KR20060024409A - 유도 가열 경화를 위한 장치 - Google Patents

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마쉬넨파브릭 알핑 케슬러 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따르면, 원형 단면을 갖는 구성 요소(2)의 유도 가열 경화를 위한 장치(1)는 경화될 구성 요소(2)의 주연의 일부를 따라 배열된 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)를 갖는다. 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 중 적어도 하나의 절반-외피부는 전류가 흐르는 단지 하나의 인덕터 세그먼트(6)를 갖는다.
유도 가열 경화를 위한 장치, 인덕터 절반-외피부, 크랭크샤프트, 인덕터 세그먼트

Description

유도 가열 경화를 위한 장치{DEVICE FOR INDUCTION HARDENING}
본 발명은 2개의 인덕터 절반-외피부가 경화될 구성 요소의 주연의 일부를 따라 배열된 상태에서 원형 단면을 갖는 구성 요소 특히 크랭크샤프트의 유도 가열 경화를 위한 장치에 관한 것이다.
일반적인 형태의 장치가 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이들 장치에 의해, 예컨대 크랭크샤프트는 그 외부층에서 정확히 말하자면 2개의 인덕터 절반-외피부가 경화될 구성 요소로 이동되고 구성 요소가 인덕터 절반-외피부들 사이에서 회전함으로써 경화된다. 다음에, 전류가 인덕터 절반-외피부의 인덕터 세그먼트를 통해 지나가며, 그에 의해 경화될 구성 요소는 가열된다. 담금질 후, 경화될 구성 요소는 구성 요소의 재료에 따라 중합체 수용액 또는 오일로 처리되면, 특정 경도의 구성 요소가 얻어진다.
공지된 장치는 각각의 인덕터 절반-외피부에 대해 2개의 인덕터 세그먼트를 가져서, 각각의 경우에 경화될 구성 요소의 2개의 인덕터 절반-외피부에 의한 실질적인 합동 가열을 초래한다. 이러한 이유로, 경화된 구성 요소의 경화 영역은 매우 불균질하고 중앙에서 오목부 또는 "움푹 들어간 부분(dent)"을 갖는 그 특정 형상 때문에 "도그 본(dog bone)"으로도 불린다. 경화 영역의 이러한 불균질한 형태 때문에, 충분한 경화 깊이가 경화 공정에서 도달된 것인지를 실제의 사용에서 설정하는 것은 매우 어렵다. 경화 영역의 깊이는 경화 영역의 폭으로부터 어떤 정도까지 추정될 수 있지만, 더욱 정확한 결론이 경화 영역의 중앙에서의 현저한 오목부 때문에 극히 중요한 것으로서 여겨져야 한다. 따라서, 실제로는 경화 깊이가 측정되게 하기 위해 비교적 빈번한 시간 간격으로 경화 영역을 절단할 것이 요구된다. 그러나, 이러한 절차는 한편으로는 매우 번거롭고 다른 한편으로는 항상 경화될 구성 요소의 파괴를 가져온다.
전술된 문제들은 현대의 크랭크샤프트의 경우에서 더욱 빈번한 바와 같이 특히 경화될 지지 위치가 매우 작은 축 방향 치수를 갖는 크랭크샤프트의 경우에 불리하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 경화 영역의 더욱 균질한 형태가 달성될 수 있고 공정의 신뢰성이 더욱 커질 수 있는 원형 단면을 갖는 구성 요소 특히 크랭크샤프트의 유도 가열 경화를 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전류가 흐르는 단지 하나의 인덕터 세그먼트를 갖는 2개의 인덕터 절반-외피부 중 적어도 하나의 절반-외피부에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 2개의 인덕터 절반-외피부 중 적어도 하나가 하나의 인덕터 세그먼트를 갖는다는 사실은 매우 균질한 경화 영역이 경화될 구성 요소에서 달성되게 하며, 그에 의해 중앙에서 오목부는 피해질 수 있다. 이러한 더욱 균질한 경화 영역은 구성 요소의 모서리로부터의 경화 영역의 측면 방향 간격으로부터 즉 경화 영역의 폭 그리고 경화 영역의 깊이로부터 결정하는 것을 가능하게 하며, 그에 의해 번거로운 측정 절차가 피해질 수 있다.
추가의 장점은 비교적 큰 측면 방향 간격 그리고 그에 따른 비교적 협소한 경화 영역에도 경화 영역의 깊이가 충분하거나 신뢰 가능하게 달성되고 이것이 공정의 높은 수준의 신뢰성을 생성시키므로 경화 영역의 측면 방향 간격에 대해 고객에 의해 대개 규정되는 공차가 이제 양호하게 활용될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 본 발명에 따른 장치는 장기간에 걸쳐 사용될 수 있고 마모될 때마다 교체되게 하기 위해 구성 요소를 가열할 필요가 있는 전류가 흐르는 인덕터 세그먼트가 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 인덕터 세그먼트의 요구된 사전 설정 및 검사는 감소된다. 공정에서의 이들의 제외 때문에, 측정이 경화될 구성 요소에 대해 취해질 시간 간격도 유리하게 증가될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 장치로써, 비교적 정확하게 한정된 양의 열이 구성 요소 내로 유입되며, 그에 의해 구성 요소 내에 여전히 있는 잔류 열로부터 경화 후에 대개 요구되는 구성 요소의 뜨임을 수행하는 것이 가능하다. 이는 경화 설치부의 하류에 배열되고 구성 요소가 뜨임되는 다른 필요한 퍼니스로써 분배하는 것을 가능하게 한다. 조달 비용뿐만 아니라 보수 및 제조 비용도 절감시키고 추가로 작은 크기의 공간을 요구한다.
동시에, 인덕터 절반-외피부가 개조되게 하기 위해 기존의 유도 가열 장치에 대해서도 유리하게 가능하다. 단지 하나의 인덕터 세그먼트에도 불구하고, 전력의 어떠한 증가도 관련된 인덕터 절반-외피부에 대해 요구되지 않지만, 대신에 전력은 어떤 경우에 본 발명에 따른 배열에 의해 얻어지는 양호한 효율 때문에 훨씬 감소될 수 있다. 가열 시간을 단축시킴으로써, 사이클 시간의 전체적인 감소가 유리하게 얻어질 수 있다.
본 발명의 매우 유리한 개선예에서, 인덕터 절반-외피부들 중 하나의 인덕터 절반-외피부가 2개의 인덕터 세그먼트를 갖고 다른 인덕터 절반-외피부가 단지 하나의 인덕터 세그먼트를 갖도록 제공될 수 있다.
이러한 배열로써, 극히 작지 않은 폭의 구성 요소는 특히 매우 양호하게 경화될 수 있는데 이는 2개의 인덕터 세그먼트를 갖는 인덕터 절반-외피부가 충분한 폭의 경화 영역을 달성하는 데 사용될 수 있기 때문이며, 반면에 단지 하나의 인덕터 세그먼트를 갖는 인덕터 절반-외피부는 충분한 깊이의 경화 영역이 얻어지는 방식으로 사용 또는 배열될 수 있다.
단일의 인덕터 세그먼트가 2개의 인덕터 세그먼트 사이에 중심 방향으로 위치되는 방식으로 단일의 인덕터 세그먼트를 갖는 인덕터 절반-외피부가 2개의 인덕터 세그먼트를 갖는 인덕터 절반-외피부에 대해 구성 요소의 길이 방향으로 오프셋 상태로 배열되면 이러한 관점에서 특히 유리하다.
2개의 인덕터 세그먼트에 대한 단일의 인덕터 세그먼트의 중심 방향 배열은 정확하게는 경화 깊이가 2개의 인덕터 세그먼트 사이의 중간 공간 때문에 사실상 작은 그 영역에서 단일의 인덕터 세그먼트가 충분한 경화 깊이를 보증할 수 있으므로 충분히 크다는 효과를 달성한다. 이러한 구성의 추가의 장점은 단일의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부만 2개의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부에 대해 중심 방향으로 설정되어야 하므로 인덕터 세그먼트 또는 인덕터 절반-외피부를 설정하는 것이 매우 용이하다는 것인데, 이는 2개의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부가 측면 방향 커플링에 대해 용이하게 설정되게 하는 것이 가능하고 전술된 바와 같이 측면 방향 공차는 용이하게 유지될 수 있다.
특히 협소한 구성 요소 또는 경화될 구성 요소의 일부의 경우에, 2개의 인덕터 절반-외피부 각각이 단지 하나의 인덕터 세그먼트를 갖는 것이 유리할 수 있다.
이러한 관점에서, 2개의 인덕터 절반-외피부가 경화될 구성 요소의 길이 방향으로 서로에 대해 오프셋 상태로 배열되도록 제공될 수 있다.
서로에 대한 인덕터 세그먼트의 이러한 오프셋 배열은 경화 영역의 폭이 변동되게 하며, 그럼에도 불구하고 경화될 구성 요소의 어떤 폭이 초과되지 않으면 경화 깊이의 충분한 검증 가능성이 보증된다.
본 발명의 추가의 유리한 개선점 및 진보점은 남아 있는 종속 청구항 그리고 도면을 기초로 하여 아래에서 원리적으로 나타낸 예시 실시예로부터 드러난다.
도1은 본 발명에 따른 유도 가열 경화를 위한 장치의 평면도이다.
도2는 도1로부터 화살표 Ⅱ에 따른 본 발명에 따른 장치의 도면이다.
도3은 2개의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도4는 하나의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도5는 도3 및 도4로부터의 2개의 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도6은 하나의 인덕터 세그먼트를 구비한 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도7은 인덕터 세그먼트가 도6으로부터의 인덕터 세그먼트에 대해 오프셋 상태로 배열된 상태에서의 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도8은 도6 및 도7로부터의 2개의 인덕터 절반-외피부에 의한 경화의 경우에 경화될 구성 요소의 최종의 경화 영역의 개략도이다.
도1은 원형 단면의 구성 요소(2)를 경화시키는 장치(1)를 도시하고 있다. 구성 요소(2)는 예컨대 내연 기관을 위한 크랭크샤프트일 수 있으며, 그 지지 위치는 장치(1)에 의해 경화되어야 한다. 구성 요소(2)는 반드시 연속적인 원형 단면을 가질 필요는 없지만, 경화될 위치에서의 단면은 각각의 경우에 원형이다.
장치(1)는 구성 요소(2)의 주연의 일부를 따라 연장하는 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)가 배열되는 하우징(3)을 갖는다. 하우징(3)의 좌측 상에 현재의 경우에 배열된 제1 인덕터 절반-외피부(4)는 전류가 흐르는 전도체를 갖는데, 이는 예컨대 구리로 구성되고 인덕터 세그먼트(6)로서 불린다. 대조적으로, 현재의 경우에 하우징(3)의 우측 상에 있고 구성 요소(2)의 주연을 따라 제1 인덕터 절반-외피부(4)에 대한 특정 각도만큼 오프셋되는 인덕터 절반-외피부(5)는 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)를 갖는데, 이는 본 경우에서도 구리로 구성되고 구성 요소(2)의 주연을 따라 연장한다. 인덕터 절반-외피부(4, 5) 또는 인덕터 세그먼트(6, 7, 8)에는 전류 공급 및 제거 리드가 제공되지만, 이는 공지된 방식으로 구성될 수 있으므로 더 이상 상세하게 논의되지 않는다. 인덕터 절반-외피부(4)는 인덕터 세그먼트(6)와 더불어 인덕터 절반-외피부(4)의 폐쇄 회로를 제공하는 복귀 세그먼트(8)를 갖는다는 것이 언급되어야만 한다. 인덕터 절반-외피부(5)의 경우에, 폐쇄 회로는 종래의 방식으로 연장할 수 있는 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)에 의해 보장된다.
도2에서, 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)의 상이한 구성이 더욱 명확하게 보일 수 있다. 이와 같이, 인덕터 절반-외피부(5)의 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)는 서로로부터 어떤 거리만큼 연장하고 이들 사이에 중간 공간(10)을 형성한다. 인덕터 절반-외피부(4)의 인덕터 세그먼트(6)는 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8) 사이에서 중심 방향으로 배열되고 중간 공간(10)을 덮는다. 본 경우에서, 단일의 인덕터 세그먼트(6)는 예컨대 2배만큼 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)보다 넓게 제조되는데, 이들 기하학적 관계는 실질적으로 경화될 구성 요소(2)에 의존한다. 인덕터 세그먼트(6)가 중간 스페이스(10)보다 협소하게 제조되어 중간 공간을 덮지 못할 수 있다는 것은 당연하다. 일반적으로, 인덕터 세그먼트(6)는 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)에 대해 중심 방향으로 따라서 중간 공간(10)에 대해 중심 방향으로 배열되어야 한다.
구성 요소(2)를 경화시키기 위해, 전류가 인덕터 세그먼트(6, 7, 8)를 통해 지나가고 구성 요소(2)는 회전된다. 경화되어야 하는 구성 요소(2)의 표면이 중심 축에 대해 편심 방향으로 배열된 지지 표면 예컨대 커넥팅 로드의 지지 표면이면, 장치(1)는 구성 요소(2)로부터 균일한 거리 소위 커플링 거리를 일정하게 유지하기 위해 이러한 회전 중 대응 이동을 수행하여야 한다. 이러한 목적을 위해, 본 경우에서 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 사이에 그리고 그 외측에는 구성 요소(3)와 접촉하고 이러한 방식으로 일정한 커플링 거리를 보장하는 3개의 활주 슈(11)가 배열된다. 그러나, 적절하면, 구성 요소(2)의 이동 중의 장치(2)의 비접촉 동반 이동이 가능할 수 있을 것이다. 인덕터 세그먼트(6, 7, 8)를 통한 전류 흐름 때문에, 인덕터 세그먼트(6, 7, 8)는 가열되고 예컨대 950℃의 온도까지 자기 유도에 의한 구성 요소(2)의 가열을 가져온다. 구성 요소(2)가 대응 온도에 도달하면, 바람직하게는 중합체 수용액이 소위 스프레이(12)에 의해 구성 요소(2) 내로 안내되며, 이러한 방식으로 구성 요소(2)의 냉각을 제공한다. 구성 요소(2)의 이러한 가열 및 급랭은 도3 내지 도8에 도시된 경화 영역(13a 내지 13f)에 의해 구성되는 구성 요소(2) 내의 미세 조직을 변화시키는 자명한 효과를 달성한다. 구성 요소(2)의 이러한 가열 중, 비교적 정확하게 한정된 양의 열이 구성 요소(2) 내로 유입되며, 그에 의해 구성 요소(2) 내에 여전히 있는 잔류 열로부터 구성 요소(2)의 뜨임을 수행하는 것이 경화 공정 후 가능하다. 이는 재료-특유의 뜨임 온도에서 일어난다.
이러한 경우에, 모든 단일의 인덕터 세그먼트(6) 및 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)에는 자기장을 증가시켜 결국 장치(1)의 효율을 개선시키는 역할을 하는 금속판(14)이 제공된다. 경화 깊이를 증가시키기 위해, 금속판(14) 및/또는 커플링 거리는 변화될 수 있다.
도3에는 구성 요소(2)가 모든 인덕터 세그먼트(7, 8)를 갖는 제2 인덕터 절반-외피부(5)에 의해 경화되면 얻어지는 경화 영역(13a)이 도시되어 있다. 경화 영역(13a)은 전체적으로 균일하게 형성되지 않고 중앙에서 즉 인덕터 절반-외피부(5)의 경우에 중간 공간(10)이 위치되는 그 영역 즉 오목부 또는 "움푹 들어간 부분"에서 갖는다는 것이 이러한 경우에 명확하게 관찰될 수 있다. 이러한 오목부는 경화 영역(13c)의 경화 깊이의 감소를 가져오는데, 이는 구성 요소(2)의 품질에 대해 전술된 문제점을 수반한다. 이러한 형태의 경화 영역(13a)은 일반적으로 "도그 본"으로서 불리고 모든 인덕터 절반-외피부 각각이 2개의 인덕터 세그먼트를 가지면 종래 기술에 따른 경화 방법의 경우에서도 일어난다.
도4는 경화 공정이 하나의 인덕터 세그먼트(6)를 구비한 제1 인덕터 절반-외피부(4)로써 수행되면 생성되는 경화 영역(13b)을 도시하고 있다. 이러한 경우에, 경화 영역(13b)이 충분한 깊이를 갖지만 경화 영역(13b)의 폭이 경화되어야 할 구성 요소(2)의 표면으로 나타낸 폭에 대해 과도하게 작다는 것이 관찰될 수 있다.
도5에는 경화 공정이 도1 및 도2를 참조하여 설명된 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)로써 수행되면 얻어지는 경화 영역(13c)이 도시되어 있다. 이와 같이, 2개의 경화 영역(13a, 13b) 사이의 명확한 중복부가 관찰될 수 있어서, 오목부가 없이 그리고 도5에 따른 중앙 영역에서 실질적으로 평탄한 정도로 균질한 경화 영역(13c)을 가져온다.
이러한 균질한 경화 영역(13c)은 구성 요소(2)의 모서리로부터의 경화 영역 (13c)의 측면 방향 간격이 경화 영역(13)의 깊이를 결정하는 데 사용되게 한다. 경화 영역(13c)의 이러한 측면 방향 간격은 구성 요소(2)의 파괴가 반드시 필요하지 않도록 예컨대 식각에 의해 결정될 수 있다.
도6, 도7 및 도8은 장치의 제2 인덕터 절반-외피부(5)가 단지 하나의 인덕터 세그먼트 예컨대 인덕터 세그먼트(7)를 가지면 얻어지는 추가의 경화 영역(13d, 13e, 13f)을 도시하고 있다. 도6에 따른 경화 영역(13d)은 도4에 따른 경화 영역(13b)과 유사한 방식으로 형성되는데, 이는 여기에서도 단지 하나의 인덕터 세그먼트 즉 제1 인덕터 절반-외피부(4)의 인덕터 세그먼트(6)가 사용되기 때문이다. 그러나, 이것은 중앙 외측에 배열된다.
동일한 것이 경화 영역(13d)에 대해 구성 요소(2)의 길이 방향으로 단순히 오프셋되는 도7에 따른 경화 영역(13e)에도 적용되는데, 이는 제2 인덕터 절반-외피부(5)의 인덕터 세그먼트(7)가 제1 인덕터 절반-외피부(4)의 인덕터 세그먼트(6)에 대해 구성 요소(2)의 길이 방향으로 오프셋되기 때문이다.
도8은 구성 요소(2)가 도6 및 도7에 따른 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)에 의해 경화되면 얻어지는 경화 영역(13f)을 도시하고 있다. 여기에서, 또한, 경화 영역(13f)이 경화 영역(13a)의 경우에서보다 상당히 균질하다는 것이 관찰될 수 있다. 서로에 대한 인덕터 절반-외피부(4, 5)의 2개의 인덕터 세그먼트(6, 7)의 오프셋은 경화 영역(13f)의 폭이 이러한 경우에 결정되게 한다.
인덕터 절반-외피부(4, 5) 각각이 단지 하나의 인덕터 세그먼트(6)를 갖는 장치(1)는 특히 경화되어야 하는 구성 요소(2)의 표면의 폭이 매우 작을 때마다 예 컨대 크랭크샤프트의 매우 협소한 지지 위치의 경우에 권장된다. 이러한 관점에서, 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)를 오프셋시키지 않고 구성 요소(2)에 대해 합동으로 이들을 배열하는 것도 가능할 것이다. 최종의 경화 영역은 도6 및 도7에 따른 경화 영역(13d, 13e)과 유사할 것이고 경화될 극히 협소한 표면을 위해 적절할 것이다.

Claims (8)

  1. 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)가 경화될 구성 요소(2)의 주연의 일부를 따라 배열된 상태에서 원형 단면을 갖는 구성 요소(2), 특히 크랭크샤프트의 유도 가열 경화를 위한 장치(1)에 있어서,
    2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 중 적어도 하나의 절반-외피부는 전류가 흐르는 단지 하나의 인덕터 세그먼트(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 인덕터 절반-외피부들 중 하나의 절반-외피부(5)는 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)를 가지며, 다른 인덕터 절반-외피부(4)는 단지 하나의 인덕터 세그먼트(6)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 단일의 인덕터 세그먼트(6)를 갖는 인덕터 절반-외피부(4)는 단일의 인덕터 세그먼트(6)가 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8) 사이에 중심 방향으로 위치되는 방식으로 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8)를 갖는 인덕터 절반-외피부(5)에 대해 구성 요소(2)의 길이 방향으로 오프셋 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제5항에 있어서, 2개의 인덕터 세그먼트(7, 8) 사이에는 중간 공간(10)이 있으며, 단일의 인덕터 세그먼트(6)는 중간 공간(10)에 대해 중심 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 각각은 단지 하나의 인덕터 세그먼트(6, 7)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5)는 경화될 구성 요소(2)의 길이 방향으로 서로에 대해 오프셋 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 사이에 그리고 2개의 인덕터 절반-외피부(4, 5) 외측에는 경화될 구성 요소(4)와 접촉하도록 제공되는 활주 슈(11)가 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 인덕터 절반-외피부(4, 5)는 비접촉 작동 인덕터 절반-외피부(4, 5)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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