NO178520B

NO178520B - Device for heating bearings and the like

Info

Publication number: NO178520B
Application number: NO905463A
Authority: NO
Inventors: George William Tyler
Original assignee: Feeney Charles
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1996-01-02
Also published as: NO905463L; NO178520C; EP0434204A1; PT96225B; KR910013978A; CA2029600C; JPH03194881A; AU622056B2; AR247324A1; DE69012298D1; CA2029600A1; EP0434204B1; BR9006377A; KR0171051B1; NZ236123A; DE69012298T2; NO905463D0; TW215140B; ATE111292T1; PT96225A

Description

Oppfinnelsen angår et induksjonsapparat for ringligneildéOO^U artikler, omfattende en bøylelignende, magnetisk permeabel kjerne med et hengslet parti som kan beveges mellom en åpen og en lukket stilling, hvor kjernen tillater montering av en artikkel som skal oppvarmes, omkring et parti av kjernen når kjernen befinner seg i den åpne stilling, en vikling som omgir kjernen for å tilføre energi til denne, hvor viklingen danner primærspolen i et transformatorsystem og artikkelen danner sekundærspolen i transformatorsysternet, samt en strømforsyning forbundet med primærspolen som omgir kjernen. The invention relates to an induction apparatus for ring-shaped articles, comprising a hoop-like, magnetically permeable core with a hinged portion which can be moved between an open and a closed position, the core permitting the mounting of an article to be heated, around a portion of the core when the core is in the open position, a winding that surrounds the core to supply energy to it, where the winding forms the primary coil in a transformer system and the article forms the secondary coil in the transformer system, as well as a power supply connected to the primary coil that surrounds the core.

Induksjonsoppvarming er vel kjent i teknikken og oppnås vanligvis ved hjelp av et apparat som utgjør en primærvikling på en transformator, idet lagerringen danner sekundærviklingen. Dette oppnås ved å anordne en hesteskokonstruksjon for primærviklingen og med et koblingsstykke for å fullstendiggjøre kretsen, idet koblingsstykket er innrettet til å motta lageret i induktiv kontakt. Induction heating is well known in the art and is usually achieved by means of a device which forms a primary winding on a transformer, the bearing ring forming the secondary winding. This is achieved by providing a horseshoe construction for the primary winding and with a coupling piece to complete the circuit, the coupling piece being arranged to receive the bearing in inductive contact.

En rekke induksjonsvarmeapparater er for tiden i bruk. Deres anvendelse.er imidlertid begrenset av en rekke ulemper som skyldes det faktum at induksjonsoppvarming for tiden består i å føre en strøm med høy effekt, ofte på flere kilowatt, gjennom en induksjonsspole for å frembringe sterk varme i det ledende metall og primærviklingen er generelt for den normale for-synings frekvens og av betydelig størrelse, hvilket gjør det vanskelig å transportere den. En annen ulempe forbundet med kjent teknikk er at lageret må demagnetiseres etter oppvar-mingsprosessen. A number of induction heaters are currently in use. However, their application is limited by a number of disadvantages due to the fact that induction heating currently consists of passing a high-power current, often of several kilowatts, through an induction coil to produce strong heat in the conducting metal and the primary winding is generally too frequency of the normal supply and of considerable size, which makes it difficult to transport. Another disadvantage associated with known technology is that the bearing must be demagnetized after the heating process.

For eksempel viser nr. GB-PS 1 454 783 induksjonsvarmeutstyr for oppvarming av metalliske ringer såsom lagre, idet utstyret omfatter en C-formet kjerne som utgjør en primærspole med en plan overflate på hoveddelen av utstyret. Den plane overflate mottar et lager og når strøm føres gjennom hoveddelen og kjernen, dannes en magnetisk flukskomponent gjennom lageret. Denne induserte magnetisme må etter oppvarmingen fjernes i lageret i et påfølgende trinn. For example, No. GB-PS 1 454 783 shows induction heating equipment for heating metallic rings such as bearings, the equipment comprising a C-shaped core forming a primary coil with a flat surface on the main part of the equipment. The planar surface receives a bearing and when current is passed through the body and core, a magnetic flux component is formed through the bearing. After heating, this induced magnetism must be removed in the bearing in a subsequent step.

Det er følgelig en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe et induksjonsvarmeapparat som gjør det unødvendig å fjerne indusert restmagnetisme i en oppvarmet artikkel, noe som kan være et problem. It is therefore an object of the present invention to provide an induction heating apparatus which makes it unnecessary to remove induced residual magnetism in a heated article, which can be a problem.

Ytterligere er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å avbøte noen av ulempene ved kjent teknikk å skaffe et apparat som er lett bærbart og som ikke magnetiserer et lager eller ring utilbørlig. Furthermore, it is an object of the present invention to mitigate some of the disadvantages of the prior art to provide an apparatus which is easily portable and which does not unduly magnetize a bearing or ring.

Disse ovennevnte hensikter oppnås med et induksjonsvarmeapparat som i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at strøm-forsyningen er en høyfrekvensforsyning av pulsmodetypen og innrettet til å arbeide med en tilstrekkelig høy frekvens til at det fåes lav magnetisk flukttetthet i kjernen og artikkelen, slik at behovet for å avmagnetisere gjenstanden etter at den er blitt induktivt oppvarmet, elimineres, at strømforsyningen er forbundet med en kontrollanordning som omfatter en kontrollkrets innrettet til deteksjon av strømlasten representert av artikkelen og over en til kontrollkretsen forbundet selvoscillerende inverterkrets for å regulere den til artikkelen tilførte frekvens, og at kontrollkretsen dessuten er forbundet med en temperatursensor- og kontaktanordning for å detektere temperaturen til den induktivt oppvarmede artikkel og momentant bryte strømforsyningen til primærspolen når temperaturen når en forhåndsbestemt verdi. These above purposes are achieved with an induction heater which, according to the invention, is characterized by the fact that the power supply is a high-frequency supply of the pulse mode type and designed to work with a sufficiently high frequency to obtain a low magnetic flux density in the core and the article, so that the need for to demagnetize the object after it has been inductively heated is eliminated, that the power supply is connected to a control device comprising a control circuit arranged to detect the current load represented by the article and above a self-oscillating inverter circuit connected to the control circuit to regulate the frequency supplied to the article, and that the control circuit is further connected to a temperature sensor and contact device to detect the temperature of the inductively heated article and momentarily cut off the power supply to the primary coil when the temperature reaches a predetermined value.

I den foretrukne form av oppfinnelsen er kjernen av ferritt. In the preferred form of the invention, the core is of ferrite.

Den viktigste fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at på grunn av en ny anvendelse av høyfrekvens som kan frembringes av en kompakt høyfrekvensgenerator, kan anordningen i henhold til oppfinnelsen utføres som en liten og lett transporterbar enhet. Den benyttede høyfrekvensstrøm som gir lav flukstetthet i kjerne og lager og hvor oscillasjonene gradvis avtar på grunn av drift i resonansmode, betyr at det nesten ikke finner sted noen magnetisering og at et avmagnetiseringstrinri kan unngås. The most important advantage of the present invention is that due to a new application of high frequency which can be produced by a compact high frequency generator, the device according to the invention can be made as a small and easily transportable unit. The high-frequency current used, which gives a low flux density in the core and bearing and where the oscillations gradually decrease due to operation in resonant mode, means that almost no magnetization takes place and that a demagnetization step can be avoided.

i # w «— w En utførelse av oppfinnelsen skal nå beskrives i det følgende med henvisning til den ledsagende tegning. i # w «— w An embodiment of the invention will now be described in the following with reference to the accompanying drawing.

Fig. 1 viser et skjematisk, delvis bortskåret riss av et varmeapparat for store lagre eller ringlignende gjenstander i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser et skjematisk, delvis bortskåret riss av et varmeapparat for små lagre eller ringlignende gjenstander i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser et skjematisk riss av en temperatursensor til bruk i oppfinnelsen. Fig. 4 viser et skjematisk riss av huset for høyfrekvensfor-syningen til bruk ved oppfinnelsen. Fig. 5 viser et blokkdiagram av en pulsmode-strømforsyning for varmeapparatet. Fig. 1 shows a schematic, partially cut-away view of a heater for large bearings or ring-like objects according to the invention. Fig. 2 shows a schematic, partially cutaway view of a heater for small bearings or ring-like objects according to the invention. Fig. 3 shows a schematic view of a temperature sensor for use in the invention. Fig. 4 shows a schematic view of the housing for the high-frequency supply for use in the invention. Fig. 5 shows a block diagram of a pulse mode power supply for the heater.

På fig. 1 og 2 er en primærspole 10 anordnet på ferrittkjerner 12 som er hengslet ved 14 for å tillate at lageret eller den ringlignende gjenstand festes over enten punkt A eller punkt B. Primærspolen 10 er forbundet med en pulsmode-strømforsyning 40 og er koblet til denne ved hjelp av en plugg 16. Et skjematisk riss av huset til pulsmode-strømforsyningen 40 er vist på fig. 4 og et blokkdiagram av kretsen er vist på fig. 5. Ferrittkjernene 12 er innelukket i et varmebestandig og ikke elektrisk ledende hus 13. In fig. 1 and 2, a primary coil 10 is arranged on ferrite cores 12 which is hinged at 14 to allow the bearing or ring-like object to be fixed over either point A or point B. The primary coil 10 is connected to a pulse mode power supply 40 and is connected to this by by means of a plug 16. A schematic diagram of the housing of the pulse mode power supply 40 is shown in fig. 4 and a block diagram of the circuit is shown in FIG. 5. The ferrite cores 12 are enclosed in a heat-resistant and non-electrically conductive housing 13.

På fig. 3 er to temperaturfølsomme integrerte kretser 18,19 montert på en fjærklemme 20, idet den ene måler temperaturen til lageret eller den ringlignende gjenstand og den andre måler den omgivende temperatur eller referansetemperaturen. De to integrerte kretser 18,19 er forbundet med pulsmode-strømfor-syningen 40 og koblet til denne ved hjelp av et koblingsstykke 22. In fig. 3, two temperature-sensitive integrated circuits 18,19 are mounted on a spring clamp 20, one measuring the temperature of the bearing or the ring-like object and the other measuring the ambient temperature or the reference temperature. The two integrated circuits 18, 19 are connected to the pulse mode power supply 40 and connected to this by means of a coupling piece 22.

På fig. 4 er pulsmode-strømforsyningen 40 i denne utførelse av oppfinnelsen plassert i et aluminiumshus 24. Primærspolen 10 er forbundet via sokkelen 26 og temperatursensorene 18,19 via sokkelen 28. Nettforsyningen er forbundet over bryteren 30 og sikringen 32. Temperaturstyringen av sensorene 18,19 frembringes ved hjelp av et potensiometer 34. Pulsmode-strømfor-syningen 40 aktiveres av en trykknapp 36 og en angivelse av den aktive tilstand fås fra LED 38. In fig. 4, the pulse mode power supply 40 in this embodiment of the invention is placed in an aluminum housing 24. The primary coil 10 is connected via the base 26 and the temperature sensors 18,19 via the base 28. The mains supply is connected via the switch 30 and the fuse 32. The temperature control of the sensors 18,19 is produced by means of a potentiometer 34. The pulse mode power supply 40 is activated by a push button 36 and an indication of the active state is obtained from the LED 38.

På fig. 5 blir nettstrømmen til kretsen for pulsmode-strømfor-syningen 40 likerettet i 42 og glattet ved hjelp av elektro-lytiske kondensatorer 44 for å frembringe en glatt likestrøm. Denne forsyningen benyttes til å drive en selvoscillerende inverterkrets 46 hvis nøyaktige frekvens reguleres av en kontrollkrets 48 (innbefatning av en slik krets vil være innlysende for fagfolk), mens den resulterende høyspenning og høyfrekvensstrøm deretter leveres til primærspolen 10 som varmer opp ethvert lager eller ringlignende gjenstand (lasten 50) hvormed den befinner seg i induktiv kontakt. Mellom inverterkretsen 46 og primærspolen er koblet en strømdetektor 52 som forbundet med kontrollkretsen 48. Kontakten 47 slutter kretsen over temperatursensorene 18,19, lasten 50 og kontrollkretsen 48. In fig. 5, the mains current of the pulse mode power supply circuit 40 is rectified in 42 and smoothed by means of electrolytic capacitors 44 to produce a smooth direct current. This supply is used to drive a self-oscillating inverter circuit 46 whose precise frequency is regulated by a control circuit 48 (the inclusion of such a circuit will be obvious to those skilled in the art), while the resulting high voltage and high frequency current is then supplied to the primary coil 10 which heats any bearing or ring-like object (the load 50) with which it is in inductive contact. A current detector 52 is connected between the inverter circuit 46 and the primary coil, which is connected to the control circuit 48. The contact 47 closes the circuit across the temperature sensors 18,19, the load 50 and the control circuit 48.

I et eksempel på oppfinnelsen ble det valgt en ferrittkjerne som var egnet til bruk ved frekvenser på 20 kHz. Typen Philips A320 KP 921 som ble benyttet hadde en lengde på 94 mm, en bredde på 27 mm og en tykkelse på 16 mm og flere ble montert sammen for å danne varmeapparatet som vist på fig. 1. De ble viklet med 15 vindinger av 2 • 1 mm kobbertråd. In an example of the invention, a ferrite core was chosen which was suitable for use at frequencies of 20 kHz. The type Philips A320 KP 921 used had a length of 94 mm, a width of 27 mm and a thickness of 16 mm and several were fitted together to form the heater as shown in fig. 1. They were wound with 15 turns of 2 • 1 mm copper wire.

En hjelpekrets ble innbefattet for å få hovedkretsen 40 til å kjøre med en frekvens som frembragte en effektfaktor på 1 i primærspolen 10. Dette var for å sikre at maksimal, effekt alltid ble levert til lasten 50. (Under variable lastforhold kunne effektfaktoren forandres og frembringe redusert effekt i lageret eller ringen). Denne kretsen har også til formål å få transistorene til å svitsje ved nullstrøm og således reclfielSbéU tapet i dem. An auxiliary circuit was included to cause the main circuit 40 to run at a frequency which produced a power factor of 1 in the primary coil 10. This was to ensure that maximum power was always delivered to the load 50. (Under variable load conditions the power factor could change and produce reduced effect in the bearing or ring). This circuit also has the purpose of making the transistors switch at zero current and thus reclfielSbéU the loss in them.

Variable temperaturinnstillinger kan fås med kontrollen 34 og ved det innstilte temperaturpunkt frembringes automatisk avslåing av pulsmode-strømforsyningen 40 sammen med en hørbar . avbryter. Måling av temperaturstigningen kan angis ved bruk av et display av flytende krystall. Variable temperature settings can be obtained with the control 34 and at the set temperature point automatic switching off of the pulse mode power supply 40 is produced together with an audible . interrupts. Measurement of the temperature rise can be indicated using a liquid crystal display.

Om kretsen over temperatursensoren er ufullstendig når arbeidsstykket som skal varmes settes opp eller temperatursensoren ikke er montert på arbeidsstykket, vil en sikkerhetskrets slå av pulsmode-strømforsyningen og dermed hindre aktivering av denne forsyning. If the circuit above the temperature sensor is incomplete when the workpiece to be heated is set up or the temperature sensor is not mounted on the workpiece, a safety circuit will switch off the pulse mode power supply and thus prevent activation of this supply.

Oppfinnelsen muliggjør sterk induktiv oppvarming med lav effekttilførsel. The invention enables strong inductive heating with low power input.

Claims

1. Induction heater for ring-like articles, comprising a hoop-like, magnetically permeable core (12) with a hinged portion (14) movable between an open and a closed position, the core (12) permitting the assembly of an article (50) to be is heated, around a part of the core (12) when the core is in the open position, a winding (10) which surrounds the core (12) to supply energy to it, where the winding (10) forms the primary coil in a transformer system and the article ( 50) forms the secondary coil in the transformer system, as well as a power supply (40) connected to the primary coil (10) which surrounds the core, and where the induction heater is characterized in that the power supply (40) is a high-frequency supply of the pulse mode type and arranged to work at a sufficiently high frequency so that a low magnetic flux density is obtained in the core (12) and the article (50), so that the need to demagnetize the object after it has been inductively heated, it is eliminated that the power supply (40) is connected to a control device (18, 19, 46, 47, 48, 52) which comprises a control circuit (48) arranged to detect the current load represented by the article (50) and above a self-oscillating inverter circuit (46) connected to the control circuit to regulate the frequency supplied to the article (50), and that the control circuit (48) is also connected to a temperature sensor and contact device (18, 19, 47) to detect the temperature of the inductively heated article (50) and momentarily interrupt the power supply to the primary coil (10) when the temperature reaches a predetermined value.

2. The induction heating apparatus according to claim 1, characterized in that the core (12) comprises a ferrite material.

3. Induction heating device according to claim 1, characterized in that it also comprises a housing (13) formed of heat-resistant and non-electrically conductive material, and that the housing encloses the core (12) and the winding (10).

4. Induction heater according to claim 1, characterized in that the control device (18, 19, 46, 47, 48, 52) comprises a current detector (52) connected between the inverter circuit (46) and the primary coil (10) as well as with the control circuit (48), so that an auxiliary circuit in the form of a phase-locked loop in the control circuit (48) is included in a feedback loop between the current load represented by the article (50) and the inverter circuit (46).

5. Induction heater according to claim 1, characterized in that the temperature sensor and contact device (18, 19, 47) comprises a temperature sensor (18) to detect the temperature of the inductively heated article (50) and a temperature sensor (19) to detect a reference temperature, preferably the temperature of the surroundings.

6. Induction heater according to claim 5, characterized in that the temperature sensors (18, 19) are connected to a temperature regulator (34), preferably in the form of a potentiometer, for setting the pre-determined temperature value, this temperature value being the difference between the inductively heated article's temperature and the reference temperature.