KR20220133995A - 베어링 구성요소의 다중 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 다중 코일 전기 유도 열 처리 시스템들 - Google Patents

Abstract

교류 전원에 접속되어 있는 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 적어도 한 쌍의 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터를 형성하기 위해서 분리가능한 스플릿 인덕터 어셈블리로서 조립되어 있고, 여기서 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 물리적인 접속수단없이 전자기적으로 결합되어 있다. 베어링 구성요소는, 베어링 구성요소 상의 베어링 부재들을 오스테나이트화되게 하는 순차적인 담금질처리로 베어링 구성요소 상의 하나 이상의 베어링 부재들을 동시에 유도 가열하기 위해서, 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터에 의해 생성되는 자속장의 존재가 있게 될 수 있다.

Description

베어링 구성요소의 다중 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 다중 코일 전기 유도 열 처리 시스템들

본 출원은, 그 전체로 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있는, 2020년 2월 5일자로 출원된 미국 가출원 62/970,237의 이익을 권리주장한다.

본 발명은 대체로 베어링 레이스들 및 레이스웨이들과 같은 베어링 부재들이 있는 베어링 구성요소들의 전기 유도 열 처리에 관한 것이고, 특히 베어링 레이스들 및 레이스웨이들의 선택된 부재나 부재들이 야금학적 경화처리(metallurgical hardening)를 필요로 하는 이러한 열 처리에 관한 것이다.

본 발명은 내측 또는 외측 베어링 레이스들뿐만 아니라 레이스웨이들, 또는 예컨대 파워트레인들, 드라이브라인들 및 휠들의 구성요소들에서 사용되는 다른 베어링 부재들의 전기 유도 열 처리에 관한 것이다. 베어링들은 구성요소들이 서로에 대하여 움직이는 것을 허용하는 중요한 기계 요소들이다. 특정한 적용처에 좌우되어, 베어링 레이스 디자인들의 다수의 변형예들이 있으며, 많은 디자인들은 표준화되어 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만 이는 레이디얼 볼 베어링과 롤러 베어링, 및 스러스트 볼 베어링과 롤러 베어링을 포함한다. 또한 싱글-로우 베어링(single-row bearing; 단일-열 베어링)과 멀티플-로우 베어링(multiple-row bearing; 다중-열 베어링)뿐만 아니라 한방향 베어링 디자인과 쌍방향 베어링 디자인이 있다. 디자인 특성들과 무관하게, 베어링 접촉 작업 표면들은 베어링의 수명 내내 그 내마모성과 강도를 보장하도록 처리될 필요가 있을 뿐만 아니라, 다른 기계적 물성들을 어느정도 보장할 필요가 있고, 전기 유도 경화처리(electric induction hardening)는 이러한 열 처리의 가장 흔한 방법들 중 한가지이다.

도 1a에는, 자동차 산업에서 일반적으로 사용되는 베어링 구성요소(100)의 구성된 내측 베어링 레이스의 한가지 타입의 단면 사시도가 도시되어 있다. 다양한 강종(steel grade)들은 대다수의 단조가공된 베어링 레이스들의 제작을 위하여 사용된다. 덜 빈번한 적용처들에서, 분말 야금 재료들과 주철들 역시 사용된다. 베어링 레이스들은 또한 추가적인 제조 기법, 예컨대 3D 프린팅 공정에 의해 만들어질 수 있다.

도 1b와 도 1c에는 베어링 구성요소(100)의 구성된 내측 베어링 레이스의 유도 표면 경화 패턴들의 2개의 대체 예시들의 평면 단면도가 도시되어 있다. 도 1b에는, 도 1a와 도 1b에도 나타나 있는 바와 같이 비경화된 원주방향 구역(103)에 의해 수직방향으로 분리되어 있는 야금학적으로 경화된 2개의 원주방향 구간들(101, 102)(빗금이나 실선으로 음영처리된 구역들)을 포함하고 있는 단속적인 베어링 레이스(interrupted bearing race)가 나타나 있다. 경화된 구간들(101, 102)은, 롤링 요소(예컨대 볼 또는 롤러)들이 내측 베어링 레이스들(101a, 102a)에 기대어 각각 얹혀있는 베어링 부재들 또는 구역들이다. 특정 적용처에 좌우되어, 구간들(101, 102)의 기하구성들은 똑같을 수 있고 또는 상이할 수 있다. 도 1b에 나타나 있는 경화 패턴은 가장 흔한 패턴인데, 접촉 마모가 일어나지 않는 구역(103)과 같은 구역을 경화처리하지 않으면서 요구되는 베어링 접촉 표면들의 요구되는 기계적 물성들을 제공하기 때문이다. 베어링 부재들 또는 구역들(101, 102)만을 경화처리하는 것은, 요구되는 공학적 물성들 및 열 처리 후 최소화된 비틀림 특징들을 제공하는데 도움이 될 뿐만 아니라 열 처리를 위한 전기 에너지의 필요로 하는 양을 감소시킨다.

도 1c에는 일부 특정한 적용처들에서 사용되는 경화 패턴(104)(단면이나 실선으로 음영처리된 구역)의 대체 타입이 도시되어 있다. 이 타입의 경화 패턴에서, 유도 경화되는 내측 베어링 접촉 표면들(베어링 부재들 또는 구역들(101a, 102a))에 추가하여, 내측 베어링 접촉 표면들을 분리하는 구역(103) 역시 유도 경화된다. 패턴(104)은 보통 적어도 2개의 바람직하지 않는 워크피스 및 공정 요인들: 과도한 비틀림 특징들; 및 3개의 구역들 모두, 즉 구역들(101, 102, 103)을 경화처리하기 위하여 필요로 하는 상당히 증가된 전기 에너지;와 연관되어 있다. 이들은 도 1b 상에 나타나 있는 경화 패턴이 도 1c 상에 나타나 있는 경화 패턴과 대조적으로 가장 흔한 패턴인 이유들 중 몇가지이다.

베어링 레이스들을 유도식으로 열 처리하기 위하여, 일부 공정들에서는 인덕션 히팅 코일(induction heating coil: 유도 가열 코일)이 히팅 포지션으로 움직이지만(방법 A), 다른 공정들에서는 인덕션 히팅 코일이 정적인 상태에 있고 베어링 레이스(즉 열 처리될 베어링 구성요소 (워크피스) 베어링 부재 또는 구역)가 히팅 포지션으로 움직이게 된다(방법 B). 본 명세서에 개시되어 있는 발명은, 방법 A나 방법 B, 또는 인덕션 히팅 코일과 베어링 레이스가 서로에 대해 상대적으로 움직이는 방법 A와 B의 조합을 위한 공정들과 열 처리 장치에서 활용될 수 있다.

전형적인 싱글-턴(single-turn) 또는 멀티-턴(multi-turn) 솔레노이드-타입 코일들(예컨대 전형적인 종래 기술의 2-턴 코일들)은 베어링 레이스들의 표면들을 열 처리하기 위하여 일반적으로 사용된다. 유도 코일은 레이스의 바깥쪽 표면들을 열 처리하기 위하여 (베어링 레이스를 에워싸는 구성으로) 베어링 레이스의 바깥쪽에 포지션조정되어 있다. 유도 코일은 그 내측 (내부) 베어링 표면들을 열 처리하기 위하여 베어링 레이스의 안쪽에 포지션조정되어 있다. 편의상, 본 발명은 베어링 레이스들 및 레이스웨이들과 같은 내측 베어링 부재들의 유도 경화처리(열 처리)를 위하여 본 명세서에 전체적으로 기술되어 있지만, 베어링 구성요소들의 외부 베어링 부재들 또는 표면들의 열 처리에도 적용가능하다. 예를 들어, 도 1d와 도 1e에는, 외측 (외부) 표면(100'a)이 경화되는 것을 필요로 하는 통상적으로 구성된 베어링 레이스 구성요소(100')의 대표적인 사시도가 도시되어 있다. 도 1f, 도 1g, 도 1h 및 도 1i에는, 유도 경화되는 것을 필요로 하지 않는 내측 표면 구역(401), 및 유도 경화되어야만 하는 외측 (외부) 표면(402)을 구비하는 베어링 부재 또는 구역을 가지는 베어링 구성요소(400)의 구성된 외측 베어링 레이스의 평단면도가 나타나 있다. 특정 적용처에 좌우되어, 도 1h에 (빗금친 구역(405)으로) 나타나 있는 외측 (외부) 표면(402)의 전체 영역은 유도 표면 경화처리를 필요로 할 수 있고; 이를 대체하여 선택적 베어링 부재들 또는 구역들(빗금으로 음영처리된 각각의 선택적 구역), 예컨대 도 1f에 나타나 있는 선택적 구역(403); 도 1g에 나타나 있는 선택적 구역(404) 또는 도 1h에 나타나 있는 이전에 언급된 선택적 구역(405); 그리고 도 1i에서의 선택적 구역(406)들은 유도 표면 경화처리를 필요로 할 수 있다. 도 1i에 나타나 있는 경화 패턴은 단속적인 경화 패턴의 예시를 표현한 것이다.

실린더형 내부 유도 코일의 효과는, 베어링의 외부 표면들(또는 외경들)을 가열하기 위하여 사용되는 유사한 코일들과 비교하여, 코일-대-워크피스(경화될 베어링 부재) 자기장 결합 간극(magnetic field coupling gap 또는 field coupling gap, 이하 명세서 전체로 동일함) 상의 더 큰 범위에 좌우된다. 내부 코일의 전기 효율은 그 자기장 결합 간극에서의 증가와 함께 빠르게 떨어진다. 따라서, 가열 전기 효율을 증가시키기도 하고 에너지 소모를 최소화하기 위하여, 코일-대-워크피스 자기장 결합 간극을 가능한한 작게 유지하는 것이 필수적이다.

내측 (내부) 표면들을 가열하기 위한 솔레노이드-타입 인덕터들이 베어링의 외측 (외부) 표면들을 가열하기 위하여 사용되는 유사한 인덕터(코일 또는 유도 코일로도 지칭됨)들만큼 효율적이지 않는 이유는 전자기적 링 효과(electromagnetic ring effect)와 관련되어 있기 때문이다. 전자기적 링 효과에 따르면, 코일 전류는, 예컨대 유도 가열에 관한 핸드북(미국 플로리다 보카 레이턴소재; CRC 프레스; 2판)의 섹션 3.1.5에 더욱 기술되어 있는 바와 같이 낮은 임피던스 경로(low impedance path)를 표현하는 솔레노이드형 타입의 코일의 내경 상에 집중되어 있다. 결과로서, 가열된 워크피스(즉 가열될 베어링 부재)와 코일 사이의 전자기적 결합은 유도 코일의 외경과 워크피스의 내경(내부 직경)들 사이의 실제 공기 간극(air gap)보다 더 크다. 이는 열악한 코일-대-워크피스 결합(공간적 근접성으로도 지칭됨)이 되고, 이에 따라서 코일 효율에서의 주목할 만한 감소를 유발한다.

내부 인덕터의 안쪽에 자속 집중기(magnetic flux concentrator 또는 flux concentrator, 이하 명세서 전체로 동일함)의 설치는, 코일 전기 효율을 증가시키도록 그리고 특히 직경들을 조정하기에 작은 내부 표면들을 가열하기 위하여 코일 전류를 감소시키도록 빈번하게 의무화되어 있다. 자속 집중기는 전자기적 슬롯 효과(electromagnetic slot effect)를 생성하는데, 전자기적 슬롯 효과는 전자기적 링 효과보다 코일 전류 분포 상에 실질적으로 더 강한 영향력을 가지고, 코일 전류가 가열된 워크피스의 표면에 더 가까이 포지션조정될 코일 바깥쪽 구역들을 향하여 변위하도록 강제한다. 이는 가열되는 것을 필요로 하는 (베어링 구성요소) 워크피스의 내부 표면들에서의 열 세기와 자기장 강도를 증가시킨다.

베어링 레이스의 오래 지속되는 수명을 위한 열 처리 물성들을 달성하면서 유도 열 처리 후 비틀림을 최소화하기 위하여, 열 처리 공정이 충분한 최소 경화 케이스 깊이를 달성하는 것이 중요하지만, 다음의 것들, 즉: (1) 과도하게 깊은 국소 케이스 깊이들을 유발하는 것; (2) 오스테나이트화 동안 너무 높은 온도들; 및 (3) (예컨대 도 1b에서의 구성된 내측 베어링 레이스를 위한 구간들(101a, 102a)에 있는) 각각의 베어링 접촉 표면들 내부에서 불균형하게 상이한 경화 케이스 깊이들;을 피하는 것도 중요하다. 이들 열 처리 특징들은, 가능한 한 각각의 베어링 접촉 표면 구역들(101a, 102a) 내부에서의 균일한 경화 패턴들에 가깝게 획득하는 것이 종종 매우 바람직하다는 이유들 중 몇가지이다.

몇몇 요인들은 베어링 부재들 또는 구역들(101a, 102a)에서 충분히 균일한 경화 패턴들을 획득하는 것을 어렵게 한다. 첫번째 요인은 (베어링 구성요소) 워크피스의 기하구성, 예컨대 도 1a 내지 도 1c에서의 워크피스 기하구성들의 복잡성과 연관되어 있다. 전자기적 엣지 효과(electromagnetic edge effect)로 인한 자기장들을 유발하는 경향이 있는 코너 구역들은 더 깊은 경화 케이스 깊이들을 만들어낼 수 있다. 그 밖에, 표면 구역들(101a, 102a)을 구비하는 베어링 부재들에 근접하여 워크피스(즉 베어링 구성요소)를 형성하는 금속의 상당히 상이한 질량들이 있는데, 이는 이웃하는 영역들의 상당히 상이한 "콜드 싱크(cold sink)" 효과들을 (축방향으로 그리고 반경방향으로) 만들어내고, 유도 표면이 내측 베어링 레이스들(구역들(101a, 102a))을 경화처리하는 동안 온도의 대응하는 편차라는 결과를 초래한다.

두번째 요인은 윤곽-유사 경화 패턴들을 획득하기 위하여 전형적인 싱글-턴 또는 멀티-턴 솔레노이드-타입 코일들(예컨대 종래 기술의 전형적인 2-턴 코일들)을 사용하는 어려움과 관련되어 있다. (예컨대 도 1b에 나타나 있는) 베어링 부재들 또는 구역들(101, 102) 안의 내측 표면들을 경화처리하기 위한 베어링 레이스의 안쪽의 히팅 포지션으로 솔레노이드-스타일 경화처리 코일을 위치시키기 위하여, (솔레노이드-스타일 유도 경화처리 코일 안에서 베어링 레이스의 히팅 포지션으로부터) 장전해제(unloading)하거나 (히팅 포지션으로) 장전(loading)하는 동안 가장 작은 직경 영역(도 1b에서의 구역(103))을 지나가는 충분한 간격이 있어야만 한다. 이는, 불균일한 경화 패턴을 만들어내는 내측 베어링 레이스들의 구역들과 전류가 흐르는 코일 구역들 사이에 가변적인 전자기적 결합(공간적 근접성)이라는 결과를 초래한다.

도 2a와 도 2b에는, 내측 베어링 레이스의 단면도들이 있는 가변적인 전자기적 결합의 현상에 관한 일 예시가 도시되어 있다. 이들 도면들에 나타나 있는 예시에서, 중공형 내부 물 냉각 통로들이 있고 원형 단면(그리고 코일 턴들(301, 302))을 가지는 구리 튜빙은 유도 코일 제작을 위하여 사용된다. 다른 실시예들에서, 유도 코일은 이를 대체하여 다음의 것들에 의해, 즉: (1) 고체 구리 블록을 기계가공하는 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control; CNC); (2) 적합한 구리 성분들을 함께 브레이징하는 것; 또는 (3) 내측 베어링 레이스 구역들(115a, 106a)(도 2a)과 내측 베어링 레이스 구역들(125a, 126a)(도 2b)의 기하구성을 수용해내기 위해서 코일 턴들의 프로파일형성된 가열 면들을 형성하는 금형;에 의해 형성될 수 있다. 전형적인 자속 집중기들(203, 204)은, 도 2a에서의 내측 베어링 레이스들(구역들(115, 106))을 가열하기 위하여 그리고 대체 기하구성들로 되어 있는 도 2b에서의 내측 베어링 레이스들(구역들(125, 126))을 가열하기 위하여, 구리 튜빙으로부터 형성된 2-턴 코일의 각각의 코일 턴(301, 302)에 의해 발생되는 자기장을 집중시키면서 가열 효율을 향상시키는데 사용될 수있다. 자속 집중기들은 표준 래미네이션 팩(standard lamination pack)들, 순수한 페라이트들, 또는 압축된 그리고/또는 소결된 자성 입자들을 포함하고 있는 전형적인 철-기반 또는 페라이트-기반 분말 재료들로부터 제작되는 것이 보통이다.

도 2a 상에 나타나 있는 바와 같이, 전형적인 종래 기술의 솔레노이드-스타일 2-턴 인덕터 구리 튜빙의 코일 턴들(301, 302)은 베어링 구성요소(100y) 상의 구성된 내측 베어링 레이스의 표면들(구역들(115a, 106a))을 구비하는 대응하는 베어링 부재들을 가열하도록 각각 포지션조정되어 있다. 구성된 내측 베어링 레이스 구성요소(100y)의 길이방향 대칭의 축(50)은 구리 튜빙의 솔레노이드-타입 2-턴 코일의 길이방향 대칭의 축과 일치한다. 도 2a의 예시에서, 튜빙(301)과 빗금친 경화된 구역(106) 사이의 상측 반경방향 간격(107)은 원주방향으로 동일한 것이다(즉 도 2a에 나타나 있는 평단면 도면의 좌측 단면과 우측 단면 상의 반경방향 간격(107)들을 비교하는 경우 그러함). 충분한 반경방향 간격(107)은 히팅 포지션으로의 또는 히팅 포지션을 벗어난 워크피스(구성된 내측 베어링 레이스)의 안전한 움직임을 허용하는데, 여기서 워크피스는 도 2a나 도 2b에서 히팅 포지션에 있는 것으로 나타나 있는 한편, 2-턴 코일은 히팅 포지션으로 상승되어 있다(그리고/또는 내측 베어링 레이스가 하강되어 있다).

베어링 레이스는, 반경방향 원주방향 가열된 온도 분포에 이르기까지 가열 사이클 및 담금질처리 사이클 동안 적합한 종래 기술의 회전 장치(도면들에는 미도시됨)를 가지고 대칭의 그 길이방향 축을 중심으로 회전될 수 있다(즉 스핀동작될 수 있다). 유도 가열에 의한 오스테나이트화 절차단계의 완료시, 담금질처리는, 오스테나이트화 구역들을 담금질해내고 나서 필요한 마르텐사이틱 구조들을 형성하기 위해서 예컨대 당해 기술분야에서 알려진 스프레이 담금질 장치를 가지고 제자리에서(히팅 포지션에서) 수행될 수 있다. 다른 공정들에서, 담금질처리는 (예컨대 가열된 워크피스(베어링 구성요소)가 수직방향으로 히팅 포지션 위나 아래의 포지션으로 움직여진 상태에서) 별개의 담금질 위치에서 제자리를 벗어나(즉 히팅 포지션을 벗어나) 행해질 수 있다. 담금질처리 공정은 당해 기술분야에서 알려진 담금질처리 장치를 가지고 완수될 수 있다.

도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 하측 내측 베어링 레이스 표면의 다양한 구역들과 코일의 전류 운반 면 사이에서의 공간적 근접성(전자기적 결합)에서의 차이들로 인해, 전자기적 근접 효과의 적용에서의 차이로 인한 상당한 불균일한 열 분포가 있을 수 있다. 담금질처리시, 이는 구역들(115, 125) 안에 대응하는 불균일한 경화처리 패턴들을 만들어낸다. 일부 적용처들에서, 불균일한 경화처리 패턴들은 그 자체로 점진적으로 감소된 경화 케이스 깊이를 보여주는 것이다. 다른 적용처들에서, 일 구역의 경화 패턴에서의 점진적인 변화를 대신하여, 더 깊거나 더 얕은 경화 케이스 깊이들의 조합을 보여주는 파도-유사 경화 패턴 구역들이 있다. 예를 들어, 구역들(115, 125)은 도 2a(및 도 2c에서의 부분 확대도)에서의 국소 구역들(115x, 115y)에서 그리고 도 2b(및 도 2d에서의 부분 확대도)에서의 국소 구역들(125x, 125y)에서 더 깊은 경화 케이스 깊이를 보여준다. 이와 반대로, 구역들(115, 125)은 도 2a(및 도 2c에서의 부분 확대도)에서의 국소 구역(115z)에서 그리고 도 2b(및 도 2d에서의 부분 확대도)에서의 국소 구역(125z)에서 더 얕은 경화 케이스 깊이들을 보여준다. 충분한 열 공급원들을 발생시키는 것이 어려운 내측 베어링 레이스들의 구역들에서 필요로 하는 최소 케이스 깊이를 보장하려는 시도는, 이웃하는 국소 베어링 레이스 구역들을 심하게 과열시킬 필요성과 불가피하게 연관되어 있을 수 있는데, 이는 베어링 레이스들의 공학적 물성들과, 경화된 구역들에서와 같은 야금학적 특징들에 부정적인 영향을 미치므로, 과열은 피해야만 한다. 그러나, 전형적으로 디자인된 전기 코일들은 불균일한 경화 패턴들과 과도한 국소 열 발생의 형성과 불가피하게 연관되어 있을 수 있다.

도 3a 내지 도 3c 및 도 4는 내측 베어링 레이스들을 유도 열 처리하기 위하여 사용될 수 있는 유도 코일들의 종래 기술의 대체 구성들에 관한 도식적인 도시사항들이다. 도 3a에는, 위에서 논의되어 있고 도 2a와 도 2b 상에 도시되어 있는 배열과 유사한 종래 기술의 전형적인 솔레노이드형-타입 인덕터의 워크피스(구성된 내측 베어링 레이스) (히팅 포지션으로의) 장전 및 (히팅 포지션으로부터의) 장전해제 배열에 관한 도식적인 평면도가 나타나 있다. 도 3a와 도 3b에서, 점선으로 된 원은 내측 베어링 레이스(11a)의 내측 원주방향 경계를 도식적으로 표현한 것이고, 실선 원은 도 3c에서의 단면도에 나타나 있는 바와 같이 내측 베어링 레이스의 내측 원주방향 경계를 향하고 있는 코일(22)의 전류 운반 면을 표현한 것이다.

히팅 포지션으로의 워크피스 장전 조작 동안, 구성된 내측 베어링 레이스(11a)의 회전 길이방향 대칭의 축(11a')은, 구성된 내측 베어링 레이스(11a)와 유도 코일(22) 사이에 원주방향으로 균일한 간극(23)(도 3a)을 형성하기 위해서 솔레노이드-타입 유도 코일(22)의 길이방향 대칭의 축(22a)과 일치한다. 열 처리 공정의 가열 공정 단계의 개시에 앞서, 워크피스 또는 유도 코일 또는 워크피스와 유도 코일 양자 모두는 (길이방향 대칭 유도 코일 축들과 내측 베어링 레이스에 대해 수직하는) 반경 방향으로 움직이게 되는데, 이는 내측 베어링 레이스와 유도 코일 사이에서 도 3b에 나타나 있는 바와 같이 오른쪽 측면 상의 더 작은 간극(24)과 반대편 왼쪽 측면 상의 더 큰 간극(25)이라는 결과을 초래한다. 이 움직임의 결과로서, 내측 베어링 레이스와 코일 사이의 향상된 전자기적 결합은 균일한 간극(23)을 가지고 있는 것에 비해 더 작은 간극(24)에 제공되고, 집중된 가열은 이 더 작은 간극 둘레의 베어링 레이스 구역들에서 일어난다. 이와 달리, 열악한 전자기적 근접성으로 인한 이들 베어링 레이스 구역들에서의 열 발생의 부족이 있을 수도 있다. 그러나, 이러한 움직임시, 반대편 측면은 확대된 간극(25)을 보여줄 것이다. 따라서, 이 방법으로, 간극(24)은 간극(25)보다 더 적고, 이는, 베어링 레이스의 반대편 수평방향 구역에 있는 더 큰 간극(25)에 열악한 전자기적 결합을 만들어낸다는 것을 기회비용으로 하여, 도 3c에 나타나 있는 바와 같이 베어링 레이스 구역 내부에 더욱 균일한 경화처리 패턴을 만들어내는데 도움이 된다. 구성된 내측 베어링 레이스는, 원주방향 온도 분포 구역들(11aa, 1bb)에 이르기까지 전형적인 회전 장치를 가지고 열 처리 공정에서 가열 공정 단계 동안 회전된다(즉 회전 장치를 가지고 스핀동작된다). 열 처리 공정에서 오스테나이트화 단계의 완료시, (전형적인 담금질처리 장치를 가지고 행해지는) 담금질처리는, 오스테나이트화 구역들을 담금질해내고 나서 필요한 마르텐사이틱 구조들을 형성하기 위해서 제자리에서(즉 히팅 포지션에서) 적용될 수 있다. 다른 열 처리 공정들에서, 담금질처리는 담금질처리 전용 위치에서 제자리를 벗어나(즉 가열된 워크피스가 히팅 포지션을 벗어나 움직여진 상태에서) 행해질 수 있고, 즉, 예컨대 탱크 속으로의 가열된 워크피스의 하강을 위하여 히팅 포지션 아래에 위치해 있을 수 있는 담금질 탱크에서 행해질 수 있고, 또는 가열된 워크피스가 예컨대 적합한 전자기계식 이송 장치로 이송될 수 있는 히팅 포지션에 가까이 근접하여 포지션조정되어 있는 스프레이 담금질 장치에서 행해질 수 있다.

불행하게도, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있는 가열 방법과 장치는 단점들로부터 자유롭지 못하다. 한가지 단점은, (예컨대 히팅 포지션으로의 워크피스 장전 및 히팅 포지션으로부터의 장전해제 동안) 구성요소들의 최소한의 수직방향 움직임 및 (수직방향 움직임에 대해 수직하는) 반경방향 움직임을 가질 필요성과 연관되어 있다. 그러므로, 수직방향 움직임과 반경방향 움직임을 위한 보조적 전자기계식 이송 장치를 필요로 하는데, 이는 열 처리 시스템을 위한 복잡성과 추가적인 비용들이라는 결과를 초래한다. 추가적으로, 더 작은 간극(24)이 있는 한쪽 측면 상에서의 향상된 공간적 근접성(그 결과 생기는 향상된 전자기적 결합)은, (잠재적인 경화 패턴 편차를 가지는) 열 처리 공정 민감도를 악화시키기도 하고 워크피스 가열의 전기 효율을 감소시키기도 하는, 더 큰 간극(25)이 있는 반대편 측면 상에서의 저하된 전자기적 결합과 연관되어 있다.

도 4는 종래 기술의 대체 유도 코일(인덕터)의 도식적인 도시사항이다. 도 4에서, 원호 형상의 인덕터(40)(당해 기술분야에서는 헤어핀 인덕터로도 알려져 있음)는 빗금으로 나타나 있는 3개의 상호접속된 세그먼트들로 나타나 있다. 인덕터(40)는: 가열 세그먼트(41); 복귀 전류 세그먼트(43); 및 상호접속 세그먼트(42);를 구비한다. 자속 집중기(44)(점묘법으로 음영처리되어 나타나 있음)는 가열 세그먼트(41)와 복귀 전류 세그먼트(43) 사이에 포지션조정되어 있다. 모든 3개의 인덕터 세그먼트들은 전기적으로 직렬로 배열되어 있고, 교류 전원(alternating current power source; 도면에서 AC PS)에 접속되어 있다. 자속 집중기(44)는, 내측 베어링 레이스가 히팅 포지션에 있는 경우 가열되는 것을 필요로 하는 구성된 내측 베어링 레이스 구역(도면에는 미도시됨)을 향하고 있을 수 있는 가열 세그먼트의 외부 표면(41a)을 향하여 가열 세그먼트(41)에서 흐르는 전류의 최대 밀도를 변위시키기 위해서 가열 세그먼트(41)와 복귀 전류 세그먼트(43) 사이에 전자기적 결합해제를 제공한다. 도 4에 나타나 있는 헤어핀 인덕터(40)의 디자인은 워크피스의 내측 베어링 레이스와 인덕터 사이의 전자기적 결합을 향상시키고, 일부 적용처들에서는 필요로 하는 경화 패턴을 달성하는 것을 단순화한다. 워크피스(즉 내측 베어링 레이스의 베어링 부재가 있는 베어링 구성요소)는 내측 베어링 레이스 둘레에서 원주방향 온도 분포에 이르기까지 가열 공정 단계들과 담금질처리 공정 단계들 동안 회전된다.

원호 형상의 인덕터(40)는 일정한 공정 유연성을 제공한다. 그러나, 예컨대 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있는 이전 디자인들의 알려진 단점들로부터 자유롭지 못한데, 이는 도 1b에 나타나 있는 구성된 내측 베어링 레이스 구성요소(100)를 위한 내측 베어링 레이스 안의 구역(103)과 같은 복잡한 기하구성들을 방해하지 않는 상태에서 가열 공정 단계들 동안 충분히 가까운 코일-대-베어링 레이스 포지셔닝을 가지기 위하여 유도 가열 장치가 2가지 동작들(수직방향 움직임과 반경방향 움직임)을 제공할 수 있어야 한다는 필요성과 낮은 에너지 효율을 포함한다. 추가적으로, 반대편 방향들로 흐르는 전류를 운반하는 2개의 코일 세그먼트들(41, 43) 사이에 삽입되어 있는(끼워져 있는) 자속 집중기(44)(도 4)는, 유도 가열 시스템의 전체적인 신뢰성을 감소시킬 수 있는 과열된 상태가 되고 자기적으로 포화되는 경향을 가지는 전기 부하로서 역할할 수 있다.

종래 기술의 관점에서, 본 발명의 한가지 목적은, 종래 기술에서보다 우수한 경화 패턴과 높은 에너지 효율이라는 결과를 초래할 수 있는 유도 가열 적용처에서 야금학적으로 경화처리하기 위한 히팅 포지션에 있는 경우, 베어링 레이스웨이 표면 구역과 같은 베어링 구성요소의 베어링 부재와 인덕션 히팅 코일 사이에 더 가까운 전자기적 결합 간극들을 제공하는 전기 유도 가열 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열 처리 공정 동안 베어링 레이스들의 균열발생의 개연성이 감소된 상태로 야금학적으로 양질의 미세구조들을 만들어내기 위해서 최소한의 크기와 형상 비틀림, 및 오스테나이트화 공정 단계들 동안 감소된 최대 온도와 최고 온도를 가지기도 하고 내측 베어링 레이스와 외측 베어링 레이스를 포함하는 베어링 부재들 안에 윤곽-유사 경화처리 패턴들을 가지기도 하는, 전기 유도 가열 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 베어링 구성요소 상에서의 다중 베어링 부재들의 동시 열 처리를 위하여 제공되는 전기 유도 가열 시스템 및 방법을 제공하는 것이고, 여기서 다중 베어링 부재들과 베어링 구성요소의 상이한 기하구성들은 다중 베어링 부재들 및/또는 다중 베어링 구성요소들의 효율적인 동시 열 처리를 위하여 단일의 유도 코일에 대해 인접해 있는 다중 베어링 부재들의 자리배치를 수용해내지 않는다.

일 양태에서, 본 발명은, 교류 전원에 접속되어 있는 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로의 조합으로 베어링 워크피스의 하나 이상의 선택된 베어링 부재들, 예컨대 내측 또는 외측 베어링 레이스의 구역 또는 구역들을 야금학적으로 경화처리하기 위한 전기 유도 열 처리 장치 및 방법이고, 여기서 마스터 회로와 패시프 회로의 조합은, 선택된 베어링 부재들이 그 둘레에 포지션조정되어 있는 적어도 한쌍의 상보적인 마스터 인덕터 코일과 패시브 인덕터 코일을 형성하기 위해서 물리적인 그리고 전기적인 접속수단없이 서로 전자기적으로 결합되어 있어서, 선택된 베어링 부재들은, 순차적인 담금질처리로 선택된 베어링 부재들을 오스테나이트화하도록 유도식으로 가열해서 오스테나이트화된 선택된 부재들의 야금학적 물성들을 변형시키기 위해서 상보적인 코일 쌍에 의해 생성된 자속장(magnetic flux field)과 결합한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 베어링 워크피스 전기 유도 열 처리 장치 및 방법을 구비하고, 여기에서 베어링 워크피스는, 본 발명의 일부 실시예들에서 비-열 처리된 베어링 부재에 의해 서로로부터 분리되어 있는, 야금학적 열 처리를 위한 적어도 2개의 베어링 부재들을 가진다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 단일의 베어링 부재가 있는 베어링 워크피스는 야금학적으로 열 처리된, 예컨대 단일의 연속적인 베어링 부재가 있는 도 1c에서의 베어링 워크피스이다. 장치 및 방법은 마스터 인덕터 회로(master inductor circuit)와 패시브 인덕터 회로(passive inductor circuit)를 구비하며, 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 서로로부터 물리적으로 분리되어 있는 상태이고, 그들 사이에 물리적인 그리고 전기적인 접속수단이 없다. 마스터 인덕터 회로는 전원으로부터 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 쪽으로 마스터 회로 교류가 공급되는데, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(master inductor circuit conductor network)는 베어링 워크피스의 담금질에 앞서 제 1 베어링 부재 유도 가열을 위하여 구성되어 있는 적어도 하나의 마스터 히팅 인덕터(master heating inductor), 및 마스터 회로 전자기적 결합수단(master circuit electromagnetic coupler)을 가진다. 패시브 인덕터 회로는, 베어링 워크피스의 담금질에 앞서 제 2 베어링 부재 유도 가열을 위하여 구성되어 있는 적어도 하나의 패시브 히팅 인덕터(passive heating inductor), 및 패시브 회로 전자기적 결합수단(passive circuit electromagnetic coupler)을 가지는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(passive inductor circuit conductor network)를 구비한다. 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 서로에 대해 인접해 있는 워크피스 히팅 포지션으로 움직이게 된다. 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로가 워크피스 히팅 포지션에 있는 본 발명의 한가지 공정 적용처에서, 적어도 하나의 마스터 히팅 인덕터와 적어도 하나의 패시브 히팅 인덕터는, 마스터 회로 교류의 마스터 회로 흐름에 의한 제 1 베어링 부재, 및 마스터 회로 전자기적 결합수단과 패시브 회로 전자기적 결합수단 사이에서의 마스터 회로 교류의 자속 결합에 의해 유도되는 패시브 회로 전류 흐름에 의한 제 2 베어링 부재의 동시 유도 가열을 위하여 각각 구성되어 있다.

적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도 가열의 완료후 순차적으로, 베어링 워크피스는, 예컨대 이를 대체하여 워크피스 히팅 포지션에서 적어도 하나의 마스터 히팅 인덕터, 적어도 하나의 패시브 히팅 인덕터, 적어도 하나의 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터와 일체로 되어 있는 담금질 장치를 가지고, 또는 워크피스 히팅 포지션으로부터 원격에 있는 하나 이상의 담금질 장치 위치들에 배치되어 있는 담금질 장치를 가지고, 특정 적용처가 필요로 하는 바와 같이 담금질된다.

본 발명의 위 양태와 다른 양태는 본 명세서와 첨부된 청구범위에 제시되어 있다.

첨부된 도면들은 아래에 간략히 요약되어 있는 바와 같이 본 발명의 예시적인 이해를 위하여 제공된 것이고, 본 명세서와 첨부된 청구범위에 더욱 제시되어 있는 바와 같이 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1a는, 한가지 타입의 베어링 부재, 다시 말해 자동차 파워트레인과 드라이브트레인을 위한 대형 베어링 및 다른 대형 적용처에서 일반적으로 사용되는 베어링 워크피스(100)로서 기술되어 있는 베어링 구성요소 안의 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 측단면 사시도이다.
도 1b는, 길이방향으로(길이방향 축(L)을 따라) 단속적인 경화 패턴이 도시되어 있는 도 1a에서의 베어링 워크피스(100) 안의 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 평단면도이고, 원주방향 비경화된 길이방향 구역(103)에 의해 분리되어 있는 2개의 원주방향으로 경화된 길이방향 구간들(또는 구역들)(101, 102)을 포함하고 있다.
도 1c는, 도 1b에서의 길이방향으로 단속적인 경화 패턴에 대한 대체예에 해당하는 원주방향으로 비단속적인 길이방향 경화(104)가 도시되어 있는 베어링 워크피스(100) 안의 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 평단면도이다. 도 1c에서, 베어링 부재들, 다시 말해 구성된 내측 베어링 레이스 구간들(101, 102)(즉 베어링 롤러 접촉 표면들)은 내측 베어링 레이스 구간들 사이의 원주방향 길이방향 구역(103)과 나란하게 유도 경화되어 있다.
도 1d와 도 1e는 베어링 워크피스(100') 안의 구성된 외측 베어링 레이스에 관한 사시도이다.
도 1f, 도 1g, 도 1h 및 도 1i는, 대체 적용처들을 위하여 필요로 할 수 있는 바와 같이 대체 전기 유도 경화처리 공정들에서 형성될 수 있는 4개의 대체 경화 패턴들(구간들 또는 구역들)(403, 404, 405, 406)(빗금으로 나타나 있음)이 도시되어 있는 베어링 구성요소(400)의 구성된 외측 베어링 레이스에 관한 단면도들이다.
도 1j는, 자동차 파워트레인과 드라이브트레인을 위한 대형 베어링들, 또는 똑같은 기하구성들과 균일한(즉 매우 바람직한) 경화 패턴들(101", 102")을 가지는 베어링 레이스 구간들을 보여주는 다른 대형 적용처들에서 일반적으로 사용되는 베어링 워크피스(100") 안의 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 측단면 사시도이다.
도 1k는, 비경화된 구간(또는 구역)(103")에 의해 분리되어 있는 2개의 경화된 구간들(101", 102")을 포함하고 있는 단속적인 경화 패턴이 도시되어 있는 도 1j에 나타나 있는 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 평단면도이다.
도 2a는, 히팅 포지션에 있는 (빗금친 구간들(106, 115) 안의) 여러 가지의 경화 패턴들이 도시되어 있는 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 단면도이며, 종래 기술의 유도 가열 장치는 코일 턴들(301, 302) 및 연관된 자속 집중기들(203, 204)이 있는 솔레노이드-스타일 2-턴 일렉트리컬 히팅 인덕터(solenoid-style two-turn electrical heating inductor)를 구비한다. 도 2a에서 코일 턴(301)은 가열을 위한 구역(106)을 둘러싸고, 코일 턴(302)은 가열을 위한 구역(115)을 둘러싼다. 각각의 코일 턴은, 코일 턴들 안에서 동일한 방향이나 역 방향으로 흐르는 순간적인 전류가 있는 적합하게 접속된 전원으로부터 코일 쪽으로 공급되는 교류와 직렬로 또는 병렬로 함께 접속될 수 있다.
도 2b는, 히팅 포지션에 있는 도 2a에서의 기하구성들과 다른, (빗금친 구간들(125, 126)을 포함하는) 경화 패턴들과 내측 베어링 레이스들의 대체 기하구성들이 도시되어 있는 구성된 내측 베어링 레이스에 관한 단면도이며, 종래 기술의 유도 가열 장치는 코일 턴들(301, 302) 및 연관된 자속 집중기들(203, 204)이 있는 솔레노이드-타입 2-턴 일렉트리컬 히팅 인덕터를 구비한다. 각각의 코일 턴은 코일 턴들 안에서 동일한 방향이나 역 방향으로 흐르는 교류가 있는 적합하게 접속된 전원으로부터 공급되는 교류와 직렬로 또는 병렬로 함께 접속될 수 있다.
도 2c와 도 2d는 도 2a와 도 2b에 각각 나타나 있는 선택된 경화 패턴들에 관한 확대된 도시사항들이다.
도 3a와 도 3b는 내측 베어링 레이스들을 열 처리하기 위한 유도 가열 공정에 관한 도식적인 도시사항들이고, 가열되고 있는 내측 레이스의 점선의 원형 경계에 의해 도식적으로 표현되어 있는 바와 같이, 인덕터와 베어링 워크피스의 내측 베어링 레이스(11a) 사이의 균일한 원주방향 간격 거리와 불균일한 원주방향 간격 거리가 개념적으로 나타나 있다. 도 3a에는, 가열되고 있는 내측 베어링 레이스와 인덕터 사이에서 균일한 원주방향 간격 거리(23)가 있는 상태에서 인덕터(22) 내부에 베어링 워크피스의 내측 베어링 레이스(11a)를 장전하는 공정 단계 동안의 "워크피스-대-코일" 상호간 포지셔닝에 관한 일 예시가 도시되어 있다. 도 3b에는, 불균일한 원주방향 전자기적 결합 거리들(24, 25)이 있는 상태에서 인덕터(22) 내부의 베어링 워크피스의 내측 베어링 레이스(11a)를 가열하는 공정 단계 동안의 "워크피스-대-코일" 상호간 포지셔닝에 관한 일 예시가 도시되어 있다. 도 3c에는, 그 결과 생기는 원주방향으로 균일한 경화 패턴들(11aa, 11bb)이 도시되어 있으며, 유도 가열 동안 전형적인 워크피스 회전 장치(도면들에는 미도시됨)를 가지고 행해지는 축(50)을 중심으로 하는 충분히 빠른 워크피스 회전(즉 스핀동작)을 가정한 것이다.
도 4는 구성된 내측 베어링 레이스를 열 처리하기 위하여 사용될 수 있는 종래 기술의 원호 형상의 인덕터(40)(헤어핀 인덕터로도 알려져 있음)에 관한 도식적인 도시사항이다.
도 5a 내지 도 5d에는, 마스터 인덕터 회로(도 5a)와 패시브 인덕터 회로(도 5b)가 나타나 있는 본 발명의 전기 유도 가열 시스템의 일 실시예가 도식적으로 도시되어 있다. 도 5c와 도 5d는 워크피스(베어링 구성요소) 히팅 포지션에 있는 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로에 관한 대체 사시도들이다. 내측 베어링 레이스들(베어링 부재들)과 담금질처리 장치는 명료성을 위하여 나타나 있지 않다. 화살표들은 가열 시스템 안에서의 순간적인 상대적 전류 방향들을 지시한다. 도 5c에는, 이 배열이 마스터 인덕터(210) 안에서의 순간적인 전류 흐름에 비해 반대편 방향으로 배향되어 있는 패시브 인덕터(220) 안에서의 순간적인 전류 흐름의 방향을 만들어낸다는 것을 도시한다. 전류 흐름의 이 배향은 도 1b에 나타나 있는 단속적인 경화 패턴을 획득하기 위하여 통상적으로 선호된다.
도 5e는, 마스터 인덕터 회로 안에서 액티브 코일(210)(도 5c) 안에서의 순간적인 전류 흐름과 동일한 방향으로 배향되어 있는 패시브 인덕터(220') 안에서의 순간적인 전류 흐름의 방향을 만들어내기 위해서 도 5a에 나타나 있는 마스터 인덕터 회로와 활용될 수 있는 대체 패시브 인덕터 회로에 관한 도식적인 도시사항이다. 전류 흐름의 이 배향은 도 1c에 나타나 있는 비단속적인 경화 패턴을 획득하기 위하여 통상적으로 바람직하다.
도 5f와 도 5g에는, 도 5a에서의 마스터 인덕터 회로가 본 발명의 또 다른 실시예에서 도 5e에서의 패시브 인덕터 회로와 조합되는 경우와 비교하여, 도 5a에서의 마스터 인덕터 회로가 본 발명의 일 실시예에서 도 5b에서의 패시브 인덕터 회로와 조합되는 경우 패시브 인덕터 코일 안에서 달성되는 순간적인 교류 방향들의 대체예가 도시되어 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터는 마스터 회로 교류와 패시브 회로 교류의 순간적인 반대방향 전류 흐름들을 위하여 구성되어 있다.
도 6a에는, 마스터 인덕터 회로가 패시브 인덕터 회로로부터 분리되어 있는 경우, 마스터 인덕터 회로의 마스터 전자기적 결합 구역(230)들과 패시브 인덕터 회로의 패시브 전자기적 결합 구역(240)들이 도시되어 있는데, 예컨대 열 처리될 베어링 워크피스가 히팅 포지션으로 장전되고 있는 경우이고 또는 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로 안에서 각각 상보적인 쌍을 이루는 마스터 회로 인덕터와 패시브 회로 인덕터 내부에서의 히팅 포지션으로부터 장전해제되고 있는 경우이다. 마스터 전자기적 결합 구역들과 패시브 전자기적 결합 구역들은 이를 대체하여 마스터 자속 결합수단과 패시브 자속 결합수단으로 각각 지칭된다.
도 6b에는, 마스터 인덕터 회로가 워크피스 히팅 포지션에 있게 되는 경우, 마스터 인덕터 회로의 마스터 전자기적 결합 구역(230)들과 패시브 인덕터 회로의 패시브 전자기적 결합 구역(240)들이 도시되어 있는데, 워크피스 히팅 포지션은 액티브 전자기적 결합 구역과 패시브 전자기적 결합 구역이 패시브 인덕터 회로로부터 액티브 인덕터 회로를 전기적으로 분리하기 위해서 간극(205)만큼 분리되어 있는 곳인데 반해, 교류가 마스터 인덕터 회로 쪽으로 공급되는 경우 마스터 및 패시브 인덕터 회로는 전자기적으로 결합되어 있다. 워크피스(베어링 구성요소) 히팅 포지션에서, 마스터 자속 결합수단은 패시브 자속 결합수단에 대해 인접하여 배치되어 있되 패시브 자속 결합 수단으로부터 (도 6b에서의 예시에서 간극(205)만큼) 물리적으로 분리되어 있다.
도 7a와 도 7b에는 마스터 일렉트리컬 버스 네트워크와 패시브 일렉트리컬 버스 네트워크의 형태와 조성의 대체 실시예들에 관한 단면이 도시되어 있으며, 도 7a에는 구리 튜빙을 구비하는 각각의 버스 네트워크가 도시되어 있고, 도 7b에는, 워크피스 히팅 포지션에 있는 경우 대응하는 간극(205a(도 7a), 205b(도 7b))들만큼 분리되어 있는 마스터 전자기적 결합 구역과 패시브 전자기적 결합 구역 내부에 끼워져 있는, 직사각 구리 바가 도시되어 있다. 간극들은 공기 간극들일 수 있고, 또는 유전 물질로 채워져 있을 수 있다. 도 7b에 나타나 있는 배열은 액티브 회로와 패시브 회로 사이의 더욱 양호한 전자기적 결합으로 인해 도 7a에 나타나 있는 배열에 비해 통상적으로 선호하는 것이다. 마스터 일렉트리컬 컨덕터 네트워크(master electrical conductor network)와 패시브 일렉트리컬 컨덕터 네트워크(passive electrical conductor)는 이를 대체하여 마스터 인덕터 회로 버스 네트워크(master inductor circuit bus network)와 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(passive inductor circuit conductor network)로 각각 지칭된다.
도 8a 내지 도 8d에는, 내측 또는 외측 레이스와 같은 베어링 구성요소의 베어링 부재들을 유도식으로 열 처리하기 위한 본 발명의 방법에 관한 일 실시예가 도식적으로 도시되어 있고, 여기서 베어링 부재들의 가열이 완료된 후, 유도 가열 장치가 장치 안의 베어링 부재들과 인-히트(in-heat)(히팅) 포지션으로 남아있는 경우 담금질 공정 단계들이 수행된다.
도 9a 내지 도 9d에는, 내측 또는 외측 레이스와 같은 베어링 구성요소의 베어링 부재들을 유도식으로 열 처리하기 위한 본 발명의 방법에 관한 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있고, 여기서 베어링 부재들과 패시브 인덕터 회로의 패시브 인덕터 코일을 담금제 탱크 안에 최소한 침지시킴으로써 담금질 공정 단계들이 수행된다. 이 실시예에서, 패시브 인덕터 코일 회로의 대응하는 섹션은 담금질 공정 단계들 동안 열 처리된 베어링 부재들을 제자리에 유지하는 지지부(착좌부)로서 사용된다.
도 10a 내지 도 10d에는, 내측 베어링 레이스나 외측 베어링 레이스와 같은 베어링 워크피스 상의 베어링 부재들을 유도식으로 열 처리하기 위한 본 발명의 방법에 관한 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있고, 여기서 베어링 워크피스 상의 베어링 부재들이 조립된 (히팅) 포지션(도 10b)에서 장치와 유도식으로 가열된 후 베어링 워크피스가 유도 가열 장치 안에 남아있는 경우 담금질 공정 단계들은 시작되고, 담금질 공정이 완료되는 담금제 탱크(도 10c) 쪽으로 가열된 베어링 부재들이 있는 베어링 워크피스가 패시브 인덕터 회로 안의 패시브 히팅 인덕터 코일(220)과 이송됨에 따라(도 10c) 담금질처리 공정은 계속된다.
도 11a와 도 11b에는, 내측 또는 외측 베어링 레이스와 같은 베어링 구성요소의 베어링 부재들을 유도식으로 열 처리하기 위한 본 발명의 방법에 관한 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있고, 여기서 적어도 2개의 별개의 베어링 구성요소들(워크피스들) 상의 베어링 부재들은 동시에 가열되고, 동시 가열이 완료된 후 순차적인 담금질처리 공정 단계들과 조합된다.
도 12a에는 본 발명의 유도 가열 장치가 도시되어 있고, 여기에서는 2개의 별개의 베어링 구성요소들(워크피스들)이 동시에 가열될 수 있고, 도 11a와 도 11b에 도시되어 있는 방법에서 사용될 수 있다.
도 12b에는, 도 12a에 나타나 있는 유도 가열 장치의 한쪽 단부가 확대되어 상세하게 부분적으로 도시되어 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예이고, 여기서 유도 가열 장치는 수직 배향식 로터리 테이블에 인접하여 포지션조정되어 있고, 수직 배향식 로터리 테이블 상에는 별개의 다중 워크피스들이 예컨대 사전 가열 후 장전될 수 있고, 열 처리 위치쪽으로 회전되고 나서 베어링 부재들의 열 처리를 위하여 유도 가열 장치 안에 장전될 수 있고, 그리고 담금질 처리 위치쪽으로 회전될 수 있다.
도 14a는, 도 16a와 도 16b에서 베어링 구성요소(워크피스) 히팅 포지션에 있는 것으로 나타나 있는 구성된 유도 열 처리 장치(800)의 구성된 패시브 인덕터 어셈블리(800b)의 사시도이다.
도 14b는 도 14a에 나타나 있는 패시브 인덕터 어셈블리의 평면도이다.
도 14c는 도 14a에 나타나 있는 패시브 인덕터 어셈블리의 측단면도이다.
도 15a는, 도 16a와 도 16b에서 베어링 구성요소(워크피스) 히팅 포지션에 있는 것으로 나타나 있는 유도 열 처리 장치(800)의 구성된 마스터 인더터 어셈블리(800a)의 사시도이다.
도 15b는 도 15a에 나타나 있는 마스터 인덕터 어셈블리의 측단면도이다.
도 15c는 도 15a에 나타나 있는 마스터 인덕터 어셈블리의 측단면도이다.
도 16a와 도 16b는 전기 유도 열 처리 장치(800)의 일 예시에 관한 대체 사시도들이며, 패시브 인덕터 어셈블리(800b)(도 14a)와 마스터 인덕터 어셈블리(800a)(도 15a)는 내측 베어링 레이스들과 같은 워크피스 베어링 부재들의 전기 유도 가열을 위하여 워크피스 히팅 포지션에 있는 것으로 구성되어 있다.
도 17a에는, 단일의 전력 공급장치로부터의 별개의 위상-고정 출력들에 의해 전력공급되는 2개의 별개의 마스터 인덕터 회로들과 구성되어 있는 베어링 구성요소의 하나 이상의 부재들의 동시 가열을 위한 대체 스플릿 다중 코일 전기 유도 열 처리 시스템이 도식적으로 도시되어 있으며, 도 17b와 도 17c에는 제위상에 있는 출력 전류와 제위상을 벗어나 있는 출력 전류 양자 모두가 도시되어 있다.
도 18에는, 1차의 변압기를 물고 있는 단일의 출력이 있는 단일의 전력 공급장치에 의해 전력공급되는 2개의 별개의 마스터 인덕터 회로들과 구성되어 있는 베어링 구성요소의 하나 이상의 부재들의 동시 가열을 위한 대체 스플릿 다중 코일 전기 유도 열 처리 시스템이 도식적으로 도시되어 있으며, 2개의 2차 출력들은 별개의 마스터 인덕터 회로를 각각 물고 있다.

도면들을 참조하면, 여기에서 유사한 부재번호들은 유사한 요소들을 지시하고, 도 5a 내지 도 5d에는 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b)를 가지고 있는 본 발명의 한가지 실시예가 도식적으로 도시되어 있는데, 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b)는, 내측 베어링 레이스, 외측 베어링 레이스, 또는, 베어링 구성요소가 제작구성상 복잡한 파워트레인 적용처들, 드라이브라인 적용처들 및 휠 어셈블리들을 포함하여, 예컨대 롤링 요소들, 베어링들, 레이스웨이들 또는 링들을 활용하는 대형 적용처들에서 사용될 수 있는 베어링 구성요소의 다른 베어링 부재들을 유도식으로 열 처리하기 위해서 조립될 수 있다. 베어링 구성요소는 이를 대체하여 베어링 워크피스로서 본 명세서에 기술되어 있다.

마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 도 5c나 도 5d에 도시되어 있는 바와 같이 조립된 베어링 워크피스 전기 유도 열 처리 장치(200)을 형성하고, 여기서 선택적 베어링 부재들은 마스터 히팅 인덕터 및 패시브 히팅 인덕터들과 동시에 열 처리될 수 있는데, 마스터 히팅 인덕터 및 패시브 히팅 인덕터들은, 마스터 인덕터 어셈블리 상의 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 어셈블리 상의 패시브 회로가 예컨대 도 5c와 도 5d에 도시되어 있는 베어링 구성요소 히팅 포지션에 있는 경우, 각각의 2개 이상의 상이한 베어링 부재들을 위한 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로 안에 별개로 구성되어 있다. 따라서, 장치(200)는 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리가 있는 스플릿 다중 코일(마스터 히팅 인덕터 및 패시브 히팅 인덕터)로도 기술될 수 있고, 여기서 스플릿 인덕터 어셈블리는 마스터 인덕터 어셈블리 상의 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 어셈블리 상의 패시브 인덕터 회로에 의해 형성된다.

본 발명의 도시된 실시예에서, 마스터 인덕터 회로(200a)는: 베어링 구성요소 상에서 동시에 열 처리되도록 제 1 베어링 부재의 유도 가열을 위하여 구성되어 있고 제 1 싱글 턴 유도 코일로부터 형성되어 있는 마스터 히팅 인덕터(210); 마스터 자속 결합수단을 형성하는 하나 이상의 마스터 회로 자속 결합 구역(230)들; 및 마스터 인덕터 회로 전력 단자들(6a, 6b);을 구비하는데, 그 마스터 회로 구성요소들 모두는, 유전 물질이 있는 간극 또는 공기 간극에 의한 분리상태에서 마스터 인덕터 회로 안에서 물리적으로 접속되어 있지 않는 마스터 자속 결합수단을 제외하고 물리적으로 그리고 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 마스터 회로 구성요소의 모든 구성요소들과 직렬 마스터 회로를 형성하기 위해서, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)에 의해 전기적으로 상호접속되어 있다. 마스터 자속 결합수단은, 교류가 마스터 인덕터 회로 안에서 흐르는 경우 마스터 인덕터 회로로부터의 자속을 결합하기 위해서 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)에 인접하여 포지션조정되어 있되 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)로부터 물리적으로 분리되어 있다. 마스터 인덕터 회로 전력 단자들(6a, 6b)은 마스터 인덕터 회로(200a)를 적합한 교류 전력 공급장치(도면들에서 AC 전원(AC POWER SOURCE)으로 명명되어 있음)에 접속한다. 교류 전력 공급장치는 베어링 부재들의 선택적 열 처리를 위해 당해 기술분야에 알려져 있는 중간 주파수 전력 공급장치 또는 높은 주파수 전력 공급장치 중에서 특정 적용처를 위하여 선택될 수 있고, 유도 열 처리 장치가 위치되어 있는 실용 전력(utility power)으로부터 입력 전력이 공급될 수 있다. 전원을 위한 통상적인 정격(rating)은, 특정된 경화 케이스 깊이들; 열 처리된 베어링 부재들의 기하구성; 베어링 워크피스를 형성하는 가열된 금속성 재료의 질량; 및 생산율(열 처리된 베어링 부재 당 사이클 타임);을 위하여 필요로 하는 바와 같이 1kHz 내지 180kHz의 조작 주파수를 가지는 30kW 내지 500kW의 범위 안에 있다. 선택된 전력 공급장치의 단일 위상 2 컨덕터 출력은 전력 공급장치 구성과 그 공급장치의 부하 정합 성능에 좌우되어 마스터 인덕터 회로 전력 단자들(6a, 6b)에 직접 접속되어 있거나, 전력 공급장치 버스 네트워크(power supply bus network)를 통해서 또는 부하 정합 변압기(load matching transformer)를 통해서 접속되어 있다.

도 5b 내지 도 5d에 도시되어 있는 본 발명의 실시예에서, 패시브 인덕터 회로(200b)는: 베어링 구성요소 상에서 동시에 열 처리되도록 제 2 베어링 부재의 유도 가열을 위하여 구성되어 있고 제 2 싱글 턴 유도 코일로부터 형성되어 있는 패시브 히팅 인덕터(220); 및 패시브 자속 결합수단을 형성하는 하나 이상의 패시브 회로 자속 결합 구역(240)들;을 구비한다. 패시브 히팅 인덕터(220)는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(202)와, 물리적으로 그리고 전기적으로 폐쇄된 루프 직렬 패시브 인덕터 회로를 형성한다. 장치(200)가 도 5c나 도 5d에서와 같이 히팅 포지션이나 조립된 포지션에 있는 경우, 패시브 자속 결합수단은 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)와 패시브 회로 컨덕터 네트워크(202)에 인접하여 포지션조정되어 있되 유전 물질이 있는 간극들 또는 공기 간극들만큼 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)와 패시브 회로 컨덕터 네트워크(202)로부터 물리적으로 분리되어 있어서, 마스터 교류가 마스터 인덕터 회로 안에서 흐르는 경우 패시브 교류 흐름은 패시브 인덕터 회로 안에서 유도된다.

마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터가 도면들에서는 싱글 턴 솔레노이드 코일들로서 구성되어 있지만, 예컨대 내측 베어링 부재가 열 처리될 것인지 또는 외측 베어링 부재가 열 처리될 것인지 여부에 의해, 마스터 히팅 인덕터에 의해 가열되도록 또는 패시브 히팅 인덕터에 의해 가열되도록 베어링 부재들의 특정 구성을 위하여 필요로 하는 바와 같이 본 발명의 다른 예시들에서는 인덕터들의 다른 구성들이 활용될 수 있다.

본 발명의 다른 예시들에서, 액티브 히팅 인덕터 또는 패시브 히팅 인덕터는 멀티플 턴 코일과 같은 상이한 구성들로 되어 있을 수 있다. 더욱이, 본 발명의 다른 예시들에서, 한개 이상의 베어링 부재는 마스터 히팅 인덕터 또는 패시브 히팅 인덕터에 의해 가열될 수 있어서, 복수의 두개 이상의 베어링 부재들이 동시에 가열될 수 있다.

마스터 자속 결합수단을 형성하는 하나 이상의 마스터 회로 자속 결합 구역(230)들과, 패시브 자속 결합수단을 형성하는 하나 이상의 패시브 회로 자속 결합 구역(240)들은 이를 대체하여 다음의 것들로부터, 즉: 표준 래미네이션 팩들; 순수한 페라이트들; 또는 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이 압축된 그리고 소결된 자성 입자들을 포함하고 있는 자성 합성물을 포함하는 전형적인 철 또는 페라이트 기반 분말 재료들;로부터 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b)는, 장치를 가지고 행해지는 열 처리를 위하여 베어링 워크피스를 장전하는 열 처리 공정 단계에서 베어링 워크피스(예컨대 열 처리를 필요로 하는 내측 베어링 레이스들과 같은 선택된 다중 베어링 부재들이 있는 도 1b에서의 베어링 워크피스(100))의 대향하는 길이방향 측면 단부들로부터 선택적으로 합쳐진다(전기 유도 열 처리 장치를 히팅 포지션으로 조립하는 것으로도 지칭됨). 히팅 포지션으로의 장치의 조립에 관한 이 공정 단계는 도 5c에 도시되어 있고, 여기서 축(L-L)은, 명료성을 위하여 마스터 히팅 인덕터(210)와 패시브 히팅 인덕터(220) 내부에 나타나 있지 않는, 도 1b에서의 예시 베어링 워크피스(100)의 중심 내부 길이방향 축(L-L)을 표현한 것이고, 여기서 마스터 히팅 인덕터는 동작 화살표(MC)의 방향으로 지시되어 있는 바와 같이 정상으로부터 베어링 워크피스의 상측 길이방향 측면 단부(L-L) 위로 하강하고, 패시브 히팅 인덕터는 동작 화살표(PC)의 방향으로 지시되어 있는 바와 같이 바닥으로부터 베어링 워크피스의 하측 길이방향 측면 단부 위로 상승한다. 도 12a와 도 12b를 참조하자면, 여기서 베어링 워크피스(100)는 마스터 히팅 인덕터(210a")와 패시브 히팅 인덕터(220b") 내부에서 가열 장치(245)의 히팅 포지션으로 포지션조정되어 있는 것으로 나타나 있다. 베어링 워크피스의 대향하는 길이방향 측면 단부들로부터 히팅 포지션으로의 장치의 조립에 관한 구성은, 마스터 회로 인덕터 또는 패시브 회로 인덕터의 기하구성이 패시브 회로 인덕터에 의해 가열될 베어링 워크피스의 부재와의 물리적인 간섭 또는 액티브 회로 인덕터에 의해 가열될 베어링 워크피스의 부재와의 물리적인 간섭을 각각 생성할 수도 있다는 가능성을 없앤다. 이와 유사하게, 열 처리 후 베어링 워크피스를 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b)가 있는 열 처리 장치로부터 장전해제하는(제거하는) 열 처리 공정 단계는, 도 5c에서 마스터 히팅 인덕터 장전해제 동작 화살표(MO)의 방향, 및 도 5c에서 패시브 히팅 인덕터 장전해제 동작 화살표(PO)의 방향으로 도시되어 있는 바와 같이 베어링 워크피스의 대향하는 길이방향 측면 단부들을 통해서 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로를 서로로부터 분리시킴으로써 완수된다. 마스터 히팅 인덕터(210)가 있는 마스터 인덕터 회로와 패시브 히팅 인덕터(220)가 있는 패시브 인덕터 회로를 합치는 공정 단계와, 마스터 히팅 인덕터(210)가 있는 마스터 인덕터 회로와 패시브 히팅 인덕터(220)가 있는 패시브 인덕터 회로를 베어링 워크피스의 대향하는 길이방향 측면 단부들(L-L)로부터 분리시키는 공정 단계는, 베어링 워크피스(100)가 장치 안에서의 열 처리를 위하여 장전해제되어 있는 경우, 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터, 예컨대 도 1b에서의 베어링 레이스 구역들(101, 102)에 의해 각각 열 처리될 베어링 부재들에 대한 마스터 히팅 인덕터(210)와 패시브 히팅 인덕터(220)의 가까운 근접(통상적으로 0.5 mm 내지 6 mm)을 가능케 한다. 이 예시에서, 도 1b에 나타나 있는 열 처리 구역들(101, 102) 사이에 있는, 베어링 워크피스의 더 작은 직경 중간 레이스 구역(103)은 워크피스 장전된(히팅) 포지션으로 마스터 히팅 인덕터(코일)와 패시브 히팅 인덕터(코일)를 합치는 것을 방해하지 않을 것이고, 이는 워크피스 장전 공정 단계와 장전해제 공정 단계 동안 도 2a에 도시되어 있는 충분히 큰 반경방향 간격(107)을 가지는 것을 필요로 하지 않기 때문이다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템은 스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치를 포함하는데, 스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치는 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로를 조립된 (히팅) 포지션으로 합치도록 구성되어 있기도 하고, 화살표들로 나타나 있는 동작들을 위한 리니어 액추에이터들을 표현한 것일 수 있는 도 5c에서의 화살표들에 의해 지시되어 있는 바와 같이 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로를 마스터 및 패시브 자속 결합수단의 움직임과 나란한 조립된 (히팅) 포지션으로부터 분리하도록 구성되어 있기도 한다. 조립된 (히팅) 포지션에서, 마스터 인덕터 어셈블리의 마스터 히팅 인덕터는 패시브 인덕터 어셈블리의 패시브 히팅 인덕터와 길이방향으로 정렬되어 있고, 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 부재의 동시 가열을 위하여 제 1 베어링 부재가 마스터 히팅 인덕터와의 유도 가열을 위해 포지션조정되어 있고 제 2 베이링 부재가 패시브 히팅 인덕터와의 유도 가열을 위해 포지션조정되어 있는 경우, 패시브 자속 결합수단의 포지션은 마스터 자속 결합수단에 대해 인접하여 있되 마스터 자속 결합수단으로부터 물리적으로 분리되어 있다. 논-히팅 포지션(non-heating position)에서, 마스터 인덕터 어셈블리의 마스터 히팅 인덕터는, 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 부재의 유도식 가열을 위해 베어링 구성요소 히팅 포지션으로의 베어링 구성요소의 포지션조정을 위하여, 또는 베어링 구성요소 히팅 포지션에서의 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 부재의 유도 가열 후 베어링 구성요소의 제거를 위하여, 패시브 인덕터 어셈블리의 패시브 히팅 인덕터로부터 분리되어 있다.

도 5c와 도 5d에는, 장전된 베어링 워크피스가 마스터 회로 인덕터와 패시브 회로 인덕터 내부에 포지션조정되어 있는 상태로 베어링 워크피스 히팅 포지션으로 합쳐진 후의 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b)의 사시도가 나타나 있다. 베어링 워크피스는 조립된 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터 회로의 명료성을 위하여 이들 도면들에는 (선택사항인 사후-가열 담금질 장치와 나란하게) 나타나 있지 않다.

도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있는 본 발명의 실시예에서, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)와 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(202)는 U자형의 마스터 회로 자속 결합 구역(230)들과 패시브 회로 자속 결합 구역(240)들 사이에 각각 배치되어 있는 구리 튜빙 버스들로서 도시되어 있다.

마스터 인덕터 회로(200a)의 구성요소들과 패시브 인덕터 회로(200b)의 구성요소들 사이에는 물리적인 접촉 또는 전기적인 회로 접촉이 없는데, 예컨대 도 5c나 도 5d에 나타나 있는 바와 같이 그들이 워크피스 히팅 포지션에 있는 경우에 그러하고, 그리고 하나 이상의 열 처리 공정 단계들이 마스터 히팅 인덕터와 패시브 히팅 인덕터에 대해 인접하여 포지션조정되어 있는 베어링 워크피스의 베어링 부재들을 가열하도록 수행되고 있는 경우에 그러하다. 마스터 인덕터 회로 자속 결합 구역(230)들은 인접하게 배치되어 있지만, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 안에서의 교류 흐름에 의해 구축되는 자속을 패시브 인덕터 회로 쪽으로 이송하기 위해서 도 5c나 도 5d에서 단면 상세도로 도시되어 있는 바와 같이 분리 거리(205)만큼 패시브 인덕터 회로 자속 결합 구역(240)들로부터 물리적으로 떨어져 이격되어 있다.

도 16a와 도 16b에는, 도 5c와 도 5d에 나타나 있는 것과 유사한 조립된 유도 열 처리 장치(200)을 활용하는 본 발명의 구성된 유도 열 처리 장치(800)의 일 실시예에 관한 대체 사시도들이 도시되어 있다. 구성된 유도 열 처리 장치(800)는, 베어링 워크피스 상의 2개의 베어링 부재들의 동시 가열을 위하여 장치 안에 장전되어 있는 예시적인 베어링 워크피스(900)와 베어링 구성요소 (워크피스) 히팅 포지션에 있는 것으로 도 16a와 도 16b에 나타나 있다. 제한없는 예시에서, 베어링 구성요소는 열 처리를 필요로 하는 상측 내측 베어링 레이스(마스터 히팅 인덕터에 의해 가열될 제 1 워크 피스 베어링 부재로도 지칭됨), 및 동시 열 처리를 필요로 하는 하측 내측 베어링 레이스(패시브 히팅 인덕터에 의해 가열될 제 2 워크 피스 베어링 부재로도 지칭됨)를 가지며, 이들은 열 처리되지 않는 중심 베어링 워크피스 부재에 의해 서로로부터 축방향으로 분리상태에 있다. 워크피스가 장치(800)의 베어링 구성요소 히팅 포지션으로 장전되어 있기 때문에 도 16a와 도 16b에는 보이지 않는 베어링 워크피스(900)의 내부는, 예컨대 도 1a와 도 1b에서의 베어링 워크피스(100)의 내부와 유사할 수 있고, 여기서 상측 내측 베어링 레이스는 내측 베어링 레이스(101a)에 해당하고, 하측 내측 베이링 레이스는 102a에 해당하며, 그리고 비-열처리된 중심 베어링 워크피스 부재는 도 1a와 도 1b에서의 구역(103)에 해당한다. 구성된 유도 열 처리 장치(800)는 구성된 마스터 인덕터 어셈블리 또는 섹션(800a) 및 구성된 패시브 인덕터 어셈블리 또는 섹션(800b)을 구비한다.

도 14a 내지 도 14c는, 예컨대 베어링 워크피스 논-히팅 포지션에 있는 구성된 액티브 인덕터 어셈블리(800b)로부터 분리되어 있는 경우 구성된 패시브 인덕터 어셈블리(800b)에 관한 다양한 도면들이다. 도 15a 내지 도 15c는, 예컨대 베어링 워크피스 논-히팅 포지션에 있는 구성된 패시브 인덕터 어셈블리(800b)로부터 분리되어 있는 경우 구성된 마스터 인덕터 어셈블리(800a)에 관한 다양한 도면들이다. 본 발명의 이 예시에서, 구성된 패시브 인덕터 어셈블리(800b)는 이를 대체하여 하측 인덕터 어셈블리로 지칭되고, 구성된 마스터 인덕터 어셈블리(800a)는 이를 대체하여 편리한 설명적인 배향을 위하여 상측 인덕터 어셈블리로서 지칭되는데, 유도 열 처리 장치(800)를 형성하는 마스터 인덕터 어셈블리와 패시브 인덕터 어셈블리의 배향을 제한하는 것으로서 그런 것은 아니다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)는: 이 제한없는 예시에서 맨드릴(420a)의 하측 단부의 근처에서 그 둘레에 장착되어 있는 제 1 싱글 턴 인덕션 코일로부터 형성되어 있는 마스터 히팅 인덕터(710); 마스터 회로 자속 결합수단을 형성하는 마스터 회로 자속 결합 구역들(730a, 730b); 및 전기 절연성 재료(7)에 의해 분리되어 있는 마스터 인덕터 회로 전력 단자들(6a, 6b);을 구비하고, 그 구성요소들 모두는 마스터 인덕터 컨덕터 네트워크(701)와 연관되어 있다. 마스터 인덕터 회로 전력 단자들(6a, 6b)은 마스터 인덕터 회로(800a)를 적합한 교류 전력 공급장치(도면들에서 AC 전원으로 명명되어 있음)에 접속한다. 마스터 히팅 인덕터는 열 처리될 제 1 워크피스 베어링 부재의 유도 가열을 위하여 구성되어 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 맨드릴(420a)은 아래에 더욱 기술되어 있는 바와 같이 담금질 맨드릴(quench mandrel)로서 지칭된다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)는, 담금질 맨드릴(420a) 둘레에서 마스터 히팅 인덕터(710) 위에 배치되어 있으면서 링 형상으로 되어 있는 선택사항인 상측 마스터 자속 집중기(203a), 및 마스터 히팅 인덕터(710)에 의해 가열되고 있는 제 1 베어링 워크피스 부재 쪽으로 유도식 가열 선속을 향하게 하기 위해서 마스터 히팅 인덕터 아래에 배치되어 있는 선택사항인 하측 마스터 자속 집중기(204a)를 더 구비한다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)는, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(701) 안의 중공형 내부 관통 통로에서 순환되며 공급용 냉각 튜브(425a)와 회수용 냉각 튜브(425b)에 의해 제공되는 마스터 인덕터 회로 냉각 매체가 있는, 보조적 마스터 인덕터 회로 강제 액체 냉각 매체 시스템의 구성요소들을 더 구비한다.

이 제한없는 예시에서, 구성된 마스터 인덕터 회로(800a)는 선택사항인 일체형 담금질 장치, 즉 도면들에는 나타나 있지 않는 담금질 통로들이 있는 담금질 맨드릴(420a)을 포함하는데, 담금질 통로들은 워크피스 히팅 포지션에 있는 베어링 워크피스의 열 처리된 부재들 쪽으로 담금제를 공급하며, 그 담금제는 담금질 맨드릴의 상측 단부 근처에서 그리고 담금질 공급 포트들(421a, 421b)을 통해서 공급된다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)는 구성된 마스터 인덕터 회로의 특정 배열을 위하여 필요로 할 수 있는 바와 같이 하나 이상의 마스터 인덕터 회로 지지 구조들을 더 구비한다. 도면들에 나타나 있는 예시에서, 구성된 유도 열 처리 장치(800)는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 담금질 맨드릴(420a)을 적소에 보유하고 있는 서포트 클램프 블록(support clamp block)(420b); 서포트 라이저(support riser)(420c); 및 조정가능한 서포트 브릿지(adjustable support bridge)(420d);를 포함한다.

구성된 패시브 인덕터 회로(800b)는: 이 제한없는 예시에서 서포트 포스트(410a)(수직 배향식 지지 구조로도 지칭됨)의 상측 단부 근처에서 그 둘레에 장착되어 있는 제 2 싱글 턴 유도 코일로부터 형성되어 있는 패시브 히팅 인덕터(720); 패시브 회로 자속 결합수단을 형성하는 패시브 회로 자속 결합 구역들(740a, 740b);을 구비하고, 그 구성요소들 모두는, 전기적으로 폐쇄된 루프 패시브 버스 네트워크를 형성하면서 패시브 인덕터 버스 네트워크로도 지칭되는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(702)와 연관되어 있다. 패시브 히팅 인덕터는 열 처리될 제 2 워크피스 베어링 부재의 유도 가열을 위하여 구성되어 있다.

구성된 패시브 인덕터 회로(800b)는, 서포트 포스트(410a) 둘레에서 패시브 히팅 인덕터(720) 위에 배치되어 있으면서 링 형상으로 되어 있는 선택사항인 상측 패시브 자속 집중기(203b), 및 패시브 히팅 인덕터(720)에 의해 가열되고 있는 베어링 워크피스 부재 쪽으로 유도식 가열 선속을 향하게 하기 위해서 마스터 히팅 인덕터 아래에 배치되어 있는 선택사항인 하측 패시브 자속 집중기(204b)를 더 구비한다.

본 발명의 도시된 실시예에 있는 구성된 패시브 인덕터 회로(800b)는, 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(702) 안의 중공형 내부 관통 개구에서 순환되며 공급용 냉각 튜브(406a)와 회수용 냉각 튜브(406b)에 의해 제공되는 패시브 인덕터 회로 냉각 매체가 있는, 보조적 패시브 인덕터 회로 강제 액체 냉각 매체 시스템의 구성요소들을 더 구비한다.

구성된 패시브 인덕터 회로(800b)는 구성된 패시브 인덕터 회로의 특정 배열을 위하여 필요로 할 수 있는 바와 같이 하나 이상의 패시브 인덕터 회로 지지 구조들을 더 구비한다. 도면들에 나타나 있는 예시에서, 구성된 유도 열 처리 장치(800)는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 서포트 포스트(support post)(410a)(수직 배향식 지지 구조로도 지칭됨); 패시브 회로 인덕터 마운팅 베이스(passive circuit inductor mounting base)(410b); 및 패시브 회로 서포트 크래들(passive circuit support cradle)(410c);을 포함한다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)와 패시브 인덕터 회로(800b)는, 장치를 가지고 행해지는 열 처리를 위하여 베어링 워크피스를 장전하는 열 처리 공정 단계에서 베어링 워크피스(예컨대 열 처리를 필요로 하는 내측 베어링 레이스들의 선택된 다중 부재들이 있는 베어링 워크피스(900))의 대향하는 길이방향 측면 단부들로부터 합쳐질 수 있다(전기 유도 열 처리 장치를 조립하는 것으로도 지칭됨). 베어링 워크피스의 대향하는 측면 단부들로부터 장치의 조립은, 마스터 회로 인덕터 또는 패시브 회로 인덕터의 기하구성이 패시브 회로 인덕터에 의해 가열될 베어링 워크피스의 부재와의 물리적인 간섭, 또는 액티브 회로 인덕터에 의해 가열될 베어링 워크피스의 부재와의 물리적인 간섭을 각각 생성할 수도 있다는 가능성을 없앤다. 이와 유사하게, 열 처리 후 베어링 워크피스를 열 처리 장치로부터 장전해제하는(제거하는) 열 처리 공정 단계는, 베어링 워크피스의 대향하는 길이방향 측면 단부들을 통해서 구성된 마스터 인덕터 회로와 구성된 패시브 인덕터 회로를 서로로부터 분리시킴으로써 완수된다. 본 발명의 일부 실시예들(예컨대 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10d에 도시되어 있는 바와 같은 것)에서, 구성된 패시브 인덕터 회로(800b)는 구성된 마스터 인덕터 회로(800a)로부터 분리되어 있지만, 베어링 워크피스로부터 분리되어 있지 않으며(도 9c 및 도 10c), 베어링 워크피스는 유전 착좌부(dielectric nest)로서 당해 기술분야에서 알려진 구조로 패시브 인덕터로부터의 유전 절연물이 있는 패시브 인덕터 안에 자리하고 있다. 담금질처리 사이클의 완료 후에만, 베어링 워크피스는 구성된 패시브 인덕터 회로(800b)로부터 최종적으로 제거될 것이다. 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로를 합치는 공정 단계, 및 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로를 베어링 워크피스의 대향하는 길이방향 측면 단부들로부터 분리시키는 공정 단계는, 구성된 마스터 히팅 인덕터와 구성된 패시브 히팅 인덕터에 의해 각각 열 처리될 베어링 부재들에 대한 마스터 히팅 인덕터(710)와 패시브 히팅 인덕터(720)의 가까운 근접 자리배치를 허용한다. 도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있는 본 발명의 실시예에서, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(201)와 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(202)는 U자형의 마스터 회로 자속 결합 구역(230)들과 패시브 회로 자속 결합 구역(240)들 사이에 배치되어 있는 구리 튜빙 버스들로서 도시되어 있다.

구성된 마스터 인덕터 회로(800a)의 구성요소들과 구성된 패시브 인덕터 회로(800b)의 구성요소들 사이에는 물리적인 접촉 또는 전기적인 회로 접촉이 없는데, 예컨대 도 16a나 도 16c에 나타나 있는 바와 같이 그들이 워크피스 히팅 포지션에 있는 경우에 그러하고, 그리고 하나 이상의 열 처리 공정 단계들이 수행되고 있는 경우에 그러하다. 구성된 마스터 인덕터 회로 자속 결합 구역들(730a, 730b)은 인접하게 배치되어 있지만, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(701) 안에서의 교류 흐름에 의해 구축되는 자속을 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(702) 쪽으로 이송하기 위해서 도 16a와 도 16b에 도시되어 있는 바와 같이 분리 거리(705)만큼 구성된 패시브 인덕터 회로 자속 결합 구역(740a)들(도면들에 드러나 있지 않음)로부터 물리적으로 떨어져 이격되어 있다. 본 발명의 일부 실시예드에서, 전기 절연체는 자속 결합 구역들(730a, 730b) 사이에 그리고/또는 자속 결합 구역들(740a(도면들에 드러나 있지 않음), 740b) 사이에 그리고/또는 마스터 인덕터 네트워크(701)와 패시브 인덕터 네트워크(702) 사이에 자리배치되어 있다.

본 발명의 베어링 워크피스 전기 유도 가열 장치, 예컨대 구성된 유도 열 처리 장치(800)는, 구성된 마스터 인덕터 회로나 구성된 패시브 인덕터 회로를 움직임으로써, 또는 구성된 마스터 인덕터 회로와 구성된 패시브 인덕터 회로 양자 모두를 서로에 대해 서로로부터 멀어지는 방향(또는 방향들)으로 움직임으로써, 도 16a나 도 16b에 나타나 있는 바와 같이 워크피스 히팅 포지션 사이에서 움직일 수 있어서, 이들은 장전된 베어링 워크피스(예컨대 도 16a나 도 16b에서의 베어링 워크피스(900))와 서로로부터 분리되어 있다. 제한사항이 아니라 예시로서, (도면들에 나타나 있지 않는 적합한 워크피스 전자기계식 수송 장치를 가지고) 베어링 워크피스를 장전하거나 도 16a나 도 16b에 나타나 있는 워크피스 히팅 포지션으로부터 베어링 워크피스를 장전해제하기 위한 구성된 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로 사이의 분리 움직임은, 특정 적용처를 위하여 필요로 하는 바와 같이 방향성 움직임을 위하여 구성되어 있는 하나 이상의 적합한 전자기계식 리니어 액추에이터(linear actuator) 또는 로터리 액추에이터(rotatory actuator)로 달성될 수 있다.

도 14a 내지 도 16b에 도시되어 있는 전기 유도 열 처리 장치(800)를 가지고 행해지는 선택된 베어링 워크피스 부재들의 히팅 사이클과 적절한 오스테나이트화의 완료 후, 열 처리된 워크피스 베어링 부재들의 담금질처리는, 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같이 또는 이와 달리 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이, 가열 장치로부터 원격에 있는 위치에 배치되어 있거나 가열 장치에 대해 일체형인 담금질 장치를 가지고 완수될 수 있다.

도 7a와 도 7b에는 도 6b에 나타나 있는 마스터 회로 자속 결합 구역(230)과 패시브 회로 자속 결합 구역(240)(자속 집중기들)의 단면도들이 도시되어 있는데, 이는 다음의 적용처, 즉: (1) 마스터 인덕터 버스 네트워크와 패시브 인덕터 버스 네트워크가 도 7a에서 전자기적 결합 구역들(230a, 240a) 사이에 삽입되어 있는("끼워져 있는"으로도 지칭됨) 전기 전도성 튜빙(201a, 202a)(구리 조성과 같은 것)으로부터 형성되어 있는 적용처; 또는 (2) 마스터 인덕터 버스 네트워크와 패시브 인덕터 버스 네트워크가 유전 물질이 있는 간극들 또는 공기 간극들 안에서 도 7b에서의 전자기적 결합 구역들(230b, 240b) 사이에 삽입되어 있는("끼워져 있는"으로도 지칭됨) 전기 전도성 직사각 바들(201b, 202b)(구리 버스 바(copper bus bar)와 같은 것) 또는 직사각 형상의 튜빙(미도시)으로부터 형성되어 있는 적용처;에서 이를 대체하여 사용되는 경우이다. 도 7b에 도시되어 있는 직사각 구리 버스들의 사용은 가장 일반적으로 이용된다.

도 7a와 도 7b에서의 도식적인 인-히트 포지션 이격용 공기 간극들(205a, 205b)은 마스터 인덕터 회로(200a)의 요소들과 패시브 회로(200b)의 요소들 사이에 전기 아크발생(electrical arcing; 전기적 아킹) 또는 단락(short circuit; 쇼트 서킷)을 방지하도록 충분히 크다. 공기는 선호되는 유전 물질이 아니지만, 본 발명의 대체 실시예들에서는 공기 간극이 충분한 유전체로서 이용될 수 있고, 또는 인-히트 포지션 이격용 간극들(205a, 205b)이 일렉트리컬 컨덕터들을 전기적으로 절연하기 위해서 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이 전형적인 유전 물질로 채워질 수 있다. 이러한 전형적인 유전 물질은 유전 테이프, 세라믹 코팅, 또는 당해 기술분야에서 알려진 전기 절연 물질을 포함한다.

도 7a에서의 이격용 공기 간극(205a)과 도 7b에서의 이격용 공기 간극(205b)은 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b) 사이의 전자기적 결합에 부정적인 영향력을 발휘하도록 너무 커서는 안된다. 통상적으로, 제한사항으로서 그런 것은 아니지만, 이격용 공기 간극들(205a, 205b)(도 7b)은 0.5 mm 내지 6 mm의 범위 내에 있는데, 이는 전기 주파수, 전류의 규모 뿐만 아니라 작업 환경의 조건(이에 제한되는 것은 아니지만 습도, 습기 및 전기 전도성 먼지의 존재와 같은 것)에 좌우된다.

특정 적용처를 위한 마스터 회로 자속 결합 구역(230)과 패시브 회로 자속 결합 구역(240)의 제작 부재들을 위하여 미국특허제6,274,857호 및 미국특허제6,859,125호의 교시사항들을 참조하고 있으며, 자속 결합들이 있는 적당한 기하구성의 선택 그리고 그것들을 제자리에 보유하는 방법뿐만 아니라 이격용 공기 간극(205)의 적당한 크기결정의 선택을 포함한다.

본 발명의 공정에 관한 일 실시예에서, 유도식으로 가열될 하나 이상의 부재들을 가지고 워크피스를 장전하고 나서, 도 5a와 도 5b에 나타나 있는 바와 같이 본 발명의 장치의 마스터 유도 코일과 패시브 유도 코일 양자 모두를 인-히트 포지션으로 포지션조정한 후, 회로 전력 단자들(6a, 6b)에 접속되어 있는 교류 전력 공급장치는 마스터 인덕터 회로 안에서의 교류 흐름을 시작하게 하도록 에너지공급된다. 마스터 회로 자속 결합 구역(230)과 패시브 회로 자속 결합 구역(240)은 에너지공급된 마스터 인덕터 회로와 전기적으로 단락된 패시브 인덕터 회로 사이에 전자기적 결합을 제공하며, 이는 변압기 코어의 권선들 사이의 효과와 유사하다. 마스터 회로 인덕터 안에서 흐르는 교류는 마스터 회로 자속 결합 구역과 패시브 회로 자속 결합 구역 덕분에 폐쇄형-루프 패시브 회로 내부에서 흐르는 전류들을 (실제적으로 말하자면) 즉시 발생시킬 것이며, 이는 전기 전력 변압기의 1차 권선들과 2차 권선들 안에서의 전류 흐름과 유사하다.

패시브 인덕터 회로(200b) 안에서 유도된 순간적인 교류는, 예컨대 도5c에서의 화살표들로 도시되어 있는 바와 같이 마스터 인덕터 회로 안에서 흐르고 있는 소스 전류(source current)의 방향으로부터 반대편 방향으로 배향될 것이다. 그러나, 대체 회로 접속수단들에 좌우되어, 마스터 회로(200a)의 마스터 유도 코일(210) 안에서 흐르는 교류와 패시브 인덕터 회로(200b)의 패시브 유도 코일(220) 안에서 흐르는 교류는 반대편 방향으로 또는 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있는 마스터 회로 접속수단과 패시브 회로 접속수단은, 마스터 회로의 마스터 유도 코일(210) 안에서 흐르는 코일 전류에 대해 반대편 방향으로 순간적으로 배향되어 있는 패시브 인덕터 회로의 패시브 유도 코일(220) 안에서의 교류 흐름을 만들어낸다. 대향하는 방향 전류 배향은, 예컨대 자동차 적용처들에서 사용되는 대다수의 내측 베어링 레이스들을 위한 일반적으로 가장 바람직한 경화 패턴들에 해당하는 예컨대 도 1b, 도 1j 및 도 1k에 나타나 있는 경화 패턴을 획득하기 위하여 유익하다. 대조적으로, 바람직한 경화 패턴이 예컨대 도 1c에 도시되어 있는 바와 같은 경우라면, 이때 패시브 유도 코일(220) 안에서 흐르고 있는 순간적인 코일 전류를, 마스터 유도 코일(210) 안에서 흐르고 있으면서 접속된 전력 공급장치에 의해 제공되는 마스터 인덕터 회로 전류와 동일한 방향으로 배향하기 위해서 패시브 인덕터 회로의 회로 배열을 변화시키는 것이 유익할 수도 있다. 이러한 접속수단의 한가지 가능성있는 예시는 도 5e에 도시되어 있다. 도 5f와 도 5g에는 패시브 인덕터 회로의 패시브 유도 코일 안에서의 순간적인 전류 흐름들의 대체예가 도시되어 있다. 도 5f에는 도 5b와 도 5c에 나타나 있는 전기 회로를 위한 패시브 유도 코일(220)이 있는 패시브 인덕터 회로(200b)를 위한 교류 흐름의 순간적인 방향이 도시되어 있다. 도 5g에는 도 5e에 나타나 있는 패시브 유도 코일(220')이 있는 패시브 인덕터 회로(200b')를 위한 교류 흐름의 순간적인 방향이 도시되어 있다. 도 5f와 도 5g에 나타나 있는 패시브 회로(202) 안에서 흐르고 있는 전류의 동일한 순간적인 배향을 가지고 있는 것에 무관하게, 패시브 유도 코일(220')(도 5g) 안에서 흐르고 있는 전류는 패시브 코일(220)(도 5f) 안에서 흐르고 있는 전류에 대해 반대편 방향으로 배향되어 있다.

본 발명의 유도 열 처리 장치의 실시예에 관한 통상적인 디자인 적용처를 위하여, 마스터 인덕터 회로(200a)와 패시브 인덕터 회로(200b) 사이의 충분한 전자기적 결합, 교류식 전원으로부터 전력 단자 접속수단들(6a, 6b) 쪽으로 공급되는 바와 같이 마스터 인덕터 회로(200a)의 마스터 유도 코일(210) 안에서 흐르고 있는 전류와 패시브 인덕터 회로(200b)의 패시브 인덕터 코일(220) 안에서 유도되는 전류 사이의 차이는 10 퍼센트 미만일 수 있고, 그 차이는 액티브 유도 코일(210)과 패시브 유도 코일(220)의 코일 가열 면의 기하구성을 프로파일형성함으로써(예컨대 구리 기하구성을 프로파일형성함으로써) 더욱 보상될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 마스터 유도 코일(210) 안에서 흐르고 있는 전류의 규모와 패시브 유도 코일(220) 안에서 흐르고 있는 전류의 규모에서의 차이를 보상하기 위해서 마스터 유도 코일-대-워크피스 간극 보다 더 작은 0.25 mm 내지 2 mm 사이의 패시브 유도 코일-대-워크피스 간극을 제공하는 것은 충분하다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 베어링 레이스를 인-히트 포지션으로 전략적으로 포지션조정하는 것이 유익해서, 베어링 레이스 영역의 하측 매스 구역(lower mass region)은 패시브 인덕터 회로 안에 위치되어 있는 패시브 유도 코일에 의해 가열될 것이다. 예를 들어, 도 2a에서의 구역(115)은 도 2a에서의 구역(106)에 비해 열 처리되는 것을 필요로 하는 금속의 더 작은 질량을 가지고, 그러므로 인-히트 포지션에서는, 더 작은 매스 구역(115)을 가열하기 위하여 패시브 인덕터 회로(더 낮은 전류 규모)의 패시브 유도 코일(220)을 포지션조정하는 것과, 더 큰 매스 구역(106)을 가열하기 위하여 액티브 인덕터 회로(더 높은 전류 규모)의 마스터 유도 코일(210)을 포지션조정하는 것이 유익하다.

도 2a에 나타나 있는 예시적인 경우에서 도시사항만을 위하여, 둥근 수냉식 구리 튜빙은 코일 제작을 위하여 사용된다. 다른 경우들에서, 코일은 이를 대체하여, 다음의 것들, 즉: 고체 구리 블록을 기계가공하는 CNC; 적합한 구리 성분들을 브레이징하는 것; 또는 내측 베어링 레이스(115)들의 기하구성을 수용해내기 위해서 코일 턴들의 프로파일형성된 가열 면들을 형성하는 금형;에 의해 형성될 수 있고, 또는 코일은 3D 프린팅 같은 추가적인 제조 기법을 이용하여 제작될 수 있다.

전형적인 자속 집중기들(203, 204)은 내측 베어링 레이스들을 가열하기 위한 투-턴 코일의 각각의 턴(301, 302)에 의해 발생되는 자기장을 집중시키면서도 가열 효율을 향상시키려는 시도로 적용될 수 있다. 자속 집중기들은 표준 래미네이션 팩들, 순수한 페라이트들, 또는 압축된 그리고/또는 소결된 자성 입자들을 포함하고 있는 전형적인 철-기반 또는 페라이트-기반 분말 재료들(자성 합성물들과 같은 것)로부터 제작되는 것이 보통이다.

도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있는 본 발명의 코일 구성들은, 장착 및 장착해제 동안 (예컨대 도 1b에 나타나 있는 바와 같이) 더 작은 직경 구역(103)의 방해와 연관되어 있는 어떠한 제약도 없이, 최소한의 가능성있는 유도 코일-대-워크피스 간극들을 가지는 것을 허용한다. 본 발명은 알려진 종래 기술들에 비해 유도 코일과 워크피스 표면 사이에 실질적으로 더 가까운 결합 간극들을 제공한다는 결과를 초래하는데, 이는 높은 에너지 효율, 더욱 양호한 경화 패턴 제어라는 결과를 초래하기도 하고, 또한 최소한의 크기와 형상 비틀림, 오스테나이트화 동안 감소된 최대 온도와 최고 온도를 가지는 윤곽-유사 경화처리 패턴들을 획득하는 것을 허용하기도 하며, 열 처리 및 조작 동안 베어링 레이스들의 균열발생의 개연성이 감소된 상태로 야금학적으로 양질의 미세구조들의 만들어짐이라는 결과를 초래하기도 한다.

특정 적용처를 위하여 필요로 하는 바와 같이, 본 발명의 유도 열 처리 장치 및 방법은 이를 대체하여 수직방향 또는 수평방향 배향으로 배열될 수 있다. 장치 및 방법의 수직방향 배열이 있는 적용처들에서, (유도 코일(220)을 포함하는) 패시브 회로(200b)는 열 처리될 베어링 레이스가 포지션조정되어 있는 지지 페디스털(support pedestal)(예컨대 워크피스 안착용 구조(착좌부))과 조합하여 제공될 수 있다. 이 수직방향 배열에서, 페디스털 상에 안착되어 있는 베어링 레이스는 히팅 포지션으로 상승될 수 있고(들어올려질 수 있고), 도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 열 처리 사이클을 위하여 히팅 포지션으로 유지될 수 있다.

본 발명의 한가지 가능성있는 디자인에 따르면, 마스터 회로(200a)(도 5a)의 유도 코일은 정적인 상태로 유지되어 있고, 페디스털 상에(또는 유도 코일(220)을 포함하는 패시브 회로(200b)의 일부인 안착용 착좌부 상에) 포지션조정된 후의 베어링 레이스(100)(도 1a)는 히팅 포지션으로 움직이게 되거나 히팅 포지션을 벗어나 움직이게 된다. 패시브 회로(200b)는 폐쇄형-루프 전기 시스템을 표현한 것이기 때문에, 그것은 자유롭게 히팅 포지션으로 움직이거나 히팅 포지션을 벗어나 움직일 수 있고, 높은 전류를 운반하는 어떠한 전기 전력 접속 케이블들도 패시브 회로(200b)와 움직이게 될 필요가 없다. 워크피스를 히팅 포지션으로 움직이거나 히팅 포지션을 벗어나 움직이기 위한 메커니즘은 유압식이거나 공압식이거나 또는 전기식일 수 있다.

본 발명의 또 다른 디자인 컨셉에 따르면, 마스터 회로(200a)의 유도 코일(210)은 히팅 포지션으로 움직일 수 있거나 히팅 포지션을 벗어나 움직일 수 있지만, 베어링 레이스(100)는 축 방향으로 움직이지 않는다.

베어링 레이스 표면들의 기하구성 필수사항들과 경화 패턴 명세사항에 좌우되어, 베어링 레이스는 표준 수단을 이용하여 히팅 사이클 동안 회전될 수 있다(스핀동작될 수 있다). 작은 크기의 워크피스와 중간 크기의 워크피스를 위한 당해 기술분야에 알려진 바와 같은 전형적인 리프트-로테이트(lift-rotate) 구성은 저비용의 기계 선택사항을 제공할 수 있다. 실린더는 워크피스 베어링 레이스를 작업 포지션으로 들어올리고, 전기 모터는 그 부품을 회전시키기 시작한다. 선택사항으로서, 조정가능한 하드 스탑(adjustable hard stop)은 부품 포지션조정을 위하여 사용될 수 있다. 이 경우에서, 홀딩 척(holding chuck)이나 클램핑 블록(clamping block)은 베어링 레이스를 히팅 포지션에서 유지할 수 있지만, 가열 동안 그 회전을 허용하기도 하고 그 회전 동안 페디스털 상에 정적으로 안착될 필요는 없다.

본 발명의 다른 실시예들에서, 워크피스 베어링 레이스(100)는 본 명세서에 개시되어 있는 바와 같이 가열 동안 정적인 상태로 유지되어 있다.

전형적으로 디자인된 싱글-턴 코일들은, 거기에서 약간의 열 세기 감소로 이어지는 자기장의 불가피한 비틀림이 발생하게 되는 곳에 해당하는 영역을 가진다. 이 영역은 전원으로부터 전류를 보내는 구리 버스들이 유도 코일에 접속되어 있는 곳에 해당하는 구역(소위 유극 코일 파워 리드(polarized coil power lead)들이 있는 구역)과 연관되어 있다. 물리적인 현상으로 인하여, 열 세기 감소는 전자기장 프린징 효과(electromagnetic field fringing effect)(피쉬-테일 효과(fish-tail effect)로도 불림)로서 지칭되고, 그리고 문헌, 예컨대 유도 가열 핸드북에 설명되어 있다. 가열 동안의 워크피스 회전은 스플릿 영역에서의 열 부족을 (실제적으로 말하자면) 없애는데 도움이 된다. 워크피스 베어링 레이스가 (회전 없이) 정적으로 가열되는 경우라면, 거기에서의 열 세기 편차를 최소화하는 것은 여전히 가능성있는 것이다. 산업계는, 적당한 코일 구리 프로파일형성을 통해서 싱글-턴 코일들을 이용하는 정적인 유도 가열 적용처에서의 자기장-프린징 효과를 효과적으로 제어하면서 보상하는 여러 가지의 표준 수단을 개발해 오고 있다. 싱글-턴 코일의 스플릿 구역에서의 개선된 전자기적 결합(근접 효과)은 가열된 워크피스를 회전시킬 필요를 없애는 자기장 프린징을 보상한다. 코일의 스플릿 구역의 근접성에서의 자기장 세기 보상에 관한 이들 기법들은 미국특허제6,274,857호를 포함하여 수많은 공보들에 개시되어 있고, 베어링 레이스(100)가 회전 없이 정적으로 가열되는 경우에는 본 발명에서 이용될 수 있다.

히팅 사이클과 적절한 오스테나이트화의 완료 후, 베어링 레이스는 선택된 액체 담금제를 위하여 적합한 전형적인 담금질처리 기법들을 적용하여 제자리에서 담금질되거나 제자리를 벗어나 담금질될 수 있고, 또는 충분한 강철 경화성능이 있는 경우에는 강제 공기 담금질처리나 가스 담금질처리와 같이 대체 담금질 매체를 액체 담금질 매체에 적용함으로써 그러하다.

도 8a 내지 도 8d에는 베어링 레이스 열 처리를 위한 본 발명의 방법에 관한 일 실시예가 도식적으로 도시되어 있다. 도시된 방법에서 활용되는 전기 유도 가열 장치는, 예컨대 마스터 인덕터 회로(200a)(도 5a)와 패시브 인덕터 회로(200b)(도 5b)로부터 형성되어 있다. 도 8a에서 가열 장치가 분리되어 있는 상태(레이스 장전 포지션에 있는 상태)로 (베어링 레이스가 내측 또는 외측 레이스인지 여부에 좌우되어) 마스터 인덕터 회로(200a)의 마스터 인덕터 코일(210)의 바깥쪽 둘레나 그 내부에 비-열 처리된 베어링 레이스를 포지션조정하는 장전용 및 장전해제용 마운팅 페디스털 또는 고정수단(도면들에는 미도시됨) 상에 열 처리될 베어링 레이스를 장전한 후, (패시브 코일(220), 패시브 회로 자기적 결합수단(240)들과 패시브 버스 네트워크(202)를 포함하는) 전체 패시브 인덕터 회로(200b)는 도 8b에 나타나 있는 레이스 히팅 포지션으로 상승된다. 레이스 히팅 포지션에서, 마스터 회로 전자기적 결합수단(230)과 패시브 회로 전자기적 결합수단(240)은, 전력이 교류 전원 쪽으로의(TO AC PS) 접속수단을 통해서 마스터 인덕터 회로(200a)에 인가되는 경우 전자기적 링크(250)(도 8b에서 점선으로 된 타원 구역으로서 도시됨)를 생성하기 위해서 구리 일렉트리컬 컨덕터들로부터 형성되어 있는, 마스터 버스 네트워크(201b)와 패시브 버스 네트워크(202b)의 대응하는 세그먼트들 둘레에 서로에 대해 가까이 근접하여 포지션조정되어 있다(도 5a 내지 도 5c 참조). 도 8b에 나타나 있는 공정 단계에서, 가열되고 있는 베어링 레이스가 도 1b에 나타나 있는 베어링 레이스(100)인 경우라면, 코일들(210, 220)은 원하는 베어링 레이스 구역들, 예컨대 베어링 레이스 구역들(101, 102)을 위하여 히트 사이클을 시작하기 위해서 그 개개의 히팅 포지션들로 위치되어 있다. 히팅 사이클의 완료시, 전력은 마스터 인덕터 회로(200a)로부터 제거되고, 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 에너지차단할 것이고, 이때에는, 도 8c에 나타나 있는 바와 같이 가열 장치 안에 장전된 베어링 레이스 구역들의 담금질처리를 위하여, 스프레이 담금질 사이클이 즉시 또는 짧은 시간 지연(압력유지 시간(soak time)으로도 지칭됨) 후 시작하고, 여기서 전형적인 스프레이 담금질 디바이스(71)(예컨대 스프레이 담금질 블록 또는 액체 담금제 스프레이어)가 활용될 수 있다. 필요로 하는 경화 패턴과 베어링 레이스의 기하구성 특성들에 좌우되어, 짧은 시간 담금질 지연은 적합한 히트 프로파일(heat profile)을 획득하는데 도움이 될 수도 있다. 담금질 지연은 통상적으로 5 초를 초과하지 않는다. 스프레이 담금질 사이클의 완료시, 열 처리된 베어링 레이스들(도면들에 미도시됨)과 전체 패시브 인덕터 회로(200b)는 도 8d에 나타나 있는 바와 같이, 페디스털로부터의 열 처리된 베어링 레이스의 장전해제가 발생하게 되는, 베어링 레이스 장전해제 포지션으로 하강된다. 연속적인 순차적 베어링 레이스 열 처리 공정에서, 순차적인 비-열 처리된 베어링 레이스는 페디스털 상에 장전되고, 도 8a 내지 도 8d에 기술되어 있는 상위 유도 열 처리 공정은 반복된다.

도 9a 내지 도 9d에는, 도 8a 내지 도 8d에 기술되어 있는 방법을 위한 일부 공정 단계들에서와 유사한 본 발명의 베어링 레이스 열 처리에 관한 방법의 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있다. 도 9a 내지 도 9d의 방법에서, 첫번째 2개의 단계들은, 베어링 레이스 가열 장치 아래에 담금질 탱크(70)의 포지션조정하기를 제외하고, 도 8a와 도 8b에 도시되어 있는 방법 단계들을 위하여 위에 기술되어 있는 바와 같다. 히팅 사이클의 완료시, 전력은 마스터 인덕터 회로(200a)로부터 제거되고, 마스터 인덕터 회로와 패시브 인덕터 회로는 에너지차단할 것이고, 이때에는, 가열되고 나서 오스테나이트화된 베어링 레이스 구역들이 있는 베어링 레이스와 전체 패시브 인덕터 회로(200b)가, 담금질 사이클이 도 9c에 도시되어 있는 바와 같이 시작하는 유체 담금제(70a)의 표면 수준 아래에에서 담금질 탱크(70) 속으로 베어링 레이스 히팅 포지션으로부터 이송될 것이다. 제한하는 것은 아니지만 선호하게는, 유체 담금제는 담금질 균일성과 다른 선호되는 냉각 특징들을 개선하기 위해서 담금질 탱크 안에서 (예컨대 휘저음으로써) 교반된다. 담금질 사이클의 완료시, 담금질되고 열 처리된 베어링 레이스(100)(도면들에는 미도시됨)는 그 마운팅 페디스털 또는 고정수단에 의해 패시브 인덕터 코일로부터 장전해제하기 위한 포지션으로 상승되고 나서, 마운팅 페디스털 또는 고정수단으로부터 장전해제된다. 연속적인 순차적 베어링 레이스 열 처리 공정들에서, 순차적인 비-열 처리된 베어링 레이스는 마운팅 페디스털 상에 장전되고, 도 9a 내지 도 9d에 기술되어 있는 상위 유도 열 처리 공정은 반복된다.

베어링 레이스들을 형성하는데 사용될 수 있는 일부 강철들은 열악한 야금학적 경화성능을 가지므로, 도 9a 내지 도 9d에 대하여 위에서 기술된 방법에서 도시되어 있는 바와 같이 담금질 탱크 쪽으로의 베어링 레이스의 수송 동안 일어나는 시한 중 담금질처리에서의 지연에 대해 민감할 수 있다. 가열되고 나서 오스테나이트화되고 난 후 이러한 강철들의 온도는 최소한의 요구되는 온도 수준 아래로 잠재적으로 강하될 수 있고, 야금학적으로 바람직하지 않는 구조들이 지연된 담금질처리시 형성될 수 있다. 도 10a 내지 도 10d에는 베어링 레이스 열 처리를 위한 본 발명의 방법에 관한 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있다. 도 10a 내지 도 10d에 도시되어 있는 열 처리 방법은 도 9a 내지 도 9d에 도시되어 있는 방법의 수정예이다. 도 9a, 도 9b 및 도 9d에서 확인되는 공정 단계들은 도 10a, 도 10b 및 도 10d에서 확인되는 공정 단계들에서 유사하게 수행된다. 도 10c에서 확인되는 공정 단계는 도 9c에서의 공정 단계로부터 수정되어 있는데, 가열되고 나서 오스테나이트화된 베어링 레이스가 고정되어 있는 전체 패시브 인덕터 회로(200b)가 담금질처리 공정을 완료하기 위해서 담금질 탱크(70) 안의 유체 담금제(70a) 속으로 하강됨에 따라 패시브 인덕터 코일(220)에 대하여 고정되어 있는, 가열되고 나서 오스테나이트화된 베어링 레이스를 (담금질 스프레이 화살표들로 지시되어 있는 바와 같이) 스프레이 담금질 블록(72)이 담금질한다는 점에서 그러하다. 도 10a 내지 도 10d에 도시되어 있는 방법은, 오스테나이트화 후의 즉각적인 그리고/또는 미단속적인 담금질처리가 열 처리된 베어링 레이스의 야금학적 물성들로 인해 필요로 하게 되는 경우 특히 유용하다.

전기 유도 열 처리 공정들이 있는 일반적인 산업계 관례에 기초하여, 워크피스를 위한 담금질처리 공정 단계를 위하여 필요로 하는 시한은 가열 공정 단계와 오스테나이트화 공정 단계를 위한 시한에 비해 통상적으로 2배 내지 4배 더 길다. 결과적으로, 열 처리된 베어링 레이스들의 열 처리 생산율과 전력 공급 활용은 도 8a 내지 도 8d, 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10d에 개시되어 있는 방법들 중 임의의 것이 있는 특정 적용처들에서 원하는 것보다 더 낮을 수 있다.

도 11a와 도 11b에는, 개선된 전력 공급 활용으로 베어링 레이스들의 열 처리된 생산율을 상승시키는 것에 대한 한가지 대체예에 해당하는, 베어링 레이스 열 처리를 위한 본 발명의 방법에 관한 또 다른 실시예가 도식적으로 도시되어 있다. 도시된 방법에서 활용되는 전기 가열 장치는, 도 12a에서 베어링 레이스 히팅 포지션에 있는 것으로 나타나 있는 전기 유도 가열 장치(245)를 형성하기 위해서, 예컨대 다중 마스터 인덕터 코일들(210a", 210b")이 있는 마스터 인덕터 회로(200a"), 및 다중 패시브 인덕터 코일들(220a", 220b")이 있는 패시브 인덕터 회로(200b")로부터 형성된다. 도 12a에서의 가열 장치(245)에는 열 처리된 베어링 레이스 생산율을 증가시키기 위한 그리고 인가된 전력 활용을 상승시키기 위한 본 발명의 한가지 방법이 도시되어 있다. 도 11a와 도 11b에 도시되어 있는 방법에서, 2개의 베어링 레이스들(각각의 2개의 마스터 유도 코일 쌍과 패시브 유도 코일 쌍에서 하나)은 동시에 열 처리되고 나서 적당한 스프레이 담금질처리 디바이스(도 11a나 도 11b에서의 디바이스(73)와 같은 것)를 사용하여 동시에 담금질될 수 있는데, 이는 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이 그러한 것이고, 또는 대체 담금질 공정 단계들, 예컨대 이에 제한되는 것은 아니지만 도 8a 내지 도 8d, 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10d의 방법들에 개시되어 있는 것들로 그러한 것이다.

도 12a에는 히팅 포지션에 있는 본 발명의 전기 유도 가열 장치에 관한 대체 배열이 도시되어 있지만, 마스터 회로와 패시브 회로 안에 있는 다중 유도 코일들을 이용한 것이고, 즉 2개의 베어링 워크피스들 상의 레이스들을 동시에 가열하기 위하여 마스터 인덕터 회로 안에 있는 2개의 코일들(210a", 210b") 및 패시브 인덕터 회로 안에 있는 2개의 코일들(220a", 220b")을 이용한 것이다. 도 12a에는 편의상 단 하나의 베어링 워크피스가 도시되어 있다. 도 12b는 도 12a에서의 가열 장치의 왼쪽 단부에 관한 확대도이다.

도 11a 내지 도 11b 상에 나타나 있는 바와 같이, 마스터 인덕터 회로(200a")의 다중 코일들(210a", 220b")은 직렬로 전기적으로 접속되어 있다. 본 발명의 전기 가열 장치에 관한 대체 배열에서, 마스터 인덕터 회로(200a")의 다중 코일들(210a", 220b")은 병렬로 또는 그 조합으로 전기적으로 접속될 수 있다. 이와 유사하게, 패시브 회로(200b") 안의 다중 코일들(220a", 220b") 역시 병렬로, 또는 직렬 접속/병렬 접속의 조합을 가지고 전기적으로 접속될 수 있다.

로터리 턴테이블은 생산율을 증가시키는데 사용될 수 있고, 여기서 담금질처리는 히팅 포지션의 바깥쪽에 있는 다중 위치들에서 행해질 수 있다. 구성요소가 동일한 워크피스 상에 포지션조정되어 있는 상이한 경화처리 영역들을 필요로 하는 경우라면, 이 타입의 시스템 역시 사용될 수 있다. 로터리 테이블은 수평방향으로 배열되거나 수직방향으로 배열될 수 있고, 또는 기울어져 있을 수 있다.

도 13에는, 2개의 워크피스 베어링들을 동일한 시간에 처리하는 열 처리를 위한 3개의 스테이션들을 가지고 있는 수직 배향식 로터리 테이블(330)을 구비하는, 본 발명의 유도 가열 시스템에 관한 일 예시가 도시되어 있다. 화살표로 지시되어 있는 바와 같은 테이블의 반시계방향 회전에 있어서, 열 처리될 2개의 워크피스 베어링(100x)들은, 사전-가열 장전 및 사후-가열 장전해제 스테이션(prior-heat load and post-heat unload station)으로서 지칭될 수 있는 테이블 스테이션(333)에서 로터리 테이블 위쪽에 장전된다. 2개의 워크피스 베어링(100y)들은, 베어링 레이스들이 장치(245) 속에 장전되고 유도식으로 가열되고 오스테나이트화되고 나서 장치(245)로부터 장전해제되는 테이블 스테이션(331)(베어링 워크피스 가열 스테이션)에 대해 인접해 있는 본 발명의 듀얼 워크피스 가열 장치(예컨대 도 12a에 나타나 있는 가열 장치(245)) 속에 장전되고, 그리고 2개의 가열되고 오스테나이트화된 워크피스 베어링(100z)들은 그것들이 담금질 탱크(70) 안에 있는 담금제(70a)(도면에서 점묘법으로 되어 있는 담금제 표면 영역으로서 나타나 있음)로 담금질되는 담금질 테이블 스테이션(332)에 있다. 로터리 테이블은 2개의 워크피스 베어링들을 테이블 스테이션(331)으로부터 테이블 스테이션(332)으로 테이블 스테이션(333)으로 한번에 색인처리(index)한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 보충적인 스프레인 담금질 디바이스(도면에는 미도시됨)는 가열 테이블 스테이션(331)과 담금질 테이블 스테이션(332) 사이에 설치되어 있는데, 이들 2개의 스테이션들 사이에서의 수송 동안 워크피스 오스테나이트화 베어링 레이스 부재들을 담금질하기 위해서 그러하다. 보충적인 스프레이 담금질 디바이스는 무동작 또는 교반된 액체 담금제를 제공하는 도 10c에서의 스프레이 담금질 블록(72)과 유사할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 가열하거나 담금질처리하기 위한 또는 이를 대체하여 가열하고 나서 담금질처리하기 위한 복수의 테이블 스테이션들이 제공되어 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 로터리 테이블은 수평방향으로 배향되어 있고, 또는 수평방향이나 수직방향으로부터 비스듬한 각도로 배향되어 있다. 베어링 레이스 부재들은, 로터리 테이블의 가열 디바이스들 안에서 정지상태로 있는 동안 또는 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이 로터리 액추에이터와 같은 전형적인 회전 장치에 의해 회전되는 동안, 가열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 셔틀 장치는 상이한 공정 포지션들 사이에서(예컨대 가열하는 것으로부터 담금질처리하는 것으로 장전 포지션과 장전해제 포지션으로) 워크피스 베어링들을 수송하는 로터리 테이블의 기능을 수행하는데 사용된다.

도 17a에는, 적어도 2개의 위상-고정 출력들(161, 162)을 포함하고 있는 교류(AC) 전원과, 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리를 가지고 있는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템을 구비하는 본 발명의 또 다른 양태가 도식적으로 도시되어 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만 반도체 기술에 기초하여 제조되는 전기 디바이스들을 포함하여 당해 기술분야에서 알려진 임의의 AC 전원들(예컨대 사이리스터-기반 AC 전원 또는 트랜지스터-기반 AC 전원)은 그것들이 적어도 2개의 위상-고정 출력들(161, 162)을 가지고 있는 한 AC 전원(160a)으로서 사용을 위하여 적합하다.

스플릿 인덕터 어셈블리는 베어링 구성요소 히팅 포지션에서 분리가능한 2개의 마스터 인덕터 어셈블리들을 구비한다. 제 1 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(6a, 6b)는 AC 전원(160a)의 제 1 위상-고정 출력(161)을 (도 17a에 도시되어 있는 바와 같이) 제 1 마스터 히팅 인덕터(210)와 접속한다. 제 2 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(6c, 6d)는 AC 전원(160a)의 제 2 위상-고정 출력(162)을 제 2 마스터 히팅 인덕터(220)와 접속한다.

AC 전원(160a)의 출력들의 위상-고정 성능 덕분에, 제 1 마스터 히팅 인덕터(210) 안에서의 순간적인 인덕터 전류 흐름과 제 2 마스터 히팅 인덕터(220) 안에서의 순간적인 전류 흐름은 도 17b에서의 전류 파형들로 도시되어 있는 바와 같이 반대편 방향들로 배향될 수 있고, 또는 제 1 마스터 히팅 인덕터(210) 안에서의 순간적인 인덕터 전류 흐름과 제 2 마스터 히팅 인덕터(220) 안에서의 순간적인 전류 흐름은 도 17c에서의 전류 파형들로 도시되어 있는 바와 같이 동일한 방향들로 배향될 수 있다. 따라서, 베어링 부재들을 위한 경화 패턴 요건들(예컨대 도 1b 상에 도시되어 있는 단속적인 베어링 레이스 경화 패턴 또는 도 1c 상에 도시되어 있는 비-단속적인 베어링 레이스 경화 패턴)에 좌우되어, 본 발명의 대체 실시예에 따르는 AC 전원의 출력들의 이 위상-고정 성능은 제 1 마스터 히팅 인덕터(210)와 제 2 마스터 히팅 인덕터(220) 안에서의 순간적인 전류 흐름의 바람직한 배향(도 5c, 도 5f 또는 도 5g 상에 나타나 있는 것과 유사한 것들)을 제공할 것이다.

AC 전원(160a)의 적어도 2개의 위상-고정 출력들(161, 162) 각각에 의해 공급되는 전기 전력(따라서 각각의 히팅 인덕터들(210, 220)에 공급되는 전기 전력)은 독립적으로 제어되고, 이는 도 1b 상에 도시되어 있는 바와 같이 가열된 금속의 질량들에서의 가능성있는 차이들을 위한 보상을 허용한다(롤링 요소(예컨대 볼 또는 롤러)들이 내측 베어링 레이스들(101a, 102a)에 기대어 각각 얹혀있는 베어링 부재들 또는 구역들이 있는 구간들(101, 102)을 비교한다).

다중 출력들(161, 162)의 위상-고정 성능을 가지는 단일의 AC 전원(160a)을 이용하는 대체 접근법으로서, 위에 기술되어 있는 명세사항의 교시사항들의 이익을 누리고 있는 당해 기술분야에서의 통상의 기술자는 위에 기술되어 있는 단일의 AC 전원(160a)을 이용하는 것을 대신하여 출력 전력들의 위상-고정 성능을 가지는 2개의 상이한 AC 전원들을 사용할 수 있다. 이 수정예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

일정한 조건들 하에서 더욱 복잡한 AC 전원(160a)에 비해 전형적이고 덜 복잡하게 되어 있는 AC 전원(160)을 필요로 하는 것으로 인해 마스터-패시브 디자인 컨셉(예컨대 도 5c 또는 도 12a)은 더욱 비용-효과적인 접근법이더라도, 적어도 2개의 위상-고정 출력들(161, 162)을 포함하고 있는 AC 전원(160a)의 사용은 일정한 공정 이점들을 보여주는 유익하면서도 선호하는 것일 수도 있다. 이들 조건들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 더 높은 주파수들(예컨대 70kHz 내지 600 kHz 범위의 주파수들)의 적용처들을 포함한다. 이를 대체하여 또는 이들 조건들에 추가하여, 동시에 가열되는 것을 필요로 하는 금속들의 질량들에 상당한 차이들이 있는 적용처들을 포함한다(위에서 논의된 질량들에서의 차이들은 경화되는 것을 필요로 하는 베어링 부재들의 기하구성들에서의 대응하는 차이들과 연관되어 있을 수 있다(도 1b 상에 나타나 있는 바와 같이 롤링 요소들이 내측 베어링 레이스들(101a, 102a)에 기대어 각각 얹혀있는 베어링 부재들이나 구역들이 있는 구간들(101, 102)을 비교한다). 이를 대체하여 또는 이들 조건들에 추가하여, 실질적으로 상이한 기하구성들을 가지고 있으면서 동시에 열 처리되는 것을 필요로 하는 2개 이상의 베어링 부재들로 베어링 구성요소가 이루어져 있는 적용처들을 포함한다. 이를 대체하여 또는 이들 조건들에 추가하여, 단속적인 경화 패턴과 비-단속적인 경화 패턴의 조합을 보여주는 복수의 베어링 부재들로 베어링 구성요소가 이루어져 있는 적용처들을 포함한다. 이들은 단지 몇가지 예시적인 경우들이고, 여기서 다중 마스터 인덕터들(예컨대 도 17a와 같은 것)을 가지고 있는 유도 가열 시스템의 사용이 선호하는 것일 수도 있다.

도 18에는, 적어도 2개의 2차 권선들(222b, 222c)을 가지는 출력 변압기(222)의 1차 권선(222a)에 접속되어 있는 단일의 출력을 가지고 있는 전형적인 AC 전원(160)을 구비하는 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리를 가지고 있는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템을 구비하는 본 발명의 또 다른 양태가 도식적으로 도시되어 있다. 2차 권선들(222b, 222c)은 출력 변압기(222)의 대응한 출력들(161a, 162a)과 대응한 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크들(6a - 6b, 6c - 6d)을 통해서 2개의 대응한 마스터 인덕터들(210, 220)에 접속되어 있다.

제 1 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(6a, 6d)는 제 1 마스터 히팅 인덕터(210)와 변압기(222)의 제 1 출력(161a)을 접속한다. 제 2 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크(6c, 6d)는 제 2 마스터 히팅 인덕터(220)와 변압기(222)의 제 2 출력(162a)을 접속한다(도 18 참조).

2개의 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크들(6a - 6b, 6c - 6d) 각각은, 각각의 히팅 인덕터들(210, 220)에 공급되는 전력들의 조절을 독립적으로 허용하는 산업에서 일반적으로 사용되고 당해 기술분야에서 알려져 있는 사이리스터-기반 조절장치 또는 사이리스터-기반 AC 조절장치와 같은 표준 전력 제어 디바이스들(도 18 상에 미도시됨)로 이루어질 수 있다.

변압기(222)의 2차 권선들(222b, 222c)의 상대적인 구성을 서로에 대해 변화시킴으로써, (필요로 하는 경화 패턴들을 획득하기 위하여 바람직한 것은 무었이든) 서로에 대해 동일한 방향으로 또는 반대편 방향들로 히팅 인덕터들(210, 220) 안에서 흐르는 순간적인 전류들을 배향하는 것은 가능성있는 것이다. 단속적인 경화 패턴이 필요로 하게 되는 적용처들(예컨대 도 1b 상에 나타나 있는 바와 같은 것)에서, 히팅 인덕터들(210, 220) 안에서 흐르는 순간적인 전류들이 반대편 방향들로 배향될 수 있는 방식으로 변압기(222)의 2차 권선들(222b, 222c)을 구성하는 것이 유리하다. 대조적으로, 비단속적인 경화 패턴이 필요로 하게 되는 경우라면(예컨대 도 1c 상에 나타나 있는 바와 같은 것), 히팅 인덕터들(210, 220) 안에서 흐르는 순간적인 전류들이 동일한 방향으로 배향될 수 있는 방식으로 변압기(222)의 2차 권선들(222b, 222c)을 구성하는 것이 유리하다.

마스터-패시브 디자인 컨셉(예컨대 도 5c 및 도 12a)은 비용-효과적이고, 특정한 구성의 적어도 2개의 2차 권선들을 가지는 변압기(222)를 이용할 필요가 없게 되어 있는 상대적으로 단순한 디자인이지만, 일정한 조건들 하에서 도 18 상에 나타나 있는 회로구성의 사용은 일정한 공정 이점들을 보여줄 수 있다. 이들 조건들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 낮은 주파수와 중간 주파수(예컨대 500 Hz 내지 6kHz 범위)의 적용처들을 포함한다. 이를 대체하여 또는 이들 조건들에 추가하여, 상당히 깊은 경화 케이스 깊이들(예컨대 3 mm 내지 9 mm의 깊은 케이스 깊이들)이 필요로 하게 되어 있는 적용처들을 포함한다. 이를 대체하여 또는 이들 조건들에 추가하여, (도 1b 상에 나타나 있는 바와 같이 롤링 요소들이 내측 베어링 레이스들(101a, 102a)에 기대어 각각 얹혀있는 베어링 부재들이나 구역들이 있는 구간들(101, 102)과 같은, 경화되는 것을 필요로 하는 베어링 부재들의 기하구성들에서의 대응한 차이들과 연관되어 있는) 동시에 가열되는 것을 필요로 하는 금속들의 질량들에서의 실질적인 차이들을 보여주는 적용처들을 포함한다. 이들은 단지 몇가지 예시적인 경우들이고, 여기서 도 18 상에 나타나 있는 유도 가열 시스템의 사용이 유익할 수 있다.

싱글-턴 인턱더는 본 발명의 위 실시예들에서 활용된다. 본 발명의 대체 실시예들에서, 2개 이상의 턴 유도 코일들이 활용된다(예컨대 특정 적용처에 좌우되어 멀티-턴 액티브 코일과 멀티-턴 패시브 코일 역시 싱글-턴 인덕터 스타일을 대신하여 사용될 수 있다).

둥근 코일 구리 튜빙은 본 발명의 위 실시예들에서의 마스터 코일과 패시브 코일을 위하여 활용된다. 본 발명의 대체 실시예들에서, 다른 코일 구성들은 프로파일형성된 코일 구리를 포함하는 특정 적용처들에서 사용된다.

특정된 기하학적 형상으로 되어 있는 위에서 확인된 자속 집중기들, 예컨대 U자형의 또는 링 형상의 자속 집중기들은 대체 기하학적 형상들로 되어 있을 수 있고, 또는 특정한 적용처를 위하여 필요로 하는 바와 같이 다른 형상들로 되어 있는 자속 집중기들로부터 조립될 수 있다.

오스테나이트화를 위한 얇은-벽형성된 베어링 구성요소의 내측 표면(내측 레이스)을 가열하는 경우, 외측 표면의 스프레이 담금질처리는 전체 히트 사이클 동안 또는 히트 사이클의 일정 분율 동안 적용될 수 있다. (필요로 하는 경우라면) 이는, 얇은-벽형성된 베어링 구성요소들을 열 처리하는 경우 관통 경화처리(through hardening) 또는 과도한 경화처리 깊이를 방지하는데 도움이 된다. 이와 유사하게, (필요로 하는 경우라면) 외측 표면(외측 레이스)을 가열하는 경우 관통 경화처리 또는 과도한 경화처리를 방지하기 위하여, 스프레인 담금질이 내측 표면을 위하여 적용될 수 있다.

유도 열 처리 장치와 방법에 관한 대체 실시예들은, 열 처리될 베어링 레이스 표면 또는 레이스 구역들이 내측 베어링 레이스들 이외의 것, 즉 제한사항이 아니라 예시로서 예컨대 도 1d와 도 1e의 베어링 레이스들 안에 도시되어 있는 외측 베어링 레이스들 및 볼 레이스웨이들(100')에 해당하는 적용처들에 적용된다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 예컨대 외측 베어링 레이스들, 상보적인 마스터 인덕터 코일 및 패시브 인덕터 코일은 히팅 포지션으로 외측 베어링 둘레에서 외부에 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명은 선호되는 예시들과 실시예들의 관점에서 기술되어 있다. 명확하게 언급되어 있는 것들 이외의 균등예들, 대체예들 및 수정예들은 본 발명의 범위 내에 있고 가능성있다. 본 명세서의 교시사항들의 이익을 누리는 당해 기술분야에서의 통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 거기에 대한 수정들을 가할 수 있을 것이다.

Claims (21)

1. 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리를 가지고 있는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템으로서, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리는 베어링 구성요소 히팅 포지션으로부터 분리가능한 마스터 인덕터 어셈블리 및 패시브 인덕터 어셈블리를 포함하고 있고, 상기 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템은:
   상기 마스터 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 마스터 인덕터 회로로서, 상기 마스터 인덕터 회로는:
   적어도 하나의 제 1 베어링 부재를 가열하기 위한 마스터 히팅 인덕터;
   마스터 자속 결합수단;
   마스터 인덕터 회로 전력 단자들; 및
   상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들을 상기 마스터 히팅 인덕터에 접속하는 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 마스터 자속 결합수단은 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있는, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
   를 포함하고 있는, 마스터 인덕터 회로; 및
   상기 패시브 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 패시브 인덕터 회로로서, 상기 패시브 인덕터 회로는:
   적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 가열하기 위한 패시브 히팅 인덕터;
   패시브 자속 결합수단; 및
   상기 패시브 히팅 인덕터와 폐쇄형 직렬 전기 회로를 형성하는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 물리적으로 분리되어 있고, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접하여 포지션조정되어 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있어서, 상기 마스터 인덕터 회로와 상기 패시브 인덕터 회로가 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위하여 상기 베어링 구성요소 히팅 포지션에 있고 마스터 회로 교류가 상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들에 인가되어 있는 경우, 마스터 인덕터 회로 자기장은, 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 안에 패시브 회로 교류를 발생시키기 위해서, 상기 마스터 자속 결합수단과 자기적으로 결합되어 있는 상기 패시브 자속 결합수단을 통해서 상기 패시브 인덕터 회로와 결합하는, 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
   를 포함하고 있는, 패시브 인덕터 회로;
   를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스터 히팅 인덕터는 싱글 턴 솔레노이드 코일을 포함하고 있고, 상기 패시브 히팅 인덕터는 싱글 턴 솔레노이드 코일을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재 또는 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재는 상기 베어링 구성요소의 내부 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위해서 상기 마스터 히팅 인덕터 또는 상기 패시브 히팅 인덕터의 외부 둘레에 적어도 부분적으로 포지션조정되어 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재 또는 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재는 상기 베어링 구성요소의 외부 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위해서 상기 마스터 히팅 인덕터 또는 상기 패시브 히팅 인덕터의 내부 둘레에 적어도 부분적으로 포지션조정되어 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스터 히팅 인덕터와 상기 패시브 히팅 인덕터는 순간적인 반대방향 전류 흐름들을 위하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치를 더 포함하고 있고, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치는:
   (a) 상기 마스터 인덕터 어셈블리의 상기 마스터 히팅 인덕터를 상기 패시브 인덕터 어셈블리의 상기 패시브 히팅 인덕터와 길이방향으로 정렬하도록 구성되어 있고, 그리고, 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 동시 가열을 위하여, 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재가 상기 마스터 히팅 인덕터와의 유도식 가열을 위하여 포지션조정되어 있고 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재가 상기 패시브 히팅 인덕터와의 유도식 가열을 위하여 포지션조정되어 있는 경우, 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접해 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 물리적으로 분리되어 있는 상기 패시브 자속 결합수단을 포지션조정하도록 구성되어 있고; 그리고 이를 대체하여
   (b) 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도식 가열을 위해 상기 베어링 구성요소 히팅 포지션으로의 상기 베어링 구성요소의 포지션조정을 위하여 또는 상기 베어링 구성요소 히팅 포지션에서의 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도식 가열 후 상기 베어링 구성요소의 제거를 위하여, 상기 패시브 인덕터 어셈블리의 상기 패시브 히팅 인덕터로부터 상기 마스터 인덕터 어셈블리의 상기 마스터 히팅 인덕터를 길이방향으로 분리하도록 구성되어 있는;
   것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   유도식 가열 후 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 오스테나이트화된 구역들을 담금질처리해내기 위한 담금질 시스템을 더 포함하고 있고, 상기 담금질 시스템은, 이를 대체하여 또는 조합하여, 상기 베어링 구성요소 히팅 포지션으로부터 원격 담금질처리 스테이션 쪽으로의 전이 중 상기 원격 담금질처리 스테이션에서 상기 베어링 구성요소 히팅 포지션으로 담금질처리하기 위한 담금제 적용 장치를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 마스터 히팅 인덕터와 전기적 직렬 접속상태에 있는 제 2 마스터 히팅 인덕터, 및 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 구성요소 상의 적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 각각 가열하기 위하여 구성되어 있는 상기 패시브 히팅 인덕터와 전기적 직렬 접속상태에 있는 제 2 패시브 히팅 인덕터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 마스터 인덕터 어셈블리와 상기 패시브 인덕터 어셈블리는 베어링 워크피스 가열 스테이션에 인접하여 배치되도록 구성되어 있고, 상기 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템은 로터리 테이블을 더 포함하고 있고, 상기 로터리 테이블은:
   상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 상기 로터리 테이블에 장전하기 위한, 그리고 상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 상기 로터리 테이블로부터 장전해제하기 위한, 베어링 워크피스 로터리 테이블 사전-가열 장전 및 사후-가열 장전해제 스테이션;
   상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 상기 마스터 인덕터 어셈블리에 장전하기 위한 상기 베어링 워크피스 가열 스테이션, 및 상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 유도식 가열하기 위한 그리고 유도식 가열 후 상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 상기 마스터 인덕터 어셈블리와 상기 패시브 인덕터 어셈블리로부터 장전해제하기 위한 상기 패시브 인덕터 어셈블리;
   유도식 가열 후 상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소를 담금질처리해내기 위한 베어링 워크피스 담금질 스테이션; 및
   상기 베어링 워크피스 로터리 테이블 사전-가열 장전 및 사후-가열 장전해제 스테이션으로부터의 상기 베어링 구성요소와 상기 제 2 베어링 구성요소, 상기 베어링 워크피스 가열 스테이션, 상기 베어링 워크피스 담금질 스테이션 및 상기 베어링 워크피스 로터리 테이블 사전-가열 장전 및 사후-가열 장전해제 스테이션을 움직이기 위한 로터리 액추에이터;
   를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
10. 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리를 가지고 있는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템으로서, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리는 베어링 구성요소 히팅 포지션으로부터 분리가능한 마스터 인덕터 어셈블리 및 패시브 인덕터 어셈블리를 포함하고 있고, 상기 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템은:
    상기 마스터 인덕터 어셈블리 상에 배열되어 있는 마스터 인덕터 회로로서, 상기 마스터 인덕터 회로는:
    제 1 베어링 부재를 가열하기 위한 마스터 히팅 인덕터로서, 상기 마스터 히팅 인덕터는 수직 배향식 맨드릴 중심 길이방향 축을 가지고 있는 수직 배향식 맨드릴의 맨드릴 외주 둘레에 있는 제 1 맨드릴 단부에 배열되어 있는 싱글 턴 마스터 솔레노이드 코일을 포함하고 있는, 마스터 히팅 인덕터;
    마스터 자속 결합수단;
    마스터 인덕터 회로 전력 단자들; 및
    상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들을 상기 마스터 히팅 인덕터에 접속하는 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 마스터 자속 결합수단은 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 물리적으로 분리되어 있는, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 마스터 인덕터 회로; 및
    상기 패시브 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 패시브 인덕터 회로로서, 상기 패시브 인덕터 회로는:
    제 2 베어링 부재를 가열하기 위한 패시브 히팅 인덕터로서, 상기 히팅 인덕터는 수직 배향식 지지 구조 중심 길이방향 축을 가지고 있는 수직 배향식 지지 구조의 지지 구조 외주 둘레에 있는 제 1 지지 구조 단부에 배열되어 있는 싱글 턴 패시브 솔레노이드 코일을 포함하고 있는, 패시브 히팅 인덕터;
    패시브 자속 결합수단; 및
    상기 패시브 히팅 인덕터와 폐쇄형 직렬 전기 회로를 형성하는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 분리되어 있고, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접하여 포지션조정되어 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 물리적으로 분리되어 있어서, 상기 마스터 인덕터 회로와 상기 패시브 인덕터 회로가 상기 제 1 베어링 부재와 상기 제 2 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위하여 베어링 구성요소 히팅 포지션에 있고 마스터 회로 교류가 상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들에 인가되어 있는 경우, 마스터 인덕터 회로 자기장은, 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 안에 패시브 회로 교류를 발생시키기 위해서, 상기 마스터 자속 결합수단과 자기적으로 결합되어 있는 상기 패시브 자속 결합수단을 통해서 상기 패시브 인덕터 회로와 결합하는, 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 패시브 인덕터 회로;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재 또는 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재는 상기 베어링 구성요소의 내부 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위해서 상기 마스터 히팅 인덕터와 상기 패시브 히팅 인덕터의 외부 둘레에 적어도 부분적으로 포지션조정되어 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 수직 배향식 맨드릴 상의 상기 싱글 턴 마스터 솔레노이드 코일 위에 배치되어 있거나 그 아래에 배치되어있는 적어도 하나의 마스터 인덕터 자속 집중기를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 수직 배향식 지지 구조 상의 상기 싱글 턴 패시브 솔레노이드 코일 위에 배치되어 있거나 그 아래에 배치되어있는 적어도 하나의 패시브 인덕터 자속 집중기를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 수직 배향식 맨드릴은 상기 수직 배향식 맨드릴의 내부 플리넘으로부터 상기 제 1 베어링 부재와 상기 제 2 베어링 부재 쪽으로 담금제를 공급하는 복수의 담금제 개구들을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
15. 제 10 항에 있어서,
    스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치를 더 포함하고 있고, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리 포지셔닝 장치는:
    (a) 상기 마스터 인덕터 어셈블리의 상기 마스터 히팅 인덕터를 상기 패시브 인덕터 어셈블리의 상기 패시브 히팅 인덕터와 길이방향으로 정렬하도록 구성되어 있고, 그리고, 상기 제 1 베어링 부재와 상기 제 2 베어링 부재의 동시 가열을 위하여, 상기 제 1 베어링 부재가 상기 마스터 히팅 인덕터와의 유도식 가열을 위하여 포지션조정되어 있고 상기 제 2 베어링 부재가 상기 패시브 히팅 인덕터와의 유도식 가열을 위하여 포지션조정되어 있는 경우, 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접해 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 물리적으로 분리되어 있는 상기 패시브 자속 결합수단을 포지션조정하도록 구성되어 있고; 그리고 이를 대체하여
    (b) 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도식 가열을 위해 상기 베어링 구성요소의 포지션조정을 위하여 또는 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도식 가열 후 상기 베어링 구성요소의 제거하기를 위하여, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리의 상기 패시브 히팅 인덕터로부터 상기 스플릿 인덕터 어셈블리의 상기 마스터 히팅 인덕터를 길이방향으로 분리하도록 구성되어 있는;
    것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.
16. 베어링 구성요소 상의 복수의 베어링 부재들을 동시에 열 처리하는 방법으로서, 상기 방법은:
    마스터 인덕터 어셈블리와 패시브 인덕터 어셈블리로부터 스플릿 인덕터 어셈블리를 조립하는 단계로서, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리는:
    상기 마스터 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 마스터 인덕터 회로로서, 상기 마스터 인덕터 회로는:
    상기 베어링 구성요소 상의 적어도 하나의 제 1 베어링 부재를 가열하기 위한 마스터 히팅 인덕터;
    마스터 자속 결합수단;
    마스터 인덕터 회로 전력 단자들; 및
    상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들을 상기 마스터 히팅 인덕터에 접속하는 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 마스터 자속 결합수단은 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있는, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 마스터 인덕터 회로; 및
    상기 패시브 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 패시브 인덕터 회로로서, 상기 패시브 인덕터 회로는:
    상기 베어링 구성요소 상의 적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 가열하기 위한 패시브 히팅 인덕터;
    패시브 자속 결합수단; 및
    상기 패시브 히팅 인덕터와 폐쇄형 직렬 전기 회로를 형성하는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있고, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 물리적으로 분리되어 있는, 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 패시브 인덕터 회로;를 포함하고 있는, 단계;
    상기 마스터 히팅 인덕터와 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재의 유도 가열 및 상기 패시브 히팅 인덕터와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재의 유도 가열을 위하여 상기 베어링 구성요소의 길이방향 내부 축이 상기 마스터 히팅 인덕터와 상기 패시브 히팅 인덕터 내부에 배치되어 있는 상태로 베어링 구성요소를 위치시키는 단계;
    상기 마스터 인덕터 회로와 상기 패시브 인덕터 회로가 조립된 포지션에 있는 경우, 마스터 인덕터 회로 자기장은, 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 안에 패시브 회로 교류를 발생시켜서 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위해서, 상기 패시브 자속 결합수단을 통해서 상기 패시브 인덕터 회로와 결합하도록, 마스터 교류를 상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들에 인가하는 단계;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 구성요소 상의 외부 베어링 부재를 가열하기 위해서 상기 베어링 구성요소의 외측 길이방향 표면을 상기 마스터 히팅 인덕터 또는 상기 패시브 히팅 인덕터 내부에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 구성요소 상의 내부 베어링 부재를 가열하기 위해서 상기 베어링 구성요소의 내측 길이방향 표면을 상기 마스터 히팅 인덕터 또는 상기 패시브 히팅 인덕터 내부에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 구성요소의 유도 가열 후 상기 베어링 구성요소를 상기 조립된 포지션으로부터 제거하기 위하여 상기 마스터 인덕터 어셈블리와 상기 패시브 인덕터 어셈블리를 상기 베어링 구성요소의 대향하는 길이방향 단부 방향들로 분리시키는 단계, 및 상기 조립된 포지션으로의 포지션조정을 위하여 상기 마스터 인덕터 어셈블리와 상기 패시브 인덕터 어셈블리를 상기 베어링 구성요소의 대향하는 길이방향 단부 방향들로 합치는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 16 항에 있어서,
    상기 베어링 구성요소가 상기 스플릿 인덕터 어셈블리의 상기 조립된 포지션으로 배치되어 있는 상태로; 원격 담금질처리 스테이션에서; 또는 상기 원격 담금질처리 스테이션과 상기 스플릿 인덕터 어셈블리의 상기 조립된 포지션으로부터의 전이가 있는 조합에서, 이를 대체하여 또는 조합하여, 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재가 있는 오스테나이트화된 구역을 담금질처리해내는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 베어링 구성요소 상의 베어링 부재의 동시 가열을 위한 스플릿 인덕터 어셈블리를 가지고 있는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템으로서, 상기 스플릿 인덕터 어셈블리는 베어링 구성요소 히팅 포지션으로부터 분리가능한 마스터 인덕터 어셈블리 및 패시브 인덕터 어셈블리를 포함하고 있고, 상기 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템은:
    상기 마스터 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 마스터 인덕터 회로로서, 상기 마스터 인덕터 회로는:
    상기 베어링 부재를 부분적으로 가열하기 위한 마스터 히팅 인덕터;
    마스터 자속 결합수단;
    마스터 인덕터 회로 전력 단자들; 및
    상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들을 상기 마스터 히팅 인덕터에 접속하는 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 마스터 자속 결합수단은 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있는, 마스터 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 마스터 인덕터 회로; 및
    상기 패시브 인덕터 어셈블리 상에 배치되어 있는 패시브 인덕터 회로로서, 상기 패시브 인덕터 회로는:
    상기 베어링 부재를 부분적으로 가열하기 위한 패시브 히팅 인덕터;
    패시브 자속 결합수단; 및
    상기 패시브 히팅 인덕터와 폐쇄형 직렬 전기 회로를 형성하는 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로서, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크에 대해 인접하여 배치되어 있되 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크로부터 물리적으로 분리되어 있고, 상기 패시브 자속 결합수단은 상기 마스터 자속 결합수단에 대해 인접하여 포지션조정되어 있되 상기 마스터 자속 결합수단으로부터 공기 간극 또는 유전 물질 간극만큼 물리적으로 분리되어 있어서, 상기 마스터 인덕터 회로와 상기 패시브 인덕터 회로가 상기 적어도 하나의 제 1 베어링 부재와 상기 적어도 하나의 제 2 베어링 부재를 유도식으로 가열하기 위하여 베어링 구성요소 히팅 포지션에 있고 마스터 회로 교류가 상기 마스터 인덕터 회로 전력 단자들에 인가되어 있는 경우, 마스터 인덕터 회로 자기장은, 상기 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크 안에 패시브 회로 교류를 발생시키기 위해서, 상기 마스터 자속 결합수단과 자기적으로 결합되어 있는 상기 패시브 자속 결합수단을 통해서 상기 패시브 인덕터 회로와 결합하는, 패시브 인덕터 회로 컨덕터 네트워크;
    를 포함하고 있는, 패시브 인덕터 회로;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스플릿 다중 코일 전기 유도 가열 시스템.

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