JP2023507235A - 表面層誘導硬化の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、環状部品（３）の外周の表面（２）であり、初期ゾーン（Ａ）、エンドゾーン（Ｅ）、および初期ゾーン（Ａ）とエンドゾーン（Ｅ）との間に延びる２つの中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）を有する表面（２）の表面層誘導硬化の方法に関する。初期ゾーン（Ａ）は、インダクタ（７）によって硬化温度にされ、スプレー（９、１０）によって急冷される。その後、インダクタ装置（１２、１３）がそれぞれ中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）に沿ってエンドゾーン（Ｅ）まで移動される。各インダクタ装置（１２、１３）は、カバーする領域を予熱するための先行インダクタ（５、８）と、予熱された領域を仕上げ加熱するための後続インダクタ（６、７）と、仕上げ加熱された領域を急冷するためのスプレー（９、１０）とを備える。インダクタ装置（１２、１３）が初期ゾーン（Ａ）からある距離（ａ）に位置した後、インダクタ装置（１２、１３）のうちの少なくとも１つの先行インダクタ（５、８）が、後続インダクタ（６、７）と比較して増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）でエンドゾーン（Ｅ）の方向に移動される。したがって、先行インダクタ（５、８）は、後続インダクタ（６、７）が後続インダクタと先行インダクタ（５、８）との間に先に生じた距離（ｂ）を克服するのに必要な持続時間に等しい持続時間の時間間隔だけ早くエンドゾーン（Ｅ）に到達する。その間、エンドゾーン（Ｅ）はそこに到達した先行インダクタ（５、８）によって予熱される。インダクタ装置（１２、１３）の後続インダクタ（６、７）のうちの１つがエンドゾーン（Ｅ）に到着すると、エンドゾーン（Ｅ）を仕上げ硬化温度に加熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、硬化性鋼からなる環状部品の外周表面の表面層誘導硬化の方法に関する。

「表面層の誘導硬化の方法」は、硬化される表面にそれぞれ隣接し、表面を担持する部品をそれぞれ構成する鋼材の表面層が、部品に誘導される電磁場によって硬化温度に加熱され、このようにして加熱された表面層のセクションがその後、関連する表面のセクションに硬化構造体を生成するために、適切な急冷媒体を施用することによって十分に迅速に冷却される方法である。

表面層誘導硬化の技術的および物理的背景は、非特許文献１に説明される。

本発明による方法によって表面が表面層硬化されうる環状部品は、典型的には、大型転がり軸受などの軸受リングである。このような軸受リングは、例えば、大型風力タービンのロータが載せられる転がり軸受、またはタワークレーンなどが垂直軸の周りに回転可能に載せられる転がり軸受に使用される。このような軸受の直径は通常、４０～１０００ｃｍの範囲内である。

このような大型環状部品の円周表面は、硬化される表面に沿いつつ、反対方向に同期をとりながら移動される２つのインダクタを使用することによって、特に効果的に表面層硬化されうる。このようにして、インダクタは、それらが生成する電磁場によってカバーされる表面セクションを次々に硬化温度に加熱する。このようにして加熱された表面セクションは次に、インダクタを追跡するスプレーによってそれぞれ施用されるスプレージェットによって急冷される。

このタイプの表面層硬化の利点は、２つ以上のインダクタが、それらの占有する設置スペースに起因して互いにある距離までしか近づけられないことによって相殺される。このようにして、加工プロセスの開始時または終了時にインダクタが互いに非常に近くに隣り合って設けられていても、インダクタによって生成される電磁場がインダクタの間に存在する硬化される表面のゾーンに直接到達しないため、またはインダクタによって生成される電磁場の相互障害に起因してこのゾーンに不十分な加熱しか起こらないために、ワークピース上に不十分な硬度しか達成されないゾーンが残る。実際には、硬化される表面の初期ゾーンは、硬化プロセスの開始時にその上にインダクタが近くに隣り合って据えられるが、初期ゾーンの加熱中には先に加熱された表面セクションが同時に急冷される必要がなく、したがってインダクタの電磁場によって直接カバーされない領域を熱移動によって硬化温度にするのに十分な時間があるため、エンドゾーンよりも問題が少ないことが分かっている。

しかし、特別な対策がなければ、構造条件に起因して、インダクタがそれらに割り当てられたリングセクションに沿ってそれぞれ移動した後に再び出会う硬化される表面のエンドゾーンに、不十分にしか加熱されず、したがって表面層硬化される表面の残りのセクションで達成される硬度に達しない領域が残る。この不完全にしか硬化されない領域は、技術用語で「スリップ」とも呼ばれ、特に表面層硬化された表面に全周にわたって常に負荷がかかる用途において、実用上早期の故障につながりうる。その結果、スリップ領域は、そのより低い硬度に起因して、表面層硬化された表面の残りのより高硬度に硬化された領域よりも早く摩耗する。

大型環状部品の円周表面のノンスリップ硬化を可能にするために、様々なプロセスが開発されている。

このような方法の第一の例は、特許文献１から既知である。硬化された表面層を備えた少なくとも１つのレースを備えた大型転がり軸受用の軸受リングを製造するためのこの方法では、硬化の開始時に少なくとも２つのインダクタが硬化される環状レースの共同初期ゾーンの上に設けられ、そこと対向する表面層を硬化温度に加熱する。次に、インダクタはレースに沿って反対方向に移動されて、初期ゾーンにそれぞれ隣接する軸受リングの環状レースの中間ゾーンを加熱する。反対方向に移動されるインダクタが短距離をカバーした後に、加熱された表面層に向けられたスプレーがオンに切り替えられて、関連する先に加熱された表面層が、最初に加熱された初期ゾーンの真ん中から急冷される。次に、インダクタとそれぞれに割り当てられたスプレーは、開始点の反対側のエンドゾーンで再び出会い、そこで再び共同加熱ゾーンを形成するまで、リング半体上をさらに移動される。エンドゾーンで必要な硬化温度に達すると、両方のインダクタがレースの表面から垂直に持ち上げられてスプレーのための場所があけられ、ここでスプレーはエンドゾーンを急冷するためにエンドゾーンへと向けられる。エンドゾーンを確実かつ迅速に硬化温度にするために、既知の方法は、初期ゾーンまたは中間ゾーンの加熱中に既にエンドゾーンを予熱する追加の補助インダクタを提供する。

ここで問題となっているタイプのさらなる方法は、特許文献２から既知である。この方法は、特許文献１に記載されるより古い方法に基づき、より古い方法で既に提供される移動と比較してさらなる自由度で加熱を均質化するために、特許文献１から既知の方法でエンドゾーンを予熱するために使用される補助インダクタが例えば振動様式または円形様式で移動されることを想定する。

軸受または歯付きリング等の閉じた曲線を描くワークピースを硬化するための第三の方法は、特許文献３から既知である。この既知の方法では、第一作業ステップで少なくとも２つのインダクタがワークピース上の開始領域に置かれ、インダクタはそれらの間の開始ゾーンを区切る互いに近くに隣り合った開始位置をとる。次に、開始ゾーンがインダクタのうちの少なくとも１つによって硬化温度に加熱され、その後急冷される。次に、インダクタはそれぞれの開始位置からワークピースに沿って移動され、ここで一方のインダクタの移動方向は他方のインダクタの移動方向とは反対に向けられ、インダクタの動作領域に位置するワークピースのセクションが硬化温度に加熱され、その後急冷される。インダクタの反対への移動は、各インダクタがそれぞれの他方のインダクタの近くに隣り合って設けられるエンド位置に到達するまで続けられる。これで、このとき到達した２つのインダクタのエンド位置の間にエンドゾーンが囲まれる。このエンドゾーンも硬化温度にするために、インダクタはインダクタの移動方向のうちの一方に一緒に移動され、この移動方向に先に既に移動されているインダクタによってエンドゾーンが硬化温度に加熱される。このようにして、エンドゾーンはインダクタのうちの少なくとも１つによって完全に横断され、均一に硬化温度にされる。

最後に、円形部品の環状表面の誘導硬化のための方法およびデバイスが、特許文献４から既知であり、この場合には硬化される環状表面上に４つのインダクタが２つのインダクタ対にグループ化されて設けられ、各インダクタ対にスプレーが割り当てられ、加熱の開始時にはスプレーが互いに近くに隣り合って設けられる。インダクタ対のインダクタおよび割り当てられたスプレーも、互いに直接隣に設けられる。インダクタ対によって先に硬化温度に加熱された表面セクションがその後レースの表面層上に硬化構造体を形成するために直ちに急冷されるように、硬化されるレースの初期ゾーンの上に合わせられたインダクタとスプレーとの組み合わせは、オンに切り替えられた後、それらにそれぞれ割り当てられた硬化されるレースの中間セクションに沿って反対の周方向に移動される。インダクタ対は、インダクタ対のそれぞれの先行インダクタがレースのエンドゾーンの上で出会うまで、正反対の移動を続ける。エンドゾーンに到達すると、インダクタ対の後続インダクタのために場所をあけるために、先行インダクタがレース表面から除去される。これらの後続インダクタは、それらもエンドゾーンの上方で出会い、エンドゾーンが２つの後続インダクタによっても硬化温度に加熱されるまで、それぞれのそれまでの周方向に移動され続ける。後続インダクタもそれぞれに割り当てられたスプレーと一緒に硬化される表面のエンドゾーンから離れるように次々にまたは同時に移動された後、エンドゾーンは、そこに硬化構造体も得るためにさらなるスプレーによって急冷もされる。

欧州特許第１ ８４８ ８３３（Ｂ１）号 欧州特許第２ ３１０ ５４３（Ｂ１）号 欧州特許第１ ９７７ ０２０（Ｂ１）号 欧州特許第２ ５４２ ７０７（Ｂ１）号

「鋼の熱処理－表面層硬化」、データシート２３６、［online］、２００９年版、ドイツ鉄鋼協会（Wirtschaftsvereinigung Stahl），４０２３７ デュッセルドルフ ゾーンシュトラーセ ６５、［２０２０年２月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.stahl-online.de/wp-content/uploads/2019/04/MB236_Waermebehandlung_von_Stahl_Randschichthaerten.pdf＞

上に説明した従来技術を背景に、環状部品の円周表面を最適に均一に途切れなく表面層硬化することを可能にする、必要時間に関して最適化された方法を提供する目的が生じた。

本発明は、少なくとも請求項１に示される作業ステップが完了される、この目的を達成するための方法を提案する。

言うまでもなく、当業者は、ここに説明される本発明による方法ならびにその変形例および拡張オプションを実行する際には、この場合には明示的に言及されていないが、そのような方法を実行する際には通常用いられることが実際的経験から既知の作業ステップを補足する。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に定義され、本発明の一般的構想と同様に、以下に詳細に説明される。

したがって、本発明による方法は、硬化性鋼からなる環状部品の外周の表面であり、初期ゾーンと、第一中間ゾーンが第一周方向で初期ゾーンに接続され、第二中間ゾーンが第一周方向とは反対の第二周方向で初期ゾーンに接続される２つの中間ゾーンと、中間ゾーンの初期ゾーンとは反対に面する端の間に延びるエンドゾーンとを備える表面の表面層誘導硬化のために使用される。

この場合、本発明による方法の過程で最初に説明した先行技術にしたがって以下の作業ステップが実行される。
ａ）初期ゾーンが少なくとも１つのインダクタによって硬化温度にされ、加熱された初期ゾーンに急冷媒体のジェットを向ける少なくとも１つのスプレーによって急冷されることによる、初期ゾーンの表面層硬化
ｂ）インダクタ装置（英：inductor arrangement、独：Induktoranordnung）が初期ゾーンに隣接するそれぞれの中間ゾーンの開始領域からこの中間ゾーンに沿ってエンドゾーンまでそれぞれ移動されることによる、初期ゾーンの表面層硬化に続く中間ゾーンの次々の表面層硬化であって、ここで各インダクタ装置は、先行インダクタによりそれぞれカバーされる中間ゾーンの領域の予熱を引き起こす先行インダクタと、先行インダクタに対して初期ゾーンの方向に設けられ、先行インダクタによって先に予熱された領域の硬化温度への仕上げ加熱を引き起こす後続インダクタと、加えて後続インダクタによってそれぞれ先に仕上げ加熱された領域を急冷媒体のジェットを使用して急冷するスプレーとを備える、中間ゾーンの次々の表面層硬化
ｃ）エンドゾーンに到達したインダクタ装置の後続インダクタのうちの少なくとも１つがエンドゾーンを硬化温度に加熱し、加熱後に急冷媒体のジェットをエンドゾーンへと向けるスプレーによってエンドゾーンが急冷されることによる、中間ゾーンの表面層硬化に続くエンドゾーンの表面層硬化

本発明によれば、作業ステップｂ）でインダクタ装置が初期ゾーンからある距離に位置した後、インダクタ装置のうちの少なくとも１つの先行インダクタがここで少なくとも一時的にこのインダクタ装置の後続インダクタと比較して増加した送り速度でエンドゾーンの方向に移動され、その結果、先行インダクタと後続インダクタとの間に拡大された距離が生じ、先行インダクタは、後続インダクタが先行インダクタとの間に先に生じた距離を克服するのに必要な持続時間と等しい持続時間の時間間隔だけ早くエンドゾーンに到達する。エンドゾーンに最初に到着した少なくとも１つの先行インダクタは次に、インダクタ装置の後続インダクタのうちの少なくとも１つがエンドゾーンに到着してエンドゾーンを硬化温度に仕上げ加熱するまでエンドゾーンを予熱する。

本発明による方法の場合には、表面層硬化される表面のエンドゾーンの予熱は、循環して実行される表面の中間ゾーンの表面層硬化に既に関与しているインダクタのうちの１つによって行われる。この目的のために、開始段階後に中間ゾーンの上に正反対の円形経路を一緒に描く、それぞれ２つのインダクタとスプレーとを備えた２つのインダクタ装置が使用される。

この場合、例えば開始時に近くに隣り合って設けられるが必ずしもそうとは限らないインダクタ装置のインダクタは、インダクタ装置が最初に硬化される初期ゾーンに隣接する中間ゾーンの開始領域からある距離をカバーし、それに応じてエンドゾーンからある距離に位置するまで、最初は同じ速さで中間ゾーンに沿って移動される。

この地点に到達すると、それぞれの送り方向に見てインダクタ装置の前方すなわち先行インダクタのうちの少なくとも１つが加速し、その結果、それに割り当てられたインダクタ装置の後続インダクタから離され、増加した速さでエンドゾーンの方向に移動する。この段階でも、今ではより高速で移動している先行インダクタは機能し続ける、すなわち高速移動中にもそれぞれが誘導する電磁場がカバーする中間ゾーンの領域を予熱する。

そのより高い送り速度の結果として、先行インダクタは表面のエンドゾーンにより迅速に到達し、その結果、そのインダクタ装置の後続インダクタがまだエンドゾーンに向かう途中である限りエンドゾーンを前もって予熱することができる。後続インダクタがエンドゾーンに到着すると、先行インダクタはエンドゾーンから離れるように移動され、後続インダクタがエンドゾーンを硬化温度に仕上げ加熱するためにそれに置き換わる。エンドゾーンが硬化温度に達すると、後続インダクタもエンドゾーンから除去され、急冷の目的のために提供されたスプレーによってエンドゾーンが急冷される。

原理上は、本発明により使用されるスプレーは、必要な速さで硬化されるゾーンから熱を除去するためにそのジェットが十分に強く、施用される液体体積が十分に大きければ、それぞれ急冷されるゾーンに急冷媒体の単一のジェットを向ければ十分でありうる。実際には、熱を除去するために十分な量の急冷媒体を急冷されるゾーンに安全かつ完全に施用するために、複数の個々のジェットを同時に施用するスプレーがこの目的のために能力を発揮している。

１つのインダクタ装置の先行インダクタが増加した速さで移動される一方で、第二インダクタ装置のインダクタは元の送り速度を変えずに移動され続けられうる。この場合、第二インダクタ装置の先行インダクタも、第一インダクタ装置のより高速で動くインダクタよりもゆっくりと移動され、したがってエンドゾーンに遅れて到達する。エンドゾーンを既に予熱している先行インダクタを邪魔しないために、第二インダクタ装置の先行インダクタは、エンドゾーンに隣接する割り当てられた中間ゾーンのエンド領域に到達したときに、第二インダクタ装置の後続インダクタがこのエンド領域に移動され中間ゾーンが仕上げ加熱されうるように、表面層硬化される表面から離れるように待機位置に移動されうる。

それぞれ先行インダクタのうちの１つだけによる予熱と全く同様に、エンドゾーンの仕上げ加熱も、それぞれ後続インダクタのうちの１つだけによって実行されうる。この変形例では、エンドゾーンの仕上げ加熱に使用されないインダクタ装置の後続インダクタは、エンドゾーンに隣接するそれに割り当てられた中間ゾーンのエンド領域に到達し、前記エンド領域を硬化温度に加熱した後に、表面層硬化される表面から離れるように待機位置に移動される。

それぞれ１つのインダクタのみによるエンドゾーンの予熱および／または仕上げ加熱の１つの利点は、近くに隣り合った２つのインダクタがゾーンを一緒に加熱する場合に起こりうる、それぞれ有効な電磁場の相互障害が起こらないことである。したがって、これらの障害を回避するための特別な措置が必要ない。加えて、エンドゾーンの予熱および／または仕上げ加熱のための単一のインダクタの使用により、エンドゾーンに導入される熱を正確に制御できるため、例えば硬化された表面層に相応に正確に設計された硬度プロファイルを達成しうる。

エンドゾーンの予熱および仕上げ加熱がそれぞれ１つのインダクタだけで実行されている上で説明した変形例の代わりに、例えば硬化温度への加熱を可能な限り迅速に達成すべき場合に、予熱および／または仕上げ加熱をそれぞれ２つのインダクタで一緒に実行することも可能である。

インダクタ装置の２つの先行インダクタによるエンドゾーンの共同予熱を可能にするために、インダクタ装置の両方の先行インダクタが、より高速の移動の開始点として提供された初期ゾーンまでの距離に到達するとすぐに、上述の様式でより迅速に前進させられうる。その結果、両方の先行インダクタが、理想的には同時にエンドゾーンに到達し、それらのインダクタ装置の後続インダクタもエンドゾーンに到達するまでエンドゾーンを予熱する。この状態に達すると、仕上げ加熱用に提供された個々の後続インダクタ、または仕上げ加熱を一緒に実行すべき場合のインダクタ装置の２つの後続インダクタのために場所をあけるために、両方の先行インダクタがエンドゾーンから除去される。

実際には、増加した送り速度で移動される先行インダクタとそれに割り当てられた後続インダクタとの間の速さの差は、例えば、先行インダクタによるエンドゾーンの予熱に利用可能な持続時間が１～１０秒となるように設定される。

実際には、先行インダクタの適切な増加した送り速度は、例えば２４０～１８００ｍｍ／分の範囲内であるのに対し、後続インダクタおよび一時的には先行インダクタも中間ゾーンに沿って移動される送り速度は、１８０～１２００ｍｍ／分の範囲内でありうる。言うまでもなく、後続インダクタが移動される速さよりも先行インダクタの増加した送り速度のほうが高くなるように、先行インダクタの増加した送り速度および後続インダクタの送り速度につき指定された範囲内でそれぞれの速さが選択される。

実際には、それぞれの先行インダクタのより高速の送り移動が開始する開始位置から、先行インダクタの移動方向のエンドゾーンの始まりまでで測定される距離は、４０～３００ｍｍでありうる。

この場合、増加した送り速度で移動される先行インダクタとそれに割り当てられた後続インダクタとの間の速さの差は、先行インダクタによるエンドゾーンの予熱に利用可能な持続時間が１～１０秒となるように設定されるのが好ましい。

それぞれの先行インダクタがその高速移動の段階の間にもカバーする領域に十分な熱を生成することを確保するために、増加した送り速度で先行するインダクタの電力は、関連する先行インダクタがそのインダクタ装置の後続インダクタと同じ送り速度で移動される限りにおいて動作させられる電力と比較して増加されることが好都合でありうる。硬化温度への加熱に十分な入熱を確保するために、それぞれの後続インダクタのパワーを、それに割り当てられた先行インダクタが増加した送り速度で移動される場合には、調整することも好都合でありうる。

可能な限り均一なエンドゾーンの加熱を達成するために、予熱および／または仕上げ加熱に使用されるインダクタを、加熱プロセス中にエンドゾーンに対してそれ自体周知の様式で移動させることも好都合でありうる。これは、例えば振動移動または回転移動の形態をとりうる。

初期ゾーンを加熱するときでも、１つのインダクタだけが使用されれば、ある硬度プロファイルの目標設定に関して有利でありうる。このために、本発明による方法のさらなる変形例によれば、作業ステップａ）において、初期ゾーンの硬化温度への加熱が、インダクタ装置のうちの１つのインダクタによって実際に実行されうる。その結果、初期ゾーンを加熱するために使用されるインダクタが本発明により提供されるインダクタ装置のうちの１つの後続インダクタである場合に実際に実施することが容易な、関与するインダクタの移動シーケンスが生じる。この場合に初期ゾーンを硬化温度に加熱した後にスプレーの使用のための場所をあけるために、初期ゾーンを加熱するために使用される後続インダクタは、次に初期ゾーンを急冷するために提供されたスプレーのジェットがインダクタが離れるように移動することによって解放されたスペースで初期ゾーンに向けられうるように、初期ゾーンが硬化温度に加熱された後に、そのインダクタ装置に割り当てられた中間ゾーンの開始領域の方向に、特に突然、移動されうる。

初期ゾーンを急冷するために使用されるスプレーは、インダクタ装置のうちの１つのスプレーでありうる。この目的のために、少なくともこの目的に使用されるスプレーは、初期ゾーンを急冷するために通常の硬化動作中のインダクタに対するその空間的割り当てから、そのスプレージェットが急冷される初期ゾーンに最適に当たる動作位置へと移動されうるように、インダクタから独立して移動できるようにすることができる。しかし、初期ゾーンの硬化とそれに隣接する中間ゾーンの硬化との間の移行を最適化するために、ジェットおよびパワーが初期ゾーンの領域に広がる条件に特別に適合された別個のスプレーが初期ゾーンを急冷するために提供されても好適でありうる。

同様に、インダクタ装置とともに搬送されるスプレーのうちの少なくとも１つがエンドゾーンの急冷に使用されうる。この目的のために、スプレーは、エンドゾーンを急冷するためにそれぞれのインダクタ装置のインダクタに対するその空間的割り当てから、そのスプレージェットが急冷されるエンドゾーンに最適に当たる動作位置へと移動されうるように、それぞれのインダクタ装置のインダクタから独立して移動できるようにもすることができる。しかし、ここでは代わりに、インダクタ装置のスプレーとは独立した、エンドゾーンの加熱中に待機位置に位置する追加のスプレーをエンドゾーンを急冷するために使用することによって、インダクタ装置のスプレーの調整のための労力を最小化して最適化された急冷結果を達成することも可能である。

部品の周方向のうちの少なくとも一方に向けられた回転移動がインダクタ装置の送り移動に重なる場合にも、表面層硬化の結果の均質化に寄与しうる。この回転移動は、例えば振動様式で実行されることもできる。

本発明は、例示的な実施形態を表す図面に基づいて以下により詳細に説明される。

本発明による方法のある段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。 本発明による方法の異なる段階における表面層硬化のためのデバイスを縮尺通りではなく概略的に平面図で示す。

図１～図８に示されるデバイス１は、例えば、この目的に公知の適切な鋼材からなる大型転がり軸受の軸受リング３の外周のレース表面２の表面層硬化のために使用される。

この目的のために、デバイス１は、中心垂直軸Ｘの周りに任意に回転させることができ、軸受リング３が水平の向きでクランプされる、水平に合わせられたワークピースホルダ４を備える。

軸受リング３のレース表面２は、初期ゾーンＡと、２つの中間ゾーンＺ１、Ｚ２と、エンドゾーンＥとで途切れなく構成される。中間ゾーンＺ１、Ｚ２は、それらの開始領域Ｓ１、Ｓ２で初期ゾーンＡの割り当てられたエッジにそれぞれ接続される。これにより、１つの中間ゾーンＺ１は第一周方向Ｕ１に延び、第二中間ゾーンＺ２は、第一周方向Ｕ１とは反対の軸受リングの周方向Ｕ２に延びる。エンドゾーンＥは、それに割り当てられた中間ゾーンＺ１、Ｚ２のエンド領域Ｂ１、Ｂ２の間に延び、ここでは初期ゾーンＡに対向して設けられる。中間ゾーンＺ１、Ｚ２は、レース表面２が描く円弧の約半分にわたってそれぞれ延びるが、初期ゾーンＡおよびエンドゾーンＥは、中間ゾーンの長さと比較して、レース表面２の周長の１つの相応に短いセクションだけをそれぞれ占める。

デバイス１は、４つのインダクタ５、６、７、８をさらに備え、これらはインダクタ５～８をここで必要とされるあらゆる自由度で移動させる、ここには図示されない作動デバイスによってそれぞれ支持される。

デバイス１は、スプレー９、１０、１１も備え、そのうちスプレー９、１０も、スプレー９、１０をここで必要とされる様式で移動させる作動デバイスによって搬送される。これに対して、スプレー１１は、軸受リング３のレース表面２のエンドゾーンＥの付近に固定して設けられる。スプレー１１は、インダクタ５～８およびスプレー９、１０が移動するスペースの外側に位置する待機位置から、これらの目的に公知の適切な急冷媒体のジェットをエンドゾーンＥへと向ける動作位置に枢動されうる。急冷媒体は、例えば水またはポリマー水溶液でありうる。

図１～図８では、それぞれの図に表された動作状態でオンに切り替えられるインダクタ５～８およびスプレー９～１１は黒塗りの長方形で表され、それぞれの動作状態でオンに切り替えられないインダクタ５～８およびスプレー９～１１は白塗りの長方形で表される。

インダクタ５、６およびスプレー１０は、図１に破線の境界線で示される第一インダクタ装置１２を一緒に形成し、インダクタ７、８およびスプレー９によって第二インダクタ装置１３が形成され、図１に鎖線の境界線で示される。

レース表面２の表面層硬化の開始時（図１）には、第二インダクタ装置１３のインダクタ７が初期ゾーンＡの真向かいに配置され、初期ゾーンＡを硬化温度に加熱するためにオンに切り替えられる。インダクタデバイス１３の第二インダクタ８は、同時に、初期ゾーンＡに直接隣接する中間ゾーンＺ２の開始領域Ｓ２の上方のインダクタ８に対してオフセットされた周方向Ｕ２の待機位置でオフに切り替えられる。

同様にオフに切り替えられたインダクタ装置１２のスプレー１０は、径方向にオフセットされ、軸受リング３との関係でインダクタ８の後方に設けられる。

インダクタ５、６およびスプレー９もオフに切り替えられ、待機位置にある。したがって、インダクタ６は、中間ゾーンＺ１の開始領域Ｓ１の上方にインダクタ７の次に隣り合って設けられ、インダクタ５は、同様に開始ゾーンＳ１の上方にインダクタ６に対して周方向Ｕ１にオフセットされて設けられ、スプレー９は、軸受リング３との関係で径方向にオフセットされてインダクタ６の後方に配置される。スプレー９から軸受リング３までの距離は、スプレー１０から軸受リング３までの距離よりも小さい。このようにして、スプレー９、１０は、衝突せずにそれぞれの周方向Ｕ１、Ｕ２に互いを通り過ぎて移動されうる。

インダクタ装置１２の場合には、周方向Ｕ１への移動との関係で、したがってインダクタ５がインダクタ６との関係で先行インダクタであり、インダクタ６はインダクタ５との関係で後続インダクタである。これに対して、インダクタ装置１３の場合には、周方向Ｕ２への移動との関係で、インダクタ８がインダクタ７との関係で先行インダクタであり、インダクタ７は先行インダクタ８との関係で後続インダクタである。

初期ゾーンＡが硬化温度に加熱されるとすぐに（図２）、後続インダクタ８が初期ゾーンＡでこれまで占有していたスペースを解放し、スプレー９が初期ゾーンＡに対向して位置するように、インダクタ７、８、ならびにそれとともに割り当てられたスプレー９が中間ゾーンＺ２に沿って周方向Ｕ１に突然かつ急速に移動される。スプレー９は、軸受リング３とインダクタ装置１２のスプレー１０との間のこの位置に据えられる。スプレー９は次に、レース表面２に隣接する表面層に硬化構造体を形成することによって初期ゾーンＡが急冷されるように、急冷媒体のジェットを初期ゾーンＡ上に向ける。同時に、インダクタ装置１２、１３のインダクタ５、６、７、８がオンに切り替えられ、それぞれに割り当てられた中間ゾーンＺ１、Ｚ２に沿って連続した送り速度Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＝Ｖ２）で移動される。それぞれの先行インダクタ５、８はそれらの電磁場にカバーされた領域の予熱をそれぞれ実行する一方で、それぞれの後続インダクタ６、７は中間ゾーンＺ１、Ｚ２の先に予熱された領域を硬化温度に加熱する。

後続インダクタ６、７の後にそれぞれに割り当てられたスプレー９、１０が続き、先に硬化温度に加熱された中間ゾーンＺ１、Ｚ２の領域に急冷媒体を向け、表面層のそれぞれの領域に硬化構造体を形成することによって急冷する（図３）。

インダクタ５～８をそれぞれ接線向きに、レース表面２から一定の距離で保つために、インダクタ装置１２、１３は、軸受リング３に沿って水平平面内にだけでなく、それに加えて垂直軸の周りに回転されて、それ自体周知の様式で移動される。

インダクタ装置１２、１３が初期ゾーンＡから例えば周方向に測定して中間ゾーンＺ１、Ｚ２の長さの６０％、７０％、８０％または９０％に相当するある距離ａにそれぞれ位置するとすぐに、インダクタ装置１２、１３の先行インダクタ５、８がそれぞれに割り当てられた中間ゾーンＺ１、Ｚ２に沿ってエンドゾーンＥの方向に増加した速さＶ１’、Ｖ２’（Ｖ１’＝Ｖ２’）で移動される。一方で、後続インダクタ６、７は、それぞれに割り当てられたスプレーとともに送り速度Ｖ１、Ｖ２で移動され続ける。その結果、インダクタ装置１２、１３の後続インダクタ６、７および先行インダクタ５、８の間の距離ｂが、先行インダクタ５、８がエンドゾーンＥに到達するまで連続的に拡大される（図４、図５）。

インダクタ装置１３の先行インダクタ８が次にオフに切り替えられ、待機位置に移動される。同時に、インダクタ装置１２の先行インダクタ５は、エンドゾーンＥの上の中央に配置され、エンドゾーンＥの予熱から開始する（図６）。この予熱は、後続インダクタ６、７が中間ゾーンＺ１、Ｚ２のエンド領域Ｂ１、Ｂ２に到達するまで続けられる。これが起こるとすぐに、エンドゾーンＥの上方に設けられた先行インダクタ５がオフに切り替えられ、待機位置に移動される。その結果、後続インダクタ６、７がエンドゾーンＥの上方に一緒に設けられて、一緒にエンドゾーンＥを硬化温度に加熱する。その間、スプレー９、１０は、中間ゾーンのエンド領域Ｂ１、Ｂ２を急冷する（図７）。あるいは、後続インダクタの一方をオフに切り替え、これも待機位置に移動させ、他方の後続インダクタのみを使用してエンドゾーンＥを硬化温度に加熱することも可能であろう。

エンドゾーンＥが硬化温度に加熱されると、後続インダクタ６、７もエンドゾーンＥから除去され、オフに切り替えられ、待機位置に移動される。スプレー９、１０もオフに切り替えられ、待機位置に移動される。エンドゾーンＥは、後続インダクタ６、７がエンドゾーンＥから除去された後に結果として解放されたスペース内に枢動されるスプレー１１を使用して急冷される。それぞれのインダクタ装置１２、１３に属する先行インダクタ５、８および後続インダクタ６、７ならびにスプレー９、１０は、それらの待機位置から、図１に示される初期位置に戻される。このようにしてレース表面２のスリップのない表面層硬化が完了する。

このように本発明は、初期ゾーン、エンドゾーン、および初期ゾーンとエンドゾーンとの間に延びる２つの中間ゾーンで構成される環状部品の外周の表面の表面層誘導硬化の方法を提供する。初期ゾーンは、インダクタによって硬化温度にされ、スプレーによって急冷される。その後、インダクタ装置がそれぞれ中間ゾーンに沿ってエンドゾーンＥまで移動される。各インダクタ装置は、カバーする領域を予熱するための先行インダクタと、予熱された領域を仕上げ加熱するための後続インダクタと、仕上げ加熱された領域を急冷するためのスプレーとを備える。インダクタ装置が初期ゾーンからある距離に位置した後、本発明によれば、インダクタ装置のうちの少なくとも１つの先行インダクタが、後続インダクタと比較して増加した送り速度でエンドゾーンの方向に移動される。したがって、先行インダクタは、後続インダクタが前記後続インダクタと先行インダクタとの間に先に生じた距離を克服するのに必要な持続時間に等しい持続時間の時間間隔だけ早くエンドゾーンに到達する。その間、エンドゾーンは、先行インダクタに割り当てられた後続インダクタよりも時間的に有利にエンドゾーンに到達したそれぞれの先行インダクタによって予熱される。インダクタ装置の後続インダクタのうちの１つがエンドゾーンに到着すると、エンドゾーンを硬化温度に仕上げ加熱する。

１ レース表面２の表面層硬化のためのデバイス
２ 軸受リング３のレース表面
３ 軸受リング
４ ワークピースホルダ
５、８ 先行インダクタ
６、７ 後続インダクタ
９、１０ 移動スプレー
１１ 固定スプレー
１２ 先行インダクタ５と、後続インダクタ６とスプレー１０とを備えた第一インダクタ装置
１３ 先行インダクタ８と、後続インダクタ７とスプレー９とを備えた第二インダクタ装置
ａ インダクタユニット１２、１３と初期ゾーンＡとの間の距離
ｂ インダクタユニット１２、１３の後続インダクタ６、７と先行インダクタ５、８との間の距離
Ａ レース表面２の初期ゾーン
Ｂ１、Ｂ２ 中間ゾーンＺ１、Ｚ２のエンド領域
Ｅ 軸受表面２のエンドゾーン
Ｓ１、Ｓ２ それぞれの中間ゾーンＺ１、Ｚ２の開始領域
Ｕ１ 第一周方向
Ｕ２ 第一周方向Ｕ１と反対の周方向
Ｖ１、Ｖ２ 送り速度
Ｖ１’、Ｖ２’ 増加した送り速度
Ｘ ワークピースホルダ４の垂直軸
Ｚ１、Ｚ２ レース表面２の中間ゾーン

Claims (15)

1. 硬化性鋼からなる環状部品（３）の外周の表面（２）であり、初期ゾーン（Ａ）と、第一中間ゾーン（Ｚ１）が第一周方向（Ｕ１）で前記初期ゾーン（Ａ）に接続され、第二中間ゾーン（Ｚ２）が前記第一周方向（Ｕ１）とは反対の第二周方向（Ｕ２）で前記初期ゾーン（Ａ）に接続される２つの中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）と、前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の前記初期ゾーン（Ａ）とは反対に面する端の間に延びるエンドゾーン（Ｅ）とを備える表面（２）の表面層誘導硬化の方法であって、以下の作業ステップ：
   ａ）前記初期ゾーン（Ａ）が少なくとも１つのインダクタ（７）によって硬化温度にされ、前記加熱された初期ゾーン（Ａ）に急冷媒体のジェットを向ける少なくとも１つのスプレー（９、１０）によって急冷されることによる、前記初期ゾーン（Ａ）の表面層硬化、
   ｂ）インダクタ装置（１２、１３）が前記初期ゾーン（Ａ）に隣接するそれぞれの中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の開始領域（Ｓ１、Ｓ２）からこの中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）に沿って前記エンドゾーン（Ｅ）までそれぞれ移動されることによる、前記初期ゾーン（Ａ）の表面層硬化に続く前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の次々の表面層硬化であって、ここで各インダクタ装置（１２、１３）は、先行インダクタ（５、８）によりそれぞれカバーされる前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の領域の予熱を引き起こす先行インダクタ（５、８）と、前記先行インダクタ（５、８）に対して前記初期ゾーン（Ａ）の方向に設けられ、前記先行インダクタ（５、８）によって先に予熱された領域の硬化温度への仕上げ加熱を引き起こす後続インダクタ（６、７）と、加えて前記後続インダクタ（６、７）によってそれぞれ先に仕上げ加熱された領域を急冷媒体のジェットを使用して急冷するスプレー（９、１０）とを備える、前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の次々の表面層硬化、
   ｃ）前記エンドゾーン（Ｅ）に到達した前記インダクタ装置の前記後続インダクタ（６、７）のうちの少なくとも１つが前記エンドゾーン（Ｅ）を硬化温度に加熱し、加熱後に急冷媒体のジェットを前記エンドゾーン（Ｅ）へと向けるスプレー（１１）によって前記エンドゾーン（Ｅ）が急冷されることによる、前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）の表面層硬化に続く前記エンドゾーン（Ｅ）の表面層硬化、
   を含み、
   作業ステップｂ）で前記インダクタ装置（１２、１３）が前記初期ゾーン（Ａ）からある距離（ａ）に位置した後、前記インダクタ装置（１２、１３）のうちの少なくとも１つの前記先行インダクタ（５、８）が少なくとも一時的にこのインダクタ装置（１２、１３）の前記後続インダクタ（６、７）と比較して増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で前記エンドゾーン（Ｅ）の方向に移動され、その結果、前記先行インダクタ（５、８）と前記後続インダクタ（６、７）との間に拡大された距離（ｂ）が生じ、前記先行インダクタ（５、８）は、前記後続インダクタ（６、７）が前記後続インダクタと前記先行インダクタ（５、８）との間に先に生じた前記距離（ｂ）をカバーするのに必要な持続時間と等しい持続時間の時間間隔だけ早く前記エンドゾーン（Ｅ）に到達すること、
   前記エンドゾーン（Ｅ）に最初に到着した前記少なくとも１つの先行インダクタ（５、８）は、前記インダクタ装置（１２、１３）の前記後続インダクタ（６、７）のうちの少なくとも１つが前記エンドゾーン（Ｅ）に到着して前記エンドゾーン（Ｅ）を硬化温度に仕上げ加熱するまで前記エンドゾーン（Ｅ）を予熱すること
   を特徴とする方法。
2. 増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で先行する前記インダクタ（５、８）の電力は、関連する先行インダクタ（５、８）がそのインダクタ装置（１２、１３）の前記後続インダクタ（６、７）と同じ送り速度（Ｖ１、Ｖ２）で移動される限りにおいて動作させられる電力と比較して増加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記後続インダクタ（６、７）の電力は、前記先行インダクタ（５、８）が増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で移動されるとすぐに関連する後続インダクタ（６、７）が動作させられる電力と比較して増加されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記作業ステップａ）において、前記初期ゾーン（Ａ）の硬化温度への前記加熱は、前記インダクタ装置のうちの１つのインダクタ装置（１３）のインダクタ（７）によって実行されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記インダクタは、前記後続インダクタのうちの１つのインダクタ（７）であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記後続インダクタ（７）は、前記初期ゾーン（Ａ）が硬化温度に加熱された後に、そのインダクタ装置（１３）に割り当てられた前記中間ゾーン（Ｚ２）の前記開始領域（Ｓ２）の前記方向（Ｕ２）に移動されること、および、次に前記初期ゾーン（Ａ）を急冷するために提供された前記スプレー（１０）の前記ジェットが前記インダクタ（７）が離れるように移動することによって解放されたスペースで前記初期ゾーン（Ａ）に向けられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 両方のインダクタ装置（１２、１３）の前記先行インダクタ（５、８）は、作業ステップｂ）で前記インダクタ装置（１２、１３）が前記初期ゾーン（Ａ）からある距離（ａ）に位置した後、少なくとも一時的にこのインダクタ装置（１２、１３）の前記後続インダクタ（６、７）と比較して増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で前記エンドゾーン（Ｅ）の方向に移動されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で先行する前記インダクタ（５、８）は、前記エンドゾーン（Ｅ）に到達した後、前記エンドゾーン（Ｅ）を一緒に予熱することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）で先行する前記インダクタ（５、８）は、前記エンドゾーン（Ｅ）に到達した後、一方が前記エンドゾーン（Ｅ）から除去される一方で、他方が前記エンドゾーン（Ｅ）を予熱することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
10. 前記エンドゾーン（Ｅ）は、前記インダクタ装置（１２、１３）の前記後続インダクタ（６、７）によって一緒に硬化温度に仕上げ加熱されることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記インダクタ装置（１２、１３）の前記スプレー（９、１０）とは独立した、前記エンドゾーン（Ｅ）の前記加熱中に待機位置にある追加のスプレー（１１）が前記エンドゾーン（Ｅ）を急冷するために使用されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記部品（３）は、その表面層硬化の間にその周方向（Ｕ１、Ｕ２）のうちの少なくとも一方に少なくとも一時的に回転様式で移動されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記エンドゾーン（Ｅ）の予熱および／または仕上げ加熱のためにそれぞれ提供された前記インダクタ（５～８）は、予熱および／または仕上げ加熱の間に前記エンドゾーン（Ｅ）に対して移動されることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記先行インダクタの前記増加した送り速度（Ｖ１’、Ｖ２’）は、２４０～１８００ｍｍ／分であることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記後続インダクタが前記中間ゾーン（Ｚ１、Ｚ２）に沿って移動される前記送り速度（Ｖ１、Ｖ２）は、１８０～１２００ｍｍ／分であることを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。

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