CN108235482A - 感应加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应加热装置，包括安装于支撑框架(15)的至少一个感应线圈，所述支撑框架被适配成在待加热的环形金属物品(50)的表面(51a、52a)上行进，并且所述支撑框架包括轮组，所述轮组具有一个或多个驱动轮(21、22、23、24)。所述支撑框架(15)被适配成在所述环形金属物品(50)的侧面(51a、52a)上行进，并且设置有第一引导元件和第二引导元件，该第一引导元件和第二引导元件被分别构造成与所述环形金属物品的外周面(51c)和内周面(52c)接合，以确保在使用所述装置期间所述支撑框架在圆形路径上行进。

Description

感应加热装置
技术领域
本发明涉及一种包括了感应线圈的装置，用于通过在金属物品中感应涡(电)流来加热金属物品(诸如滚动轴承或齿轮等)。
背景技术
在US 5248865中公开了一种用于加热滚动轴承的感应加热装置的示例。该装置包括铰链式的、夹钳状的(hinged，clamp-like)磁感应铁心，其可以被开口(/敞开)(opened)以容纳轴承，并具有初级绕组(primary winding)和高频电流源。如果轴承具有大直径(例如大于70cm)，则通常需要多个这样的装置来执行加热，由此需要将轴承提升起来(hoisted)，然后插入通过各开口的装置。
在JP 2006179359中公开了用于对滚动轴承的轴承圈进行热处理的感应加热装置的示例。在该示例中，所述装置包括由两个U形导体(conductors)形成的感应线圈，其(/感应线圈)的腿部被适配成横跨轴承圈的内周面和外周面。在(轴承)圈在转台(turntable)上转动的情况下进行感应加热。
在提供用于(可以在无需将所述物品提升到所述装置上的情况下进行感应加热的)感应加热大尺寸的环形金属物品的装置的方面似乎还存在改进的空间。
发明内容
本发明在于一种感应加热装置，其包括安装于支撑框架的一个或多个感应线圈。根据本发明，支撑框架被适配成在待加热的金属物品的表面上行进，并且包括具有至少一个驱动轮(/被驱动的轮)(driven wheel)的轮组。
所述装置被适配成在环形金属物体(诸如齿轮或滚动轴承等)的一个或多个表面内感应涡(电)流，由此支撑框架被适配成在环形金属物品的侧面上行进。为了确保所述装置在加热期间在圆形路径上行进，支撑框架在所述装置的第一侧和第二侧处设置有一个或多个第一引导元件和第二引导元件。所述一个或多个第一引导元件与环形金属物品的外周面接合；所述一个或多个第二引导元件与环形金属物品的内周面接合。适合的是，所述装置的第一侧和第二侧通过长度可调节的连接部件(linkage)连接，使得所述装置能够容易地适用于在内周面与外周面之间具有不同的径向距离的不同大小的环形物品。
在一些示例中，所述一个或多个线圈中的每一者均被设置在加热板内。这在实现轻量化装置的方面是有益的。作为一种选择，各线圈均可以包括铁心(ferritic core)。(虽然)这将增大所述装置的重量，但在加热非常大尺寸的物品时(这时需要更多的感应加热功率)却可能是有益的。
在优选的实施方式的一个示例中，所述加热装置包括分别设置在第一加热板和第二加热板中的第一感应线圈和第二感应线圈。第一加热板和第二加热板在所述装置的第一侧和第二侧(处)安装于支撑框架，并且通过如上所述的可调节的连接部件(/连杆)连接。当将该感应加热器放置在环形物体的侧面上时，第一加热板被适配成面对外周面且第二加热板被适配成面对内周面。在本示例中，所述装置具有由第一加热板、第二加热板和连接部件形成的U形几何形状，由此加热板延伸超过所述装置的轮所走行在的平面(/延伸超过供所述装置的轮在上面走行的平面)。
在一个可选择的示例中，所述装置被适配成在金属物品的(位于与供轮走行的平面相同的平面中的)表面中感应涡电流。
支撑框架可以包括设置在感应加热器的第一侧和第二侧的第一轮组和第二轮组。当待加热的物体是具有外轴承圈和内轴承圈的滚动轴承时，第一轮组被适配成在外圈的侧面上行进，而第二轮组被适配成在内圈的侧面上行进。
结果，轴承可以在其搁置(rest on)在例如托盘(pallet)上的情况下被加热，而无需将轴承提升到加热装置上。
一般情况下，滚动轴承被加热以使内圈的内(直)径膨胀(/扩张)，以使得能够冷缩配合(shrink-fit)地安装在轴上。加热外圈也是有益的，以防止由于内圈相对于外圈的过度热膨胀而导致的将会损坏轴承的温差(/温度差)。外圈的质量比内圈的大，这意味着需要更多的能量来加热外圈，以感应出与内圈相同的温升(/温度升高)。因此，在进一步的发展中，第一加热板比第二加热板大。
适合的是，感应加热器的支撑框架包括用于使交流电(流)能够供给到一个或多个感应线圈的电力电缆连接点。必要的电力(/功率)可以由产生交流电流的控制柜提供。优选的是，可以基于一个或多个测量的温度信号来调控(regulated)对所述装置的各感应线圈的电流供给。所述调控可以包括调节供给到各线圈的电力(/功率)的量或停用(deactivating)线圈。当所述装置被适配成加热滚动轴承以及具有第一线圈和第二线圈时，电流发生器的控制电路可以具有供在外圈上测量的温度用的第一温度信号输入(部)和供在内圈上测量的温度用的第二温度信号输入(部)。在一个示例中，控制电路被配置成基于在这两个轴承圈之间测量的温度差来调控对第一感应线圈和第二感应线圈中的每一者的电流供给。控制电路还可以被配置成基于在同一轴承圈上的不同位置之间测量的温度差或者基于在测量位置处的温升速率来调控供给到各线圈的电流。
在加热期间，本发明的装置在待加热的金属物品上行进。因此局部感应的温升还取决于行进速度。轮中的一个或多个轮联接到驱动机构(例如为电动马达)。有利的是，由驱动机构提供的扭矩是可调节的，以便调节行进速度。在另一发展中，所述装置配备有控制单元，该控制单元被编程为基于一个或多个输入(/输入信号/输入部)来自动控制行进速度。输入可以包括测量的温度和与待加热的物品的大小相关的固定参数(例如，轴承的内圈和外圈的直径和质量)。
优选的是，用于控制所述装置的速度的控制单元包括用于接收测量的温度的至少一个温度信号输入(部)。在一些实施方式中，所述装置包括安装于支撑框架的一个或多个温度传感器。温度传感器可以是接触式温度传感器或非接触式的基于辐射的温度传感器。在其它实施方式中，控制单元被配置成接收来自远程温度传感器的温度信号，所述远程温度传感器也可以是基于接触式或非接触式测量的。
当所述装置被构造为加热轴承时，适合的是，控制单元包括用于接收在内圈上测量的温度的至少一个温度信号输入(部)和用于接收在外圈上测量的温度的至少一个温度信号输入(部)。再一次，可以在内圈和外圈上的多于一个位置处测量温度，控制单元可以包括相应数量的温度信号输入(部)。于是可以基于同一(轴承)圈上的不同位置之间的温度差或者基于在测量位置处的温升速率来控制速度。
在一个实施方式中，控制单元形成了加热装置的一部分并且可以集成在支撑框架内或安装于支撑框架。在一个可选择的实施方式中，控制单元被集成在向加热器供给交流电(流)的控制柜(control cabinet)中，由此至少一个驱动轮用的驱动器配备有用于接收来自控制单元的控制信号的部件(means)。控制信号可以无线传输或通过连接线传输。
在一些示例中，控制单元包括用于手动输入数据(诸如待加热的物品的尺寸和质量、或者例如轴承型号(designation)和要实现的目标温度)的用户界面。在其它示例中，控制单元被配置为从例如移动电话应用程序(mobile telephone app.)远程地接收该信息。
在所述装置包括加热板的实施方式中，加热板可以是平板。在另一发展中，当所述装置包括被设置成面对周面的加热板时，加热板被弯曲以与所述周面的曲率匹配。因此，能够在加热板的表面与所述周面之间保持恒定的距离。在一个优选的示例中，加热板是柔性的，使得可以根据轴承的大小按需要将(加热板的)曲率调节成与所述周面的曲率对应。
附图说明
从以下具体实施方式和附图中，本发明的其它优点将变得显而易见。
图1a、图1b分别示出了设置在滚动轴承上的根据本发明的感应加热器的立体图和侧视图。
具体实施方式
在图1a的立体图和图1b的侧视图中示意性地示出了根据本发明的感应加热装置的示例。装置10适于(/被适配用于)加热滚动轴承50(其中滚动轴承50具有外圈51、内圈52和至少一列滚动体53)，以使轴承的孔(直)径膨胀(/扩张)，使得其可以安装在轴上。所述装置被构造成在感应加热过程期间在轴承的表面上行进(travel)。
感应加热装置10具有第一加热板11和第二加热板12，第一加热板11和第二加热板12(分别)容纳有第一加热线圈和第二加热线圈。第一加热板11中的第一加热线圈13由图1b中的虚线表示。加热板11、12安装于支撑框架15或形成支撑框架15的一部分，该支撑框架15安装在轮上。具有两个轮21、22的第一轮组设置在支撑框架15的第一侧、具有两个轮23、24的第二轮组设置在支撑框架的第二侧。在使用时，第一轮组21、22在外圈51的侧面51a上走行(/运行)(runs on)，第二轮组23、24在内圈52的侧面52a上走行。第一加热板11和第二加热板12延伸超过轴承侧面51a、52a的平面，使得第一加热板11面对外圈51的外周面51c且第二加热板12面对内圈52的内周面52c。连杆(linkage bar)17使支撑框架15的第一侧与支撑框架15的第二侧连接。适合的是，连杆17是长度可调节的，使得可以根据轴承的大小调节所述装置10的宽度。
此外，所述装置包括分别与外周面和内周面接合的第一引导元件和第二引导元件，以确保所述装置在加热期间在圆形路径上行进。在图示的示例中，各加热板11、12(分别)包括与对应的周面51c、52c接触的螺柱(stud)。尽管在所示的图中正常是看不到所述螺柱的，但是在图1b中由带有附图标记16的圆形轮廓线(outlined circle)来表示所述螺柱。所述螺柱起到滑动轴承(plain bearing)的作用，并且优选由低摩擦的耐热材料制成。尼龙是适合的材料中的一个例子。引导元件还可以是能够在对应的周面上转动的球或滚子。第一引导元件和第二引导元件也可以形成支撑框架15的一部分。
在图示的示例中，连杆17设置有电连接到第一感应线圈和第二感应线圈的电力点(power point)18。如此，供给交流电(流)的电缆可以连接到所述装置10。在使用时，第一加热线圈和第二加热线圈在轴承50的外周面51c和内周面52c中感应局部涡(电)流(localized eddy currents)，导致温度升高。轴承外圈51的质量大于轴承内圈52的质量，这意味着需要更多的能量来感应出与内圈相同的温升(/温度升高)。因此，有利的是，第一加热板11和第一感应线圈13大于第二加热板12和第二感应线圈，使得在更大的表面积(/表面区域)内感应局部涡(电)流。
为了围绕轴承圆周感应出均匀的温升，根据本发明的装置在轴承圈侧面51a、52a上沿圆形驱动，使得第一加热板11和第二加热板12分别围绕外轴承圈的外周面51c和内轴承圈的内周面52c行进。因而，轮21、22、23、24中的至少一者例如通过电动马达来驱动。在图示的示例中，每个轮均由安装于支撑框架15的马达25驱动。作为一种选择，一个轮组中的轮可以是驱动轮(例如第一轮组21、22)，而第二轮组中的轮23、24是非驱动的(non-driven)。
在优选实施方式中，所述装置10的行进速度能够基于(来自测量轴承的一个或多个位置处的温度的温度传感器的)测量的温度输入来控制。在图示的示例中，所述装置10配备有用于测量外圈51的温度的第一温度传感器31和用于测量内圈52的温度的第二温度传感器32。
假设轴承50的内圈52需要被加热到大约120℃的温度。将本发明的加热装置10放置在轴承上，使得第一轮组21、22在外圈51的侧面上走行且第二轮组23、24在内圈52的侧面上走行。电动马达25被激活(/启用)(activated)，并且交流电(流)被供给到第一感应线圈和第二感应线圈中的每一者。进一步假设所述装置相对于图1a所示的轴承而言沿顺时针方向行进。
在初始，所述装置的行进速度可以基于轴承的固定参数(fixed parameters)来设定，所述固定参数例如为轴承圈的尺寸和质量。初始速度可以设定在相对低的水平(level)，以使轴承的局部温度能够相对快速地上升。第一温度传感器31测量与第一加热板11刚刚通过的周向位置对应的部位处的外圈温度；第二温度传感器32测量与第二加热板12刚刚通过的周向位置对应的部位处的内圈温度。在本示例中，温度传感器31、32的一部分与对应的轴承圈接触，并且所述传感器将信号发送到控制单元(未示出)，该控制单元控制电动马达25以便调节行进速度。来自温度传感器31、32的信号还被电流发生器(currentgenerator)的控制电路接收。
在一个示例中，控制单元被配置成以初始行进速度驱动所述装置，直到例如内圈达到一定中间值(例如50℃)为止。之后，控制单元可以基于内圈的温升速率(rate oftemperature rise)来调节(行进)速度，由此如果(温升)速率变得过高，则增大(行进)速度。
另外，电流发生器的控制电路被配置成监测(/监视)内圈与外圈之间的温(度)差并基于该温(度)差来控制供电，以防止该温差超过最大可允许阈值(例如30℃)。例如，如果内圈温度传感器32测量的温度比外圈温度传感器31测量的温度高25℃，则控制电路可以被编程为停用(deactivate)或减小对第二感应线圈的电流供给，并当温差降落至例如17℃时再激活(/再启用)或增大对第二感应线圈的电流供给。继续该加热过程，直到达到目标内圈温度为止。
已经描述了本发明的许多方面/实施方式。应该理解，各方面/实施方式可以与任何其它方面/实施方式组合。此外，本发明不限于所描述的实施方式，而是可以在所附本专利权利要求的范围内变化。

Claims (15)

1.一种感应加热装置(10)，包括安装于支撑框架(15)的至少一个感应线圈(13)，所述支撑框架被适配成在待加热的环形金属物品(50)的表面(51a、52a)上行进，并且所述支撑框架设置有轮组，所述轮组具有一个或多个驱动轮(21、22、23、24)，其中：
所述支撑框架(15)被适配成在所述环形金属物品(50)的侧面(51a、52a)上行进，并且还在所述装置的对应的第一侧和第二侧设置有第一引导元件(16)和第二引导元件，该第一引导元件和第二引导元件被分别构造成与所述环形金属物品的外周面(51c)和内周面(52c)接合，以确保在使用所述装置期间所述支撑框架在圆形路径上行进。
2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述装置的第一侧和第二侧通过长度可调节的连接部件(17)连接。
3.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于，所述至少一个感应线圈被设置成面对在使用所述装置期间供所述支撑框架(15)在上面行进的表面(51a、52a)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的感应加热装置，其特征在于，包括第一感应线圈和第二感应线圈，其中所述第一感应线圈(13)在所述环形金属物品的外周面(51c)上方延伸并面对所述环形金属物品的外周面(51c)，所述第二感应线圈在所述环形金属物品(50)的内周面(52c)上方延伸并面对所述环形金属物品(50)的内周面(52c)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的感应加热装置，其特征在于，所述至少一个感应线圈(13)设置在加热板(11、12)内。
6.根据权利要求5所述的感应加热装置，其特征在于，所述加热板(11、12)被适配成面对所述环形金属物品的周面(51c、52c)，并且所述加热板(11、12)具有弯曲以与所述周面的曲率匹配的加热表面。
7.根据权利要求6所述的感应加热装置，其特征在于，所述加热板(11、12)具有允许调节所述加热表面的曲率的柔性结构。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的感应加热装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元用于调节通过驱动机构(25)供给到所述一个或多个驱动轮(21、22、23、24)的扭矩的量，以使得控制所述装置(10)的行进速度。
9.根据权利要求8所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元具有至少一个温度信号输入，并且被编程为基于所测量的被加热物品的温度来控制所述装置的行进速度。
10.根据权利要求9所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元被集成在所述支撑框架(15)上。
11.根据权利要求8或9所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元为远程单元，所述驱动机构(25)包括用于从所述控制单元接收控制信号的信号输入。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的感应加热装置，其特征在于，还包括电源，由此所述支撑框架(15)具有用于使交流电流能够供给到所述至少一个感应线圈(13)的电力电缆连接点(18)。
13.根据权利要求12所述的感应加热装置，其特征在于，所述电源具有控制电路，所述控制电路具有至少一个温度信号输入，所述电路被配置为基于所测量的被加热的所述环形金属物品的温度来调控供给到所述至少一个感应线圈(13)的电力的量。
14.根据权利要求13所述的感应加热装置，其特征在于，被加热的物品为滚动轴承(50)，所述滚动轴承(50)具有外圈(51)和内圈(52)，所述装置包括用于加热所述外圈(51)的第一感应线圈(13)和用于加热所述内圈(52)的第二感应线圈，所述控制电路具有供在所述外圈(51)上测量的温度用的第一温度信号输入以及具有供在所述内圈(52)上测量的温度用的第二温度信号输入，所述控制电路被配置为基于在这两个轴承圈之间测量的温度差来调控供给到各感应线圈的电力的量。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的感应加热装置，其特征在于，还包括安装于所述支撑框架(15)的至少一个温度传感器，用于测量被加热的所述环形金属物品的温度。
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