JP2013528267A - ワーク、特にころがり軸受を加熱する装置 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、僅かな電力消費量と、迅速な加熱過程と、僅かな重量とによって傑出している、ワーク、特にころがり軸受を加熱する装置を提供することである。この課題を解決するために本発明の構成では、ワーク（４，６）、特にころがり軸受を加熱する装置（２）において、該装置は、ａ）前記ワーク（４）を横置き支持する、円錐台状に成形された載置面（８）と、ｂ）該載置面（８）の下に配置された単層のマグネットコイル（１０）であって、該マグネットコイル（１０）の、前記載置面（８）によって覆われた面及び勾配が、前記載置面（８）の形状にほぼ追従し、これによって磁力線を前記ワーク（４，６）の内部領域において集中させるマグネットコイル（１０）と、ｃ）該マグネットコイル（１０）において交番磁界を生ぜしめるドライバ共振回路（１４）と、を有する。このように構成されていると、ワークは、極めて迅速に誘導加熱されることができ、載置面に横置き支持されていることによって、マグネットヨークへの押し嵌めも不要になる。載置面の円錐台状の形状に追従する、マグネットコイルの面状の構成によって、ドライバ共振回路は高周波数で運転することができ、これにより、電力消費量は僅かになる。このようにして生ぜしめられる交番磁界の磁力線によって、磁界はさらに、ワークの表面において、加熱すべき領域内に直に進入し、ひいてはワークの特に均一な加熱を達成する。

Description

本発明は、ワーク、特にころがり軸受を加熱する装置に関する。

ころがり軸受を加熱する装置は、軸受又はリング形状の部材を楽に、軸に取り付ける又は軸受のハウジング内に取り付けるために、使用される。この場合、軸受又はリング形状の部材の嵌め込みのために必要な隙間を得るためには、金属の熱膨張が利用される。ころがり軸受を迅速に加熱するために、今日ではしばしば、以前使用されていた例えば高温のオイル浴、加熱プレート又は炉の代わりに、誘導式の加熱機が使用される。

このような誘導加熱機は例えば、スイス国のＷａｎｇｅｎ ａｎ ｄｅｒ Ａａｒｅ在のシマテック社（ｓｉｍａｔｅｃ ＡＧ）の製品で、「シマサーム（simatherm）」という商品名で販売されている。この誘導加熱機は、積層薄板から成る鉄芯と、取り外し可能、移動可能又は旋回可能なヨークと、誘導コイルとを備えて構成されている。そしてこの誘導加熱機は、典型的には５０Ｈｚ／６０Ｈｚの供給周波数で運転される。加熱されるころがり軸受は、誘導コイル又はヨークの上方に設置される。種々異なったころがり軸受サイズをカバーするために、磁気回路の内部には種々異なった大きさのヨークを配置することができる。ころがり軸受の加熱は、誘導電流の流れによってころがり軸受のインナレース内において好適に行われる。

しかしながら物理的な理由から、このような誘導加熱機は比較的重く、またころがり軸受の重量に関連してころがり軸受の懸吊及び取外しを行うためには、かなりの力を必要とする。そしてさらにこのような誘導加熱機は、簡単に運ぶことができない。

ゆえに本発明の課題は、僅かな電力消費量と、例えばころがり軸受インナレースの所望の加熱を可能にする迅速な加熱過程と、僅かな重量とによって傑出していて、これにより移動可能な使用のためにも極めて適している、ワーク、特にころがり軸受を加熱する装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、ワーク、特にころがり軸受を加熱する装置において、当該装置は、下記構成部材、すなわち、
ａ）前記ワークを横置き支持する、円錐台状に成形された載置面と、
ｂ）該載置面の下に配置された単層のマグネットコイルであって、該マグネットコイルの、前記載置面によって覆われた面及び勾配が、前記載置面の形状にほぼ追従し、該マグネットコイルの形状が、磁力線を前記ワークの内部領域において集中させるマグネットコイルと、
ｃ）該マグネットコイルにおいて交番磁界を生ぜしめるドライバ共振回路と、
を有するようにした。

このように構成されていると、ワークを極めて迅速に誘導加熱することができ、しかもワークが載置面に横置き支持されることによって、マグネットヨークへの押し嵌めが不要になる。載置面の円錐台状の形状に追従する、マグネットコイルの面状の構成に基づいて、ドライバ共振回路を高周波数で運転することができ、これにより僅かな電力消費量と小さな構造寸法とを得ることができる。円錐台状のマグネットコイルによって生ぜしめられる、交番磁界の磁力線の状態によって、磁界は好適に、ワークの内部領域に、例えばころがり軸受のインナレース内に、直に、加熱すべき領域内に進入し、これによってワークの特に均一かつ効果的な加熱を行うことができる。

磁気回路を特に良好に帰すもしくは戻すために、つまり特に良好な帰磁路を形成するために、前記マグネットコイルの下に、半径方向に延びる複数のフェライトロッドを配置することができる。このようにして、半径方向に延びる適宜な数のフェライトロッドは、ワークの下の空間において延びる磁力線を再び戻す。通常円形の載置面では、例えば均一に分配された８つのフェライトロッドが適している。

特に、小さなワークをも加熱できるようにするために、本発明の態様では、前記載設面の中心に、煙突状に成形されたピンが配置されていて、該ピンの外周部に、同様に前記マグネットコイルの巻条が配置されている。しかしながらまた、別の態様では、前記載置面の中心に、フェライトコアを備える円錐形の装着部材が、磁力線を戻すために配置されている。

本発明による装置は、交番磁界の周波数が、１０〜５０ｋＨｚの範囲、好ましくは２０〜３０ｋＨｚの範囲にある場合に、特に好適に運転することができる。このようになっていると、ドライバ共振回路の運転周波数は、例えば誘導加熱式の調理分野のためにも使用される範囲にある。

ころがり軸受を確実に支持するために、本発明の別の態様では、前記載置面は、耐熱性のプラスチック皿形部材として形成されており、該プラスチック皿形部材は好ましくは、規格化されたころがり軸受寸法に相当する同心円段部（Rasterung）又は階段状センタリングを有する。

装置の可能な限り節約した運転を可能にするために、本発明の別の態様では、前記ドライバ共振回路はその作業点をワークに関連して自動的に、インパルス応答に関連した周波数の同調によって、少なくとも可能な限り共振周波数の近くに選択する。そのために運転周波数は、例えばシンセサイザを用いて段階的に、例えば２００Ｈｚのステップ幅で、又は共振周波数の近傍が得られる場合には、さらに小さなステップ幅で、調整することができる。

金属製のワークの、過熱の結果生じる組織変化を確実に排除できるようにするために、本発明の別の態様では、ころがり軸受の温度を測定する温度センサが、ドライバ共振回路を調節するために設けられている。従ってこれに関連した調整のために、温度は調整回路の入力部における調整値である。

前記温度調節とは択一的に、又は前記温度調節に加えて、前記ドライバ共振回路を所定可能な時間の間投入接続するために、タイマ回路が設けられていてもよい。

次に図面を参照しながら、本発明の有利な実施の形態を説明する。

例として載置された２つのころがり軸受と共に、加熱機を縦断面してその側面を示す図である。 図１に示した両ころがり軸受のうちの小さい方の軸受に対する磁力線の状態を示す図である。 図１に示した両ころがり軸受のうちの大きい方の軸受に対する磁力線の状態を示す図である。

図１には、例として載置された２つのころがり軸受４，６（運転時には通常１つのころがり軸受だけが加熱機２に載置されている）と共に、加熱機２が断面図で示されている。この加熱機２は、円錐台形状に成形された載置面８を、ころがり軸受４，６を横置きに支持するために有している。載置面８の下には、巻線１２を備える単層のマグネットコイル１０が配置されており、このマグネットコイル１０は、該マグネットコイル１０の、載置面８によって覆われた面及び勾配に関して、載置面８の形状にほぼ追従している。さらに、マグネットコイル１０において交番磁界を生ぜしめるためのドライバ共振回路（Treiberschwingkreis）１４が設けられている。マグネットコイル１０によって生ぜしめられた磁界の帰磁路を形成するために、マグネットコイル１０の下には、半径方向に延びる複数のフェライトロッド１６が配置されている。

図示の実施形態では、載置面８の中央に、煙突状に成形されたピン１８が配置されており、このピン１８の外周部にはまた、マグネットコイル１０の巻条２０が配置されている。このように構成されていることによって、小さなころがり軸受６、ここでは例えば１５ｍｍの内径を有する型式６００２の軸受をも、迅速かつ効果的に加熱することができる。ピン１８の代わりに、図示はされていないが、フェライトコアを備える円錐形の装着部材もしくはアタッチメント（Aufsatz）が配置されていてもよい。

小さなころがり軸受６のための磁力線の状態は、図２に示されている。相応に図３には、大きなころがり軸受４、ここでは例えば１５０ｍｍの内径を有する型式６０３０の軸受のために磁力線の状態が示されている。両ころがり軸受４，６のための磁力線を示す図２及び図３から明らかなように、磁力線は、マグネットコイル１０の円錐台形状の形に基づいて、軸受４，６の下側において過電流を生ぜしめるのみならず、過電流は軸受４，６の上側においても発生し、そこで同様に、ワークの内部領域においても、ここではころがり軸受のインナレースにおいても、渦電流による加熱が好適に生ぜしめられる。

この加熱機２の運転は、２５ｋＨｚの交番磁界の周波数で行われる。一般的にこの周波数は、１０〜５０ｋＨｚの範囲、好ましくは２０〜３０ｋＨｚの範囲にあってよい。従ってこの運転周波数（Treiberfrequenz）は、誘導加熱式の調理分野のためにも使用される範囲である。

図示の実施形態では、載置面８は耐熱性のプラスチック皿形部材として形成されていて、規格化されたころがり軸受寸法に相当する階段状センタリング（Stufenzentrierung）を有している。例えばころがり軸受は、横置き支持の状態でセンタリングされて、加熱機２に配置することができ、これによってころがり軸受の全周にわたって均一な加熱が行われる。載置面８の勾配は、図示の実施形態では約３０°であり、従って約１５°〜４５°の好適な範囲内にある。付言すると、この円錐は、一定の勾配を有する必要も連続的な勾配を有する必要もなく、機能を最適化するために必要に応じて、一定でない勾配又は不連続的な勾配を有することもできる。

加熱機２のドライバ共振回路１４は図示の実施形態では、ワークに関連した好適な作業点を規定するための同調ロジック（Abstimmungslogik）が設けられているように、構成されている。同調ロジックは自動的に、インパルス応答に関連した周波数の同調によって、運転周波数を調節しようとし、この運転周波数は、少なくとも可能な限り共振周波数（ワーク／ころがり軸受を載置された状態）の近くに位置している。そのために運転周波数は、シンセサイザによって段階的にチューニングもしくは調整（durchstimmen）され、この場合図示の実施形態では２００Ｈｚのステップ幅で、又は共振周波数の近傍が得られる場合には、さらに小さなステップ幅で、調整される。

過熱の結果生じる、金属製のころがり軸受の組織変化を確実に排除できるようにするために、ころがり軸受４の温度を測定する温度センサが、ドライバ共振回路１４を調節するために設けられている。従ってこれに関する調整のために、温度は、調整回路の入力部における調整値である。前記温度調節とは択一的に又は前記温度調節に加えて、所定可能な時間にわたってドライバ共振回路を投入接続するために、タイマ回路が設けられていてもよい。

従って図示の加熱機２は、１つのころがり軸受を、又は全体的に、任意の、好ましくはリング形の金属製の各ワークをも、迅速かつ誘導加熱式に加熱する。ころがり軸受４，６が載置面８に横置き式に支持されていることによって、ころがり軸受４，６は、従来技術におけるようにマグネットヨークに押し嵌める必要がない。載置面８の円錐台の形状に相応して、マグネットコイル１０が面状に構成されていることに基づき、ドライバ共振回路を高周波数で運転することができ、これにより、電力消費量（Leistungsaufnahme）は僅かで済む。このようにして惹起される交番磁界の磁力線によって、磁界はころがり軸受４，６の表面においても直に、加熱すべき内部領域へと進入し、これによってワークの内部領域を特に均一に加熱することができる。このような均一の加熱効果は、ワーク（ころがり軸受）の強磁性の特性が増大するに連れて、もちろん高まる。

Claims (9)

1. ワーク（４，６）、特にころがり軸受を加熱する装置（２）であって、
   ａ）前記ワーク（４）を横置き支持する、円錐台状に成形された載置面（８）と、
   ｂ）該載置面（８）の下に配置された単層のマグネットコイル（１０）であって、該マグネットコイル（１０）の、前記載置面（８）によって覆われた面及び勾配が、前記載置面（８）の形状にほぼ追従し、該マグネットコイル（１０）の形状が、磁力線を前記ワーク（４，６）の内部領域において集中させるマグネットコイル（１０）と、
   ｃ）該マグネットコイル（１０）において交番磁界を生ぜしめるドライバ共振回路（１４）と、
   を備える、ワークを加熱する装置。
2. 前記マグネットコイル（１０）の下に、半径方向に延びる複数のフェライトロッド（１６）が配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記載置面（８）の中心に、煙突状に成形されたピン（１８）が配置されていて、該ピン（１８）の外周部に、同様に前記マグネットコイル（１０）の巻条（２０）が配置されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記載置面（８）の中心に、フェライトコアを備える円錐形の装着部材が配置されている、請求項１又は２記載の装置。
5. 交番磁界の周波数が、１０〜５０ｋＨｚの範囲、好ましくは２０〜３０ｋＨｚの範囲にある、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記載置面（８）は、耐熱性のプラスチック皿形部材であり、該プラスチック皿形部材は好ましくは、規格化されたころがり軸受寸法に相当する同心円段部又は階段状センタリングを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記ドライバ共振回路（１４）はその作業点を自動的に、インパルス応答に関連した周波数の同調によって、少なくとも可能な限り共振周波数の近くに選択する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記ころがり軸受（４）の温度を測定する温度センサ（２２）が、前記ドライバ共振回路（１４）を調節するために設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記ドライバ共振回路（１４）を所定可能な時間の間投入接続するために、タイマ回路が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。

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