DE102005021484A1

DE102005021484A1 - Device for heating cylindrical metal workpiece or workpiece section by means of electromagnetic induction useful for joining or releasing a press- or shrinkage joint between inner ring of antifriction bearing

Info

Publication number: DE102005021484A1
Application number: DE102005021484A
Authority: DE
Inventors: Peter Dillenberger; Timo Ziegler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Device for heating a cylindrical metal workpiece (2) or workpiece section by means of electromagnetic induction where the separately acting inductor elements (1) are in the form of induction coils distributed over the covering surface (4) of the workpiece (2) or workpiece section so that the workpiece or workpiece section is in the external part of the magnetic field produced by the inductor elements. The inductor elements are tube-shaped and are water cooled.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines zylindrischen metallenen Werkstücks oder Werkstückabschnitts mittels elektromagnetischer Induktion.The The invention relates to a device for heating a cylindrical metal Workpiece or Workpiece section by means of electromagnetic induction.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Derartige Vorrichtungen sind seit geraumer Zeit bekannt. Sie zeichnen sich im Wesentlichen dadurch aus, dass eine elektrische Primärspule, auch als Induktor oder Induktionsspule bezeichnet, durch einen Wechselstrom ein Magnetfeld erzeugt, welches in einer Sekundärspule, die ihrerseits durch ein metallenes Werkstück gebildet ist, eine elektrische Spannung induziert. Diese induzierte Spannung hat wiederum einen Wechselstromfluss innerhalb des Werkstücks bzw. eines Werkstückabschnitts zur Folge, der seinerseits eine Erwärmung des Werkstücks oder Werkstückabschnitts bewirkt. Die induktive Erwärmung ist demgemäß ein unmittelbares Erwärmungsverfahren, indem die Wärme im Werkstück selbst durch die Umsetzung der elektrischen Energie in Wärme bewirkt wird. Der Induktor bzw. die Induktionsspule ist dabei überwiegend durch eine oder mehrere Windungen gebildet.such Devices have been known for some time. They stand out essentially in that an electric primary coil, Also referred to as an inductor or induction coil, by an alternating current generates a magnetic field, which in a secondary coil, which in turn by a metal workpiece is formed, an electrical voltage induced. This induced In turn, voltage has an alternating current flow within the workpiece or a workpiece section Result, in turn, a heating of the workpiece or Workpiece section causes. Inductive heating is therefore an immediate one Heating methods, by the heat in the workpiece itself caused by the conversion of electrical energy into heat becomes. The inductor or the induction coil is predominantly formed by one or more turns.

Die Intensität der Erwärmung ist im Wesentlichen von einem starken elektromagnetischen Feld, vom Werkstückwiderstand, der sich seinerseits aus dem Metallwerkstoff ableitet, und von der magnetischen Kopplung der Induktorspule zum Werkstück abhängig. Die induzierten Wechselströme fließen überwiegend an der Werkstückoberfläche. Je höher die gewählte Frequenz des angelegten Wechselstroms ist, desto mehr konzentriert sich der Stromfluss in der Werkstückoberfläche, welches auch als so genannter "Skin-Effekt" bekannt ist.The intensity the warming is essentially of a strong electromagnetic field, of Workpiece resistance, which in turn derives from the metal material, and of the magnetic coupling of the inductor coil to the workpiece dependent. The induced alternating currents flow predominantly on the workpiece surface. ever higher the elected Frequency of the applied alternating current is the more concentrated the current flow in the workpiece surface, which is also known as the so-called "skin effect".

Was die magnetische Kopplung der Induktorspule zum Werkstück anbelangt, kann das Werkstück entweder im Innenfeld oder im Außenfeld der Induktorspule angeordnet sein. Ein diesbezüglicher Stand der Technik wird beispielsweise gebildet durch das Fachbuch Dubbel, 20. Auflage, S. V60, Ziff. 7.3.3., Bild. 6).What As far as the magnetic coupling of the inductor coil to the workpiece is concerned, can the workpiece arranged either in the infield or in the outer field of the inductor coil be. A related state the technique is formed for example by the book Dubbel, 20th edition, p. V60, para. 7.3.3., Picture. 6).

Für zylindrische oder ähnlich geformte Werkstücke wie Bolzen, Zahnräder und dergleichen, wird zur Erwärmung derselben, beispielsweise zum Oberflächenhärten, bekanntermaßen eine Anordnung dieser Werkstücke im Innenfeld einer Induktorspule favorisiert. Im Hinblick darauf sind aus der JP-A-08-150524 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Lagerinnenrings und zum Abziehen desselben von einer Hohlwelle bekannt, welche ihrerseits aufgrund von Press- bzw. Schrumpfmaßnahmen kraft- und formschlüssig fest miteinander verbunden sind. Lagerinnenring und Hohlwelle werden dabei von einer spiralförmig ausgebildeten Induktorspule umschlossen.For cylindrical or similar shaped workpieces like bolts, gears and the like, becomes warming the same, for example, for surface hardening, known to be a Arrangement of these workpieces favored in the field of an inductor coil. in view of JP-A-08-150524 discloses a method and an apparatus for Heat a bearing inner ring and for removing the same from a hollow shaft known, which in turn due to pressing or shrinkage measures positive and positive are firmly connected. Bearing inner ring and hollow shaft are doing so by a spiral enclosed inductor coil enclosed.

In der Praxis hat sich jedoch zum einen gezeigt, dass infolge dieser Anordnung ein erhöhter Energieaufwand zu verzeichnen ist, der seinerseits mit einem vergleichsweise großen anlagentechnischen Aufwand einhergehend. Zum anderen kann nicht ausgeschlossen werden, dass auch die Hohlwelle mit erwärmt wird, welches sich nachteilig auf das an sich bezweckte Abziehen des Lagerinnenrings von der Hohlwelle auswirken kann.In However, the practice has shown, on the one hand, that as a result of this Arrangement an elevated Energy expenditure is recorded, in turn, with a comparatively huge associated with technical equipment. For another thing can not be ruled out be that the hollow shaft is heated with, which is disadvantageous on the intended purpose of pulling the bearing inner ring of the hollow shaft can affect.

Ferner ist es aus dem oben genannten Fachbuch Dubbel, 20. Auflage, S. V60, Ziff. 7.3.3, Bild 6 bekannt, ein zylindrisches Werkstück selektiv bzw. punktuell zu erwärmen, wobei das Werkstück in das Außenfeld einer entsprechend positionierten Induktorspule angeordnet wird.Further it is from the above-mentioned book Dubbel, 20th edition, p. V60, Para. 7.3.3, Figure 6 known, a cylindrical workpiece selective or to heat selectively, where the workpiece in the outfield a correspondingly positioned inductor coil is arranged.

Darüber hinaus sind aus der Praxis induktive Banderwärmungsanlagen für ein Walzband bekannt, wobei eine Mehrzahl beidseitig des Walzbandes über die Fläche desselben verteilte Induktionsspulen angeordnet sind, die ihrerseits mittels ihres Außenfeldes das Walzband erwärmen.Furthermore are in practice inductive belt heating systems for a rolled strip known, wherein a plurality of both sides of the rolled strip on the area the same distributed induction coils are arranged, in turn by means of her outdoor field heat the rolled strip.

Aufgabe der ErfindungTask of invention

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung eines zylindrischen metallenen Werkstücks oder Werkstückabschnitts mittels elektromagnetischer Induktion zu schaffen, die bei verringertem Energieeinsatz und reduziertem anlagentechnischen Aufwand eine wirkungsvolle Erwärmung eines solchen Werkstücks oder Werkstückabschnitts gewährleistet.outgoing from the stated disadvantages of the solutions of the prior art The invention is therefore the object of the invention, a Device for heating a cylindrical metal workpiece or workpiece section by means of To create electromagnetic induction at reduced Energy use and reduced equipment costs an effective warming such a workpiece or workpiece section guaranteed.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zwar bekannt ist, ein ebenflächiges Werkstück, wie beispielsweise ein Walzband, zwischen einer Mehrzahl von Induktionsspulen anzuordnen, wobei das Außenfeld der realisierten Magnetfelder die Erwärmung des ebenflächigen Werkstücks bewirkt. Jedoch fehlte der Fachwelt bisher die Einsicht, ein zylindrisches Werkstück in das Au ßenfeld der Magnetfelder einer Mehrzahl von Induktionsspulen anzuordnen, um dasselbe weitestgehend umfassend zu erwärmen, da Außenfelder nach herkömmlicher Auffassung an sich nur eine punktuelle Erwärmungen gestatten.The invention is based on the finding that, although it is known to arrange a planar workpiece, such as a rolled strip, between a plurality of induction coils, the outer field of the implemented magnetic fields causes the heating of the planar workpiece. However, the art has lacked the insight so far to arrange a cylindrical workpiece in the Au ßenfeld the magnetic fields of a plurality of induction coils to heat the same largely as far as outer fields according to conventional view per se only a one-off heats allow.

In Abkehr von der herkömmlichen und durch die Fachwelt favorisierten Verfahrensweise wird das vorliegende technische Problem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Erwärmung eines zylindrischen Werkstücks oder Werkstückabschnitts mittels elektromagnetischer Induktion eine Mehrzahl von separat wirkenden Induktorelementen in Form von Induktionsspulen vorgesehen sind, die ihrerseits derart über die zu erwärmende Mantelfläche des Werkstücks oder Werkstückabschnitts verteilt angeordnet sind, dass das Werkstück oder der Werkstückabschnitt im Außenfeld der realisierten Magnetfelder der Mehrzahl von Induktorelementen angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung stark verbessert, da lediglich diejenigen Abschnitte eines Werkstücks erwärmt werden, die auch einer Erwärmung bedürfen.In Departure from the conventional and method favored by the art becomes the present technical problem according to the features of claim 1 solved thereby that for warming a cylindrical workpiece or workpiece section by means of electromagnetic induction a plurality of separately acting inductor elements are provided in the form of induction coils, in turn so over the to be heated lateral surface of workpiece or workpiece section are arranged distributed that the workpiece or the workpiece section in the outfield the realized magnetic fields of the plurality of inductor elements is arranged. By this measure the efficiency of the device is greatly improved because only those sections of a workpiece are heated, which is also one warming require.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The under claims describe preferred developments or refinements of Invention.

Danach ist beispielsweise vorgesehen, dass die Mehrzahl von Induktorelementen derart über die Mantelfläche des Werkstücks oder Werkstückabschnitts verteilt angeordnet ist, dass eine weitestgehend umfassende und/oder selektive Erwärmung dieser Mantelfläche möglich ist.After that For example, it is provided that the plurality of inductor elements so over the lateral surface of the workpiece or workpiece section arranged that is a largely comprehensive and / or selective heating of these lateral surface possible is.

In besonders vorteilhafter Weise kann nunmehr trotz Anordnung des Werkstücks oder Werkstückabschnitts im Außenfeld eines jeden Induktorelementes und demgemäß punktueller Wärmeeinwirkung durch die Mehrzahl von Induktorelementen eine nahezu flächenförmige Erwärmung der betreffenden Gesamtmantelfläche bewirkt werden. Ferner kann bedarfsweise eine an sich gewünschte umfassende Erwärmung auch mit einer punktuellen Erwärmung kombiniert werden. Dies bedeutet, dass der Wärmeeintrag über die zu erwärmende Mantelflä che des zylindrischen Werkstücks oder Werkstückabschnitts in weiten Grenzen lokal unterschiedlich eingestellt werden kann, so dass beispielsweise einige Abschnitte einen größeren Wärmeeintrag erfahren als andere Abschnitte.In Particularly advantageous manner can now despite arrangement of the workpiece or Workpiece section in the outfield of each inductor element and thus punctual heat action by the plurality of inductor elements a nearly planar heating of overall surface area concerned be effected. Furthermore, if desired, a desired in itself comprehensive warming also combined with a punctual warming become. This means that the heat input over the surface to be heated Mantelflä cylindrical workpiece or workpiece section can be set locally differently within wide limits, so that, for example, some sections have a larger heat input experienced as other sections.

Die Induktorelemente sind zweckmäßigerweise von einem gemeinsamen, dem zu erwärmenden Werkstück oder Werkstückabschnitt zuordenbaren Trägersystem gehalten.The Inductor elements are expediently from a common, the workpiece to be heated or Work section assignable carrier system held.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines solchen Trägersystems ist dasselbe durch ein stirnseitig zum zylindrischen Werkstück oder Werkstückabschnitts angeordnetes Grundgestell gebildet, an welchem die Induktorelemente derart befestigt sind, dass diese über der Mantelfläche des zylindrischen Werkstücks oder Werkstückabschnitts positionierbar sind.According to one first preferred embodiment such a carrier system is the same by a front side to the cylindrical workpiece or Workpiece section arranged base frame formed on which the inductor elements are fixed so that they over the lateral surface of the cylindrical workpiece or workpiece section are positionable.

Das Grundgestell kann durch zwei oder mehr radial ausgerichtete Tragarme gebildet oder nach Art eines Flansches ausgebildet sein, sowie einen oder mehrere zum Werkstück oder Werkstückabschnitt hin abgestellte und über die Mantelfläche desselben reichende Haltearme zur Aufnahme der Induktorelemente aufweisen.The Base frame can be defined by two or more radially oriented support arms be formed or formed in the manner of a flange, and a or more to the workpiece or workpiece section parked and over the lateral surface the same reaching holding arms for receiving the inductor elements exhibit.

Des Weiteren können die Induktorelemente sowohl radial als auch axial zur Mantelfläche des zylindrischen Werkstücks oder Werkstückabschnitts verstellbar ausgebildet sein, wodurch eine Einstellung des jeweils gewünschten Wärmeeintrags möglich ist.Of Further can the inductor elements both radially and axially to the lateral surface of the cylindrical workpiece or workpiece section adjustable be formed, whereby an adjustment of the respectively desired heat input possible is.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Trägersystems kann dasselbe durch eine Trägermembran mit einer Mehrzahl daran befestigter Induktorelemente gebildet sein.According to one another preferred embodiment of the carrier system can do the same through a support membrane be formed with a plurality of attached inductor elements.

Die Trägermembran kann dabei weitestgehend steif mit einer weitgehend ebenen oder gekrümmten Kontur oder derart biegsam beziehungsweise flexibel ausgebildet sein, dass dieselbe nach Art einer Manschette weitestgehend der Kontur der Mantelfläche des Werkstücks oder Werkstückabschnitts folgend auf oder über der Mantelfläche angeordnet werden kann ist. Insoweit kann es auch sinnvoll sein, der Trägermembran Abstandselemente zur Einstellung oder Gewährleistung einer Beabstandung zur Mantelfläche des Werkstücks oder Werkstückabschnitts zuzuordnen oder diese mit solchen Abstandselementen auszustatten.The support membrane can be largely stiff with a largely flat or curved Contour or formed so flexible or flexible be that the same in the manner of a cuff largely the Contour of the lateral surface of the workpiece or workpiece section following on or over the lateral surface can be arranged. In that sense, it may also make sense the carrier membrane Spacer elements for setting or ensuring a spacing to the lateral surface of the workpiece or workpiece section assign or equip them with such spacers.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, können die Induktorelemente sowohl eben als auch gekrümmt ausgebildet, also an die Kontur der Mantelfläche weitestgehend angepasst ausgebildet sein.As the invention further provides, can the inductor elements formed both flat and curved, so to the Contour of the lateral surface be adapted as far as possible.

Weiterhin wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, dass die Induktorelemente einlagig oder mehrlagig beziehungsweise spiralförmig oder wendelförmig ausgebildet sind, wodurch eine weitere Möglichkeit gegeben ist, definiert auf den Wärmeeintrag in das Werkstück oder den Werkstückabschnitt Einfluss zu nehmen.Farther is proposed in the sense of the invention that the inductor elements single-layered or multi-layered or helical or helical are, creating another possibility is given, defined on the heat input into the workpiece or the workpiece section influence to take.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, können die Induktorelemente jeweils selbsttragend ausgebildet und/oder von einem Stützelement aufgenommen sein.As the invention further provides, can each of the inductor elements is self-supporting and / or from a support element be included.

In Fortbildung der Erfindung kann das Stützelement zur definierten Beeinflussung des magnetischen Flusses als Flussführungselement ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme kann in besonders vorteilhafter Weise der aktive Luftspalt "d", welcher durch die Induktorspule zu überwinden ist, minimiert werden.In a further development of the invention, the support element for the defined influencing of the magnetic flux can be designed as a flux guide element. By this measure, in a particularly advantageous manner, the active air gap "d", which to be overcome by the inductor coil can be minimized.

Als Stützelement bietet sich bevorzugt ein Keramikelement mit magnetisch leitfähigen Bestandteilen an, welches den zu erzielenden etwaigen hohen Temperaturen besonders gerecht wird.When support element is preferably a ceramic element with magnetically conductive components on, which is the possible high temperatures to be achieved does justice.

Aufgrund der Tatsache, dass sich der Stromfluss in der Oberfläche des Leiters konzentriert, können die Induktorelemente rohrförmig ausgebildet und von einem Kühlmittel durchflossen sein, welches sich ebenfalls vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung auswirkt. Als Kühlmittel hat sich insbesondere Wasser bewährt.by virtue of the fact that the flow of current in the surface of the Head concentrated, can the inductor elements tubular trained and cooled by a coolant be flowed through, which is also beneficial to the efficiency affects the device. As a coolant In particular, water has proven itself.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Werkstücks oder Werkstückabschnitts vorgesehen, der seinerseits eine Überwachung des aktuellen Wärmeeintrags in das Werkstück oder den Werkstückabschnitt erlaubt.In Another advantageous embodiment of the invention is at least a temperature sensor for detecting the temperature of the workpiece or Workpiece section provided, in turn, a monitoring of the current heat input into the workpiece or the workpiece section allowed.

In Versuchen hat sich die beschriebene Vorrichtung als besonders vorteilhaft zum Fügen und Lösen einer Press- beziehungsweise Schrumpfverbindung zwischen einem dünnwandigen ringförmigen Werkstück und einem dasselbe tragenden zylindrischen Bauteil, insbesondere zwischen einem Innenring eines Wälzlagers und einer Welle bewährt.In The described device has proven to be particularly advantageous for joining and release a press or shrink connection between a thin-walled annular workpiece and a the same supporting cylindrical member, in particular between an inner ring of a rolling bearing and proven a wave.

Zusammenfassend hat die vorgeschlagene Vorrichtung im Hinblick auf herkömmliche Vorrichtungen den wesentlichen Vorteil, dass diese, insbesondere was die Erwärmung von dünnwandigen Teilen anbelangt, wie relativ kleinen Innenringen von Wälzlagern, eine schnellere Erwärmung bei geringerer Induktorleistung bewirkt. Ferner ist deren Handhabung vergleichsweise einfach sowie die Masse der Induktorelemente und demgemäß auch die Masse der Gesamtvorrichtung reduziert.In summary has the proposed device with respect to conventional Devices have the significant advantage that these, in particular what the warming of thin-walled As far as parts are concerned, such as relatively small inner rings of rolling bearings, a faster warming effected at lower inductor power. Furthermore, their handling is comparatively simple and the mass of the inductor elements and accordingly also the Mass of the overall device reduced.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:A preferred embodiment of the inventively designed roller bearing will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:

1a–c ein einlagiges Induktorelement in verschiedenen Ausführungsformen; 1a C a single-layer inductor element in various embodiments;

1d ein mehrlagiges Induktorelement in der Draufsicht; 1d a multilayer inductor element in plan view;

1e ein Querschnitt durch das Induktorelement gemäß 1d; 1e a cross section through the inductor according to 1d ;

2a das Induktorelement nach 1a und 1b in seiner Funktion; 2a the inductor element after 1a and 1b in his function;

2b das Induktorelement nach 1d und 1e in seiner Funktion; 2 B the inductor element after 1d and 1e in his function;

3a eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in der Seitenansicht; 3a a device according to the invention according to a first embodiment in side view;

3b die Ansicht "B" nach 3a; 3b the view "B" after 3a ;

4a die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in der Seitenansicht; 4a the device according to the invention according to a further embodiment in side view;

4b eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 4a. 4b a plan view of the device according to 4a ,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenFull Description of the drawings

Ein in den 1a und 1b gezeigtes an sich bekanntes Induktorelement 1 besteht aus einer einlagigen, weitestgehend ebenen Induktionsspule, die ihrerseits von einem Strom durchflossen ist.One in the 1a and 1b shown per se known inductor element 1 consists of a single-layered, largely flat induction coil, which in turn is traversed by a current.

Mittels einer Vorrichtung, bestehend beispielsweise aus einer Mehrzahl solcher Induktionsspulen kann nunmehr besonders komfortabel unter Anwendung von mittleren oder hohen Frequenzen ein zylindrisches metallenes Werkstück 2 erwärmt werden, indem dieses Werkstück 2 oder ein Werkstückabschnitt vom Außenfeld 3 des von den Induktorelementen 1 bzw. der Induktorspulen ausgebildeten Magnetfeldes beeinflusst wird (2a).By means of a device consisting for example of a plurality of such induction coils can now be particularly comfortable using medium or high frequencies, a cylindrical metal workpiece 2 be heated by this workpiece 2 or a workpiece section from the outside field 3 of the inductor elements 1 or the inductor coils formed magnetic field is influenced ( 2a ).

Die Induktorelemente 1 bzw. Induktorspulen sind hierbei derart über die Mantelfläche 4 des zylindrischen Werkstücks 2 oder Werkstückabschnitts verteilt angeordnet, dass eine weitestgehend umfassende und/oder eine selektive Erwärmung dieser Mantelfläche 4 möglich ist. Eine solche Mehrfachanordnung von Induktorelemente 1 bzw. Induktorspulen ist beispielsweise in den 3a und 3b sowie 4a und 4b dargestellt.The inductor elements 1 or inductor coils are in this case over the lateral surface 4 of the cylindrical workpiece 2 or workpiece section arranged distributed that a largely comprehensive and / or selective heating of this lateral surface 4 is possible. Such a multiple arrangement of inductor elements 1 or inductor coils is for example in the 3a and 3b such as 4a and 4b shown.

Insofern wird jedes einzelne Induktionselement 1 benachbart zur Mantelfläche 4 des zu erwärmenden Werkstücks 2 oder Werkstückabschnitts positioniert und umschließt demgemäß das zylindrische Werkstück 2 nicht, wie dies herkömmlich vorgesehen wird.In this respect, every single induction element 1 adjacent to the lateral surface 4 of the workpiece to be heated 2 or workpiece portion positioned and accordingly encloses the cylindrical workpiece 2 not, as conventionally provided.

In Anpassung des Induktorelements 1 an besondere Oberflächenkonturen des Werkstücks 1 bzw. Werkstückabschnitts, insbesondere eines zylindrischen Werkstücks 1 bzw. Werkstückabschnitts, kann das Induktorelement 1 wie in 1c gezeigt auch von einer Kreisform abweichend gekrümmt ausgebildet sein.In adaptation of the inductor element 1 to special surface contours of the workpiece 1 or workpiece section, in particular a cylindrical workpiece 1 or workpiece section, the inductor element 1 as in 1c also be formed curved from a circular shape deviating.

Möglich ist es jedoch auch und wird durch die Erfindung mit erfasst, das Induktorelement 1 mehrlagig, also etwa spiralförmig oder wendelförmig auszubilden. Es sind demgemäß mehrere parallel bzw. koaxial übereinander angeordnete Lagen von Induktorspulen vorgesehen, wodurch das auszubildende Magnetfeld vorteilhaft beeinflussbar ist.However, it is also possible and is covered by the invention, the inductor element 1 multi-layered, so form approximately helical or helical. Accordingly, a plurality of layers of inductor coils arranged in parallel or coaxial with one another are provided, as a result of which the magnetic field to be formed can advantageously be influenced.

Die 1d und 1e zeigen ein solches mehrlagig ausgebildetes Induktorelement 1, welches von einem Stützelement 5 aufgenommen ist. Ein solches Stützelement 5 bietet sich insbesondere dann an, wenn das Induktorelement 1 nicht selbsttragend ausgebildet ist.The 1d and 1e show such a multi-layered inductor element 1 that of a support element 5 is included. Such a support element 5 is particularly suitable when the inductor element 1 is not self-supporting trained.

Als zweckmäßig hat sich insbesondere ein Keramikelement erwiesen, welches den etwaigen zu erzielenden vergleichsweise hohen Temperaturen besonders gerecht wird. Jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform, sondern umfasst alle an sich bekannten und für vorliegenden Anwendungsfall geeigneten Werkstoffe.When has appropriate In particular, a ceramic element proved, which is the possible To achieve relatively high temperatures particularly fair becomes. However limited the invention is not limited to this embodiment, but includes all known and for present case of suitable materials.

Das Stützelement 5 kann ferner als so genanntes Flussführungselement aus gebildet sein, wodurch sich der magnetische Fluss definiert beeinflussen lässt. Insoweit bietet es sich an, dass vorliegend vorgesehene Keramikelement mit magnetisch leitfähigen Bestandteilen zu versehen (nicht näher dargestellt).The support element 5 can also be formed as a so-called flux guide element, whereby the magnetic flux can be influenced defined. In that regard, it makes sense to provide the presently provided ceramic element with magnetically conductive components (not shown in detail).

Durch diese Maßnahme lässt sich zum einen ein etwaiger zu überwindender Luftspalt "d" zwischen dem Werkstück 2 und dem Induktorelement 1 vorteilhaft minimieren, zum anderen kann der an sich als nachteilig einzuschätzende Streufluss in die Umgebung wirkungsvoll reduziert werden (2b). Dieses führt aufgrund der Anwendung von mittel- und hochfrequenten Strömen im Ergebnis zu einer erhöhten Sicherheit für das Bedienungspersonal und für benachbart angeordnete Aggregate.By this measure, on the one hand, a possible air gap "d" to be overcome between the workpiece can be overcome 2 and the inductor element 1 Advantageously, on the other hand, the leakage flux, which in itself can be estimated to be disadvantageous, can be effectively reduced into the environment ( 2 B ). As a result, due to the use of medium and high-frequency currents, this leads to increased safety for the operating personnel and for units arranged adjacent to one another.

Durch eine angestrebte weitestgehend senkrechte Führung des Magnetflusses zum zu erwärmenden Werkstück 2 bzw. Werkstückabschnitt kann fernerhin die für die gewünschte Erwärmung erforderliche Leistung vorteilhaft reduziert werden (2a, 2b).By a desired largely vertical guidance of the magnetic flux to be heated workpiece 2 or workpiece section can furthermore be advantageously reduced the power required for the desired heating ( 2a . 2 B ).

Des Weiteren kann es sinnvoll sein, die genannten Induktorelemente 1 rohrförmig auszubilden. Aufgrund der Nähe der Induktorelemente 1 zum zu erwärmenden Werkstück 2 ist hierdurch die Gelegenheit gegeben, das Induktorelement 1 einfach und kostengünstig zu kühlen. Als Kühlmittel bietet sich insbesondere Wasser an, jedoch sind auch andere flüssige oder gasförmige Kühlmittel möglich (nicht näher dargestellt).Furthermore, it may be useful to the mentioned inductor elements 1 form tubular. Due to the proximity of the inductor elements 1 to the workpiece to be heated 2 This gives the opportunity, the inductor element 1 easy and inexpensive to cool. Water is particularly suitable as coolant, but other liquid or gaseous coolants are also possible (not shown in detail).

Die 2a und 2b zeigen im Besonderen einen Werkstückverbund aus einem zylindrischen, vorliegend dünnwandigen, ringförmigen Werkstück 2, beispielsweise in Form eines Wälzlager-Innenrings, und einem dasselbe tragende zylindrische Bauteil, wie einer Welle 6. Der Wälzlager-Innenring (Werkstück 2) und die Welle 6 sind infolge einer Press- beziehungsweise Schrumpfverbindung, also durch Wärmeeinwirkung kraft- und formschlüssig miteinander verbunden worden.The 2a and 2 B show in particular a workpiece composite of a cylindrical, in this case thin-walled, annular workpiece 2 , For example, in the form of a rolling bearing inner ring, and a cylindrical member carrying the same, such as a shaft 6 , The rolling bearing inner ring (workpiece 2 ) and the wave 6 are due to a press or shrink connection, so by force of heat and positively connected with each other.

Soll dieser Verbund wieder gelöst werden, ist es sicherlich zweckmäßig, lediglich den Wälzlager-Innenring (Werkstück 2) zu erwärmen, um denselben aufgrund seines dann eintretenden Ausdehnungsverhaltens von der Welle 6 besser abziehen zu können. Insbesondere für diesen Anwendungsfall bietet sich die vorstehende erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus einer Mehrzahl von separat wirkenden Induktorelementen 1, die ihrerseits über die zu erwärmende Mantelfläche 4 des Werkstücks 2 anzuordnen sind, an.If this bond to be solved again, it is certainly appropriate, only the roller bearing inner ring (workpiece 2 ) to heat the same because of its then occurring expansion behavior of the shaft 6 to deduct better. In particular, for this application, the above device according to the invention provides, consisting of a plurality of separately acting inductor elements 1 , in turn, over the surface to be heated 4 of the workpiece 2 to be arranged.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform einer geeigneten Vorrichtung zum Lösen und zum Fügen einer Press- beziehungsweise Schrumpfverbindung der vorstehend erwähnten Art ist im Detail in den 3a und 3b dargestellt.A first preferred embodiment of a suitable device for releasing and joining a press or shrink connection of the type mentioned above is described in detail in FIGS 3a and 3b shown.

Danach ist ein geeignetes Trägersystem vorgesehen, welches stirnseitig des dünnwandigen, ringförmigen Werkstücks 2 angeordnet ist und zunächst ein Grundgestell 7 mit vier radial nach außen weisenden Tragarmen 8 umfasst. Vorliegend sind die Tragarme 8 kreuzförmig angeordnet und innerhalb der Drehachse der Welle 6 mittels einer Befestigungsschraube 11 an der Welle 6 befestigt.Thereafter, a suitable carrier system is provided, which front side of the thin-walled, annular workpiece 2 is arranged and first a base frame 7 with four radially outwardly facing support arms 8th includes. In the present case are the support arms 8th arranged in a cross shape and within the axis of rotation of the shaft 6 by means of a fixing screw 11 on the shaft 6 attached.

Am freien Ende eines jeden Tragarms 8 ist wiederum je ein zum Werkstück 2 hin abgestellter und über die Mantelfläche 4 des Werkstücks 2 reichender Haltearm 10 zur Aufnahme zumindest eines Induktorelementes 1 befestigt.At the free end of each arm 8th is in turn one each to the workpiece 2 turned off and over the lateral surface 4 of the workpiece 2 reaching holding arm 10 for receiving at least one inductor element 1 attached.

Die Befestigung der Haltearme 10 ist mittels Befestigungsschrauben 9 bewerkstelligt, die ihrerseits jeweils in einem radial ausgerichteten Langloch 12 geführt sind. Diese Art der Befestigung der Haltearme 10 an den Tragarmen 8 erlaubt eine radiale Verstellbarkeit eines jeden Induktorelements 1 zur Mantelfläche 4 des Werkstücks 2.The attachment of the support arms 10 is by means of fastening screws 9 accomplished, in turn, each in a radially aligned slot 12 are guided. This type of attachment of the support arms 10 on the support arms 8th allows radial adjustability of each inductor element 1 to the lateral surface 4 of the workpiece 2 ,

Wie bereits oben erwähnt, kann durch diese Bauweise der Wärmeeintrag bzw. die Einwirkung eines Magnetfeldes derart vorteilhaft eingestellt werden, dass lediglich das dünnwandige ringförmige Werkstück 2 erwärmt wird und die dassel be tragende Welle 6 weitestgehend keinen Wärmeeintrag erfährt (2a, 2b).As already mentioned above, the heat input or the action of a magnetic field can be set so advantageously by this design that only the thin-walled annular workpiece 2 is heated and the korel carrying shaft 6 largely no heat input experiences ( 2a . 2 B ).

Überdies sind hierdurch auch die Voraussetzungen dafür geschaffen, die Vorrichtung an verschiedenste Durchmesser des Werkstückverbundes, bestehend beispielsweise aus Lagerinnenring 2 und Welle 6, anpassen zu können.Moreover, this is also the prerequisite created tongues for the device to a variety of diameters of the workpiece composite, consisting for example of bearing inner ring 2 and wave 6 to be able to adapt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Anzahl von vier Tragarme 8 beschränkt, sondern kann auch mehr oder weniger als vier Tragarme aufweisen. Auch können die Tragarme 8 durch einen nicht näher dargestellten radial ausgerichteten Flansch ersetzt sein.Of course, the invention is not limited to a number of four support arms 8th limited, but may also have more or less than four support arms. Also, the support arms 8th be replaced by a not shown radially aligned flange.

Ebenso kann es angezeigt sein, die Induktorelemente 1 bzw. deren Befestigung am Haltearm 10 in axialer Richtung verstellbar auszubilden, um in axialer Richtung gesehen die Erwärmung auf bestimmte Werkstückabschnitte beschränken zu können (nicht näher gezeigt).It may also be indicated, the inductor elements 1 or their attachment to the support arm 10 be formed adjustable in the axial direction, in order to limit the heating to certain workpiece sections seen in the axial direction (not shown in detail).

Als zweckmäßig wird des Weiteren angesehen, wenn die Vorrichtung zur Erwärmung mit einer an sich bekannten Abzieh- oder auch Aufpressvorrichtung einen Systemverbund ausbildet, und somit ein kompaktes Werkzeug zum Lösen eines ringförmigen Werkstücks 2 von beispielsweise einer Welle 6 oder Fügen eines ringförmigen Werkstücks 2 auf eine Welle 6 geschaffen ist (nicht näher dargestellt).It is further considered useful if the device for heating with a known Abzieh- or pressing device forms a system composite, and thus a compact tool for releasing an annular workpiece 2 for example, a wave 6 or joining an annular workpiece 2 on a wave 6 is created (not shown in detail).

Das Ausführungsbeispiel gemäß den 4a und 4b weist als Trägersystem im Wesentlichen eine Trägermembran 13 bzw. ein Trägerband auf, die ihrerseits mit einer Mehrzahl, vorliegend einreihig angeordneter mehrlagiger Induktorelemente 1 bestückt ist. Hier nicht näher gezeigte mehrreihige Anordnungen sind selbstverständlich durch die Erfindung mit erfasst. Ferner versteht es sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass eine solche Trägermembran 13 auch wärmefest ausgeführt sein sollte. Geeignete Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffe, sind hinlänglich bekannt.The embodiment according to the 4a and 4b has as carrier system essentially a carrier membrane 13 or a carrier tape, which in turn with a plurality, in this case arranged in a single row multilayer inductor elements 1 is equipped. Of course, multi-row arrangements, not shown here in greater detail, are of course covered by the invention. Furthermore, it is understood in the knowledge of the invention of itself that such a support membrane 13 should also be carried out heat-resistant. Suitable materials, such as plastics, are well known.

Die Trägermembran 13 kann weitestgehend steif und mit einer weitestgehend ebenen oder gekrümmten Kontur, die ihrerseits auch einem Hohlzylinder entsprechen kann, ausgebildet sein (nicht näher dargestellt).The carrier membrane 13 can be largely rigid and with a largely flat or curved contour, which in turn can also correspond to a hollow cylinder, be formed (not shown in detail).

Danach können zum Beispiel eine Mehrzahl radial gegenüberliegend angeordnete ebene Trägermembranen 13 in Axialrichtung gesehen über der Mantelfläche 4 des Werkstücks 2 positioniert bzw. an derselben festgelegt sein. Werden demgegenüber weitestgehend steife, jedoch hohlzylinderförmige Trägermembranen 13 zur Anwendung gebracht, können diese axial über den Werkstückverbund geschoben und entsprechend positioniert werden.Thereafter, for example, a plurality of radially oppositely disposed planar support membranes 13 seen in the axial direction over the lateral surface 4 of the workpiece 2 be positioned or fixed to the same. In contrast, are largely rigid, but hollow cylindrical support membranes 13 brought to application, they can be pushed axially over the workpiece assembly and positioned accordingly.

Als besonders vorteilhaft haben sich jedoch in umfangreichen Versuchen biegsame beziehungsweise flexible Trägermembranen 13 erwiesen, die ihrerseits beispielsweise nach Art einer Manschette weitgehend der Kontur der Mantelfläche 4 eines in den betreffenden 4a und 4b nicht näher gezeigten zylindrischen Werkstücks 2 oder Werkstückabschnitts folgen, und über die Mantelfläche 4 des Werkstücks 2 oder Werkstückabschnitts gewickelt werden.However, flexible or flexible carrier membranes have proven particularly advantageous in extensive experiments 13 proved, in turn, for example, in the manner of a cuff largely the contour of the lateral surface 4 one in the relevant one 4a and 4b not shown in detail cylindrical workpiece 2 or workpiece section, and over the lateral surface 4 of the workpiece 2 or workpiece section to be wound.

Eine etwaige erforderliche Beabstandung der Trägermembran 13 bzw. deren Induktionselemente 1 zur Mantelfläche 4 kann mittels einfacher wärmefester Abstandselemente realisiert werden (nicht näher gezeigt).Any required spacing of the support membrane 13 or their induction elements 1 to the lateral surface 4 can be realized by means of simple heat-resistant spacers (not shown in detail).

Wie insbesondere aus 4b ersichtlich ist, kann die Trägermembran 13 beispielsweise segmentartig ausgebildet sein, wobei jedem relativ steifen Segment 14 zumindest ein Induktionselement 1 zugeordnet ist, welches in der Draufsicht eine runde, quadratische, wie vorliegend rechteckige oder jegliche andere geeignete Gestalt aufweisen kann.As in particular from 4b it can be seen, the support membrane 13 for example, be segmented, with each relatively stiff segment 14 at least one induction element 1 is assigned, which in plan view a round, square, as in the present rectangular or any other suitable shape may have.

Die einzelnen Segmente 14 sind mittels wärmefester Scharniere 15, beispielsweise mittels hochflexibler Abschnitte (Filmscharniere) oder an sich bekannter mechanischer Scharniere 15 zueinander schwenkbeweglich ausgebildet, woraus wiederum der genannte manschettenartige Aufbau resultiert.The individual segments 14 are by means of heat-resistant hinges 15 For example, by means of highly flexible sections (film hinges) or per se known mechanical hinges 15 formed pivotally to each other, which in turn results in said cuff-like structure.

Schließlich kann zumindest ein nicht näher gezeigter, jedoch an sich bekannter Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Werkstücks oder Werkstückabschnitts vorgesehen sein, der seinerseits eine Überwachung des aktuellen Wärmeeintrags in das Werkstück oder den Werkstückabschnitt erlaubt. Zweckmäßigerweise ist der Temperatursensor direkt an der Vorrichtung zur Erwärmung angeordnet.Finally, can at least one not shown in detail, However, known per se temperature sensor for detecting the temperature of the workpiece or Workpiece section be provided, in turn, a monitoring of the current heat input into the workpiece or the workpiece section allowed. Conveniently, the temperature sensor is arranged directly on the device for heating.

11: Induktorelementinductor
22: Werkstück, Wälzlager-InnenringWorkpiece, roller bearing inner ring
33: Außenfeld (Magnetfeld)outfield (Magnetic field)
44: Mantelflächelateral surface
55: Stützelementsupport element
66: Wellewave
77: Grundgestellbase frame
88th: TragarmBeam
99: Befestigungsschraubefixing screw
1010: Haltearmholding arm
1111: Befestigungsschraubefixing screw
1212: LanglochLong hole
1313: Trägermembransupport membrane
1414: Segmentsegment
1515: Scharnierehinges

Claims

Device for heating a cylindri metallic workpiece ( 2 ) or workpiece section by means of electromagnetic induction, wherein a plurality of separately acting inductor elements ( 1 ) are provided in the form of induction coils, which in turn so over the surface to be heated ( 4 ) of the workpiece ( 2 ) or workpiece section are arranged so that the workpiece ( 2 ) or the workpiece section in the outer field ( 3 ) of the realized magnetic fields of the plurality of inductor elements ( 1 ) is arranged.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the plurality of inductor elements ( 1 ) so over the lateral surface ( 4 ) of the workpiece ( 2 ) or workpiece section is arranged distributed that a largely comprehensive and / or selective heating of this lateral surface ( 4 ) is possible.

Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the inductor elements ( 1 ) of a common, the workpiece to be heated ( 2 ) or workpiece portion are assigned to the associated carrier system.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the carrier system by a front side to the cylindrical workpiece ( 2 ) or workpiece section arranged base frame ( 7 ) is formed, on which the inductor elements ( 1 ) are fastened in such a way that they are located above the lateral surface ( 4 ) of the cylindrical workpiece ( 2 ) or workpiece section can be positioned.

Device according to claim 4, characterized in that the base frame ( 7 ) by two or more radially aligned support arms ( 8th ) or in the manner of a flange, and one or more to the workpiece ( 2 ) or work piece portion parked and over the lateral surface ( 4 ) of the same reaching holding arms ( 10 ) for receiving the inductor elements ( 1 ) having.

Device according to claim 5, characterized in that the inductor elements ( 1 ) radially and / or axially to the lateral surface ( 4 ) of the cylindrical workpiece ( 2 ) or workpiece section are adjustable.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the carrier system by a carrier membrane ( 13 ) with a plurality of inductor elements attached thereto ( 1 ) is formed.

Device according to claim 7, characterized in that the carrier membrane ( 13 ) is formed as far as possible rigid with a largely flat or curved contour.

Device according to claim 7, characterized in that the carrier membrane ( 13 ) is formed so flexible or flexible that the same in the manner of a cuff largely the contour of the lateral surface ( 4 ) of the workpiece ( 2 ) or workpiece section following on or over the lateral surface ( 4 ) can be arranged.

Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the carrier membrane ( 13 ) Spacer elements for setting or guaranteeing a spacing to the lateral surface ( 4 ) of the workpiece ( 2 ) or workpiece section can be assigned or assigned.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the inductor elements ( 1 ) are flat or curved.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inductor elements ( 1 ) are single-layered or multi-layered or helical or helical.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the inductor elements ( 1 ) each self-supporting trained and / or by a support element ( 5 ) are included.

Device according to claim 13, characterized in that the support element ( 5 ) is designed for defined influencing of the magnetic flux as a flux guide element.

Device according to claim 14, characterized in that the supporting element ( 5 ) is a ceramic element with magnetically conductive components.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the inductor elements ( 1 ) are tubular and flows through a coolant.

Device according to claim 16, characterized in that the inductor elements ( 1 ) are formed for receiving water as a coolant.

Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that at least one temperature sensor for detecting the temperature of the workpiece ( 2 ) or workpiece section is provided.

Use of the device according to one of claims 1 to 18 for joining and releasing a press or shrink connection between a thin-walled annular workpiece ( 2 ) and a cylindrical member carrying the same, for example between an inner ring ( 2 ) a rolling bearing and a shaft ( 6 ).