中的控制电路(未示出)；
-内圈温度探针9；和
-外圈温度探针10。
芯6具有形成一体的U形芯截面的第一臂11、第二臂12和第三臂13以及跨过U形芯截面的开口臂定位的第四臂14以完成芯6的磁路。芯2的第四臂14是活动的以允许滚动轴承2安置用于加热(以使得芯的一个臂通过它的内径)以及随后从感应加热器1移除。
第二线圈8可以定位在芯6的第二臂12、第三臂13或者第四臂14上。
温度探针9、10的每一个通过磁性的热电偶提供。内温度探针9连接到轴承2的内圈4并提供温度信号给控制电路的内圈温度信号输入(未示出)。类似地，外温度探针10连接到轴承2的外圈5并提供温度信号给控制电路的外圈温度信号输入(未示出)。
通常期望升高轴承2的温度到高于轴承安装所在的轴的温度的大约90度；这产生适当的安装间隙。在轴处于20℃的环境温度下的场合，轴承因此应当升高大约110℃的温度。当期望时，也可以实现替代的温度。
当促动时，感应加热器1的控制电路允许高压小电流的交流电压跨过一个或多个线圈7、8施加。这经由芯6的磁性材料在轴承2内引起高的电流，其升高轴承温度。内轴承圈4通常将比外轴承圈5加热得更快。当从温度探针9、10到控制电路的输入信号表明内轴承圈4和外轴承圈5之间的温差达到临界值，提供到线圈7、8的电力通过控制电路进行调节以避免由于内圈4和外圈5之间的热膨胀差异而导致锁定或者破坏轴承。调节可以例如为供应的电力减少，或者电力供应中断。典型地，控制电路将配置为避免内圈4和外圈5之间的温差超过30℃。
图2示出用于加热滚动轴承的感应加热器的配置，芯的第一臂21、第二臂22、第三臂23和第四臂24每个设置有各自的第一线圈31、第二线圈32、第三线圈33和第四线圈34。待加热的轴承52安置有通过它的内径的第一臂21和第一线圈31。内圈和外圈温度探针(未示出)如关于图1的实施例所述地进行安置。
利用以下的加热周期操作该配置：
加热周期的第一部分：
  线圈   供应给线圈的电力
  第一线圈31   高电力C31P1，优选80-100％
  第二线圈32   低电力C32P1或者0电力，优选0-20％
  第三线圈33   高电力C31P1，优选80-100％
  第四线圈34   任选地高电力C34P1，优选80-100％
这引起内轴承圈4的温度的快速升高，但是外轴承圈5的温度较慢地升高。加热周期的这个部分导引轴承的快速加热，但是到内轴承圈4和外轴承圈5支架的温差相对较高的程度。
加热周期的第二部分：
这引起内轴承圈4的温度的升高，其比周期的第一部分过程中的更慢，以及升高外轴承圈5的温度，其尽管相对缓慢，但是比周期的第一部分过程中的更快。
在加热周期的第一部分和第二部分之间的切换可以基于以下情形开始：
-温度控制模式，例如，当到控制电路的内圈和外圈温度输入表明在内圈和外圈温度中的预定差异(例如30℃)已经达到时；或者
-时间控制模式，例如当设定时间或者总加热时间的设定比例(例如50％的总加热时间)已经过去时。

Claims (8)

1.一种滚动元件轴承感应加热器，具有适于控制至少一个感应线圈的加热周期控制电路，其特征在于，该控制电路包括：
内圈温度信号输入；和
外圈温度信号输入；
利用加热周期的第一部分迅速升高滚动元件轴承的内圈的温度，利用加热周期的第二部分以低于加热周期的第一部分过程中的速率的速率升高滚动元件轴承的内圈的温度；
基于从消逝时间和滚动元件轴承的内圈和外圈之间的温差的指示的至少一种选取的触发，触发从加热周期的第一部分到加热周期的第二部分的转换。
2.如权利要求1所述的滚动元件轴承感应加热器，其中，所述控制电路适于控制与所述内圈温度信号输入和所述外圈温度信号输入有关的所述加热周期的至少一部分。
3.如权利要求1或2所述的滚动元件轴承感应加热器，其中，所述控制电路适于基于所述内圈温度信号输入和所述外圈温度信号输入之间的差异控制所述加热周期的至少一部分。
4.如权利要求1所述的滚动元件轴承感应加热器，其中，所述内圈温度信号输入和所述外圈温度输入信号之间的大于30℃的温差的指示导致控制电路降低所述加热器的至少一个感应圈的感应电力。
5.一种滚动元件轴承感应加热器，具有加热周期控制电路，其特征在于，
所述感应加热器包括至少第一和第二感应线圈；和
所述控制电路适于控制(i)所述加热周期的第一部分，其中第一电力组合施加到所述感应线圈；以及(ii)所述加热周期的第二部分，其中第二电力组合施加到所述感应线圈；
所述控制电路包括内圈温度信号输入和外圈温度信号输入，
所述加热周期的所述第一部分和所述加热周期的所述第二部分之间的转换通过内圈温度信号输入和外圈温度信号输入的比较进行触发，
所述加热周期的所述第二部分引起比所述加热周期的所述第一部分过程中的更慢的内轴承圈加热。
6.如权利要求5所述的滚动元件轴承感应加热器，其中，所述内圈温度信号输入和所述外圈温度输入信号之间的大于30℃的温差的指示导致控制电路适配所述加热器的电力构型，该电力构型的适配选自于降低感应线圈的组合感应电力和改变跨过所述感应线圈的电力分配的至少其中之一。
7.一种利用如权利要求1或权利要求5所述的滚动元件轴承感应加热器加热滚动元件轴承的方法，包括以下顺次的步骤：
利用加热周期的第一部分迅速升高所述滚动元件轴承的内圈的温度；
基于从(i)消逝时间和(ii)所述滚动元件轴承的内圈和外圈之间的温差的指示的至少一种选取的触发，触发从所述加热周期的第一部分到所述加热周期的第二部分的转换；
利用所述加热周期的第二部分以低于所述加热周期的所述第一部分过程中的速率的速率升高所述滚动元件轴承的内圈的温度。
8.如权利要求7所述的加热滚动元件轴承的方法，还包括以下步骤：
基于从(i)消逝时间和(ii)所述滚动元件轴承的所述内圈和所述外圈之间的温差的指示选取的触发，触发从所述加热周期的所述第二部分到所述加热周期的第三部分的转换；
利用所述加热周期的所述第三部分以高于所述加热周期的所述第二部分过程中的速率的速率升高所述滚动元件轴承的所述内圈的温度。
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