系统、制造设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在硬化工件时进行局部加热的系统，所述系统包括用于部分地加热工件的感应器以及用于限制由于感应器作用而在工件中引起的热蔓延的侧冷却装置，侧冷却装置直接布置在感应器上并且能够固定就位。
【专利说明】
系统、制造设备和方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于在工件的硬化过程中在空间上限制工件加热的系统，以及用于对工件进行感应硬化、特别是选择性表层硬化的方法。【背景技术】
[0002]感应硬化是用于部分地硬化工件的普遍方法并且例如从文献DE 10 2012 101 304 A1中已知。由感应器引起的交变磁场此处在习惯上被引导到导电工件上。磁场在目标区域(工件的表面区域)中产生涡电流，所述涡电流引起硬化过程所需的加热。通常可以以这种方式在工件表面上获得约l〇〇〇°C的温度。
[0003]工件表面上的这种增加的热然后本身具有作为如下工件区域的热源的作用:该工件区域被布置在周围的环境中并且在某些情况下并不想要进行硬化，或该工件区域的硬化因不希望的热传导影响而受到损害。例如，会出现下述情况，在滚动轴承的硬化过程中，两个滚道彼此相邻的紧密布置以使得在一个滚道的硬化过程中的热传播影响到另一滚道。因此，可能的情况是，没有达到需要的表面硬度或出现裂缝或发生滚道回火。从现有技术已知的包含由感应器产生热传播的过程使得有必要采取如下措施:其必须再次以复杂的方式改变以适于每个工件、特别是每个滚道。如果兴趣在于完全自动地执行滚动轴承、特别是大滚动轴承的制造，则这样的过程是极为不利的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种下述系统:通过所述系统在感应器的帮助下加热工件以使其部分硬化，并且同时将所产生的热传播限制于进行硬化的目标区域。此处希望的是， 为此采取的措施允许在滚动轴承特别是大滚动轴承的制造中包括自动地并且优选简单地执行的硬化过程。
[0005]本发明通过用于在工件的硬化过程中在空间上限制加热的系统来实现该目的，其中，该系统包括用于部分地加热工件的感应器、以及用于限制由感应器在工件中引起的热传播的侧冷却系统，其中，侧冷却系统直接布置在感应器上。
[0006]与现有技术相比，本发明具有下述优点:工件的与目标区域直接相邻的区域可以通过侧冷却系统而被冷却，其中，目标区域应当被理解为指的是旨在通过加热而被硬化的区域。工件的热传播因此可以限制于目标区域。
[0007]此处，优选的是，工件为滚动轴承、特别是大滚动轴承。这种大滚动轴承例如在摩天轮或风力发电站中使用。产生的力要求在硬化方面应用高标准，使得滚动轴承可以长久地保证可靠的运转。特别地，因此系统设置成用于硬化工件的封闭曲线部，特别是轴承环的工作表面。感应器优选地包括线圈或导体环，特别是铜线圈，其可以经受具有2kHz与40kHz 之间的频率的交变电流。因此，工件上的目标区域被立即(优选地在几秒内)加热至约1000 °(:的温度。
[0008]本发明的有利改进和发展可以从从属权利要求以及从参照附图的描述获得。
[0009]在另一实施方式中，侧冷却系统相对于感应器固定就位。该固定另外使系统的用户免于在改变工件的情况下总是必须再次使冷却装置定向至工件上的期望位置。
[0010]在另一实施方式中，该系统以位置固定的方式布置并且工件能够沿处理方向相对于系统移动，其中，感应器和侧冷却系统沿处理方向彼此相邻地布置。感应器和侧冷却系统经由供应线路优选地连接至电流或淬火介质以局部冷却工件。通过使工件相对于位置固定的系统的相对运动，则可以尤其有利地避免供应线路将必须被定尺寸并且构造成使得供应线路在沿工件的周围的其他必要运动期间将能够随之从动。[0011 ]在另一实施方式中，侧冷却系统包括具有出口孔的基本本体，其中，出口孔用于引导包括淬火介质的冷却射流。特别地，出口孔预先确定旨在于靠近目标区域的哪个位置处发生冷却，其中，出口孔在硬化过程中有利地在尺寸方面是稳定的，并因此冷却射流相对于目标区域的方位在硬化过程中保持大致恒定。
[0012]在另一实施方式中，提出:
[0013]-出口孔的直径和/或
[0014]-出口孔的方位
[0015]适于工件和/或适于由感应器在工件中引起的热传播。例如，出口孔相对于垂直于处理方向延伸的方向倾斜。特别地，出口孔倾斜成使得目标区域与由淬火介质冷却的区域之间的距离经由该倾斜而限定。此外，通过确定直径的尺寸，供应至工件的淬火介质的量可以以适于工件的方式确定或限定。通过控制冷却过程，可以有利地在空间上限制硬化所需的加热以单独适于工件。
[0016]在另一实施方式中，侧冷却系统包括减压器和/或调整螺钉以便冷却射流的体积流量的计量。在减压器和/或调整螺钉的帮助下，可以甚至更精确地限定通过侧冷却系统实施的冷却。此处能够设想到经由减压器和/或调整螺钉进行的精确调节。此外，能够设想到在硬化过程中通过减压器和调整螺钉改变或重新调整冷却流。减压器和调整螺钉优选地是控制回路的一部分，其确保一旦在系统的周围环境中确定存在超过阈值的温度则对设定流量的冷却进行重新调整。
[0017]在另一实施方式中，调整螺钉可以被固定。因此，可以以有利的方式确保冷却流在硬化过程中不会无意地改变。
[0018]在另一实施方式中，该系统包括另一侧冷却系统，该另一侧冷却系统直接布置在感应器上并且能够固定就位，其中，感应器沿着处理方向布置在侧冷却系统与另一侧冷却系统之间。因此，可以以有利的方式限制工件的沿遵循处理方向的方向以及沿与处理方向相反的方向的热传播。这特别地对于滚动轴承具有下述优点:保护了由于滚动轴承在硬化过程中的旋转运动而再次进入到感应器的附近但尚未被加热的已硬化区域。
[0019]在另一实施方式中，淬火介质包括空气、水、油、溶液和/或乳状液。优选地在淬火介质被供应至工件之前预先将其冷却。工件上的期望区域可以在合适的淬火介质的帮助下以目标方式有效地冷却。
[0020]在另一实施方式中，提出:
[0021]-系统包括多个感应器，
[0022]-感应器包括适于工件的感应器几何形状，和/或
[0023]-基本本体包括多个出口孔。因此，多个部分可以被同时硬化，并且因此硬化过程以有利的方式加速。
[0024]在另一实施方式中，辅助感应器作为预热器安装在感应器的上游，如沿处理方向观察到的。
[0025]在另一实施方式中，系统包括用于工件的前进运动的驱动器，其中，前进运动能够通过驱动器控制。驱动器优选地是引起工件的前进运动的滚动驱动器。此外，能够设想到工件的连续运动能够通过驱动器实现。通过工件的连续运动，提供最佳的先决条件以便简单且位置精确地加热工件。还能够设想到通过驱动器在硬化过程中使前进运动加速和/或减速。
[0026]另一主题是用于制造滚动轴承优选地大滚动轴承的制造设备，其中，制造设备包括上述系统中的一个系统。特别地，能够设想到通过该制造设备以完全自动的方式获得滚动轴承、优选地大滚动轴承。此处有利的是，适于滚道的侧冷却系统被固定并且因此针对每个新的工件或滚道无需再以复杂的方式锁定。
[0027]另一主题是用于对工件、优选地大滚动轴承进行感应硬化特别地进行选择表面层硬化的方法，其中，在第一方法步骤中通过感应器加热工件，其中，在第二方法步骤中通过直接布置在感应器上的侧冷却系统在空间上限制工件中的由感应器引起的加热。第一方法步骤和第二方法步骤优选地同时实现。因此，热传播有利地可以在产生之后尽可能立即地被限制在目标区域中。
[0028]在另一实施方式中，通过驱动器使工件相对于包括感应器和侧冷却系统的系统、 特别地相对于上述系统中的一个系统移动。
[0029]在另一实施方式中，在第一方法步骤之前的零方法步骤中形成、优选地铸造和/或铣削工件。此处能够设想到在工件已经被铸造、锻造和/或铣削之后立即硬化工件。
[0030]本发明的其他细节、特征和优点从附图以及参照附图的优选实施方式的下列描述中显露出来。附图仅说明了本发明的不限制重要的发明构思的示例性实施方式。【附图说明】
[0031]图1以立体图示出了根据本发明的第一示例性实施方式的用于在硬化期间在空间上限制工件加热的系统。
[0032]图2示出了根据本发明的第二示例性实施方式的用于在硬化期间在空间上限制工件加热的系统。[〇〇33]图3a至图3d各自示出了根据本发明的第三、第四、第五和第六示例性实施方式的用于在硬化期间在空间上限制工件加热的系统。【具体实施方式】
[0034]在各幅附图中，相同的部件始终以相同的附图标记表示并且因此通常也在每种情况下只命名或提到一次。
[0035]图1示出了根据本发明的第一示例性实施方式的用于在工件10的硬化期间在空间上限制其加热的系统1。对于工件10的硬化，此处设置感应器2,该感应器以交流电流供电并然后通过由交流电流引起的磁场部分地即以在空间上受限的方式作用在工件10上。在此过程中，特别是工件10的表面层被加热并由此优选地在几秒钟之内加热至约l〇〇〇°C。在习惯上常用的材料的情况下，通过加热在表面层中产生尽可能均质的奥氏体，并且通过利用淬火介质对该加热表面区域进行的随后淬火，形成尽可能高份额的马氏体。特别地，使用将淬火介质引导到工件上的喷水器以高的冷却速率进行淬火。根据感应器的几何形状，此处可以产生加热深度或表面硬化深度分布，加热深度或表面硬化深度分布另外还可受到工件的表面层中的温度分布或受到交流电流的频率的影响，该频率优选地介于2kHz与40kHz之间。
[0036]工件10优选地是滚动轴承，特别是如例如在摩天轮或风力发电站中使用的大滚动轴承。这种工件10在硬化过程的初始阶段中优选地形成、特别地铸造和/或铣削。此处特别地，在工件10的封闭曲线部、特别是轴承环的工作表面进行硬化。对于整个工件10的硬化或仅在工件10的特定区域硬化，感应器2以位置基本固定的方式布置并且工件10借助于驱动器8相对于感应器2移动，特别地，工件10分段地沿处理方向B被引导经过感应器2。沿处理方向B的运动优选地连续发生。此外能够设想到，感应器2被引导到工件10的内侧和/或外侧。 为了防止加热的表面区域对工件10的其他区域或其他工件进行加热并从而防止无意地影响其表面质量，除了感应器2之外，系统1还包括直接布置在感应器2上的侧冷却系统3。特别地，侧冷却系统3被固定，系统1的用户因此在工件10被改变时有利地无需以费时的方式重复地重新定向侧冷却系统3。侧冷却系统3优选地布置在感应器2的后面一一如沿处理方向B 看到的一一以使已硬化的区域免于重新且无意地加热。还能够设想到，侧冷却系统3构造成使得侧冷却系统3防止热从加热的表面区域、目标区域沿多个方向传播。例如，为此，另一侧冷却系统沿处理方向B设置在感应器2的上游，以使工件10的尚未硬化的区域免于无意的加热。特别地在滚动轴承的情况下，如果已硬化的区域在旋转一周之后再次到达感应器2的附近或者滚道被定位成彼此靠近以使得一个滚道的热传播间接地加热另一滚道，则希望限制加热区域(目标区域)的热传播。这种无意的加热会导致没有获得所需的硬度或导致裂缝产生或滚道发生回火。
[0037]图2示出了根据本发明的第二示例性实施方式的用于在工件10的硬化期间在空间上限制对其加热的系统1，其中，为了清楚起见，仅示出了沿处理方向B移动的工件10的一部分。特别地，根据本发明的第二实施方式的系统1包括两个感应器2,相应的侧冷却系统3直接设置在两个感应器2上。感应器2相对于工件10彼此对置地布置，由此工件10可以优选地同时沿着内侧以及沿着外侧被硬化。工件10的热传播通过侧冷却系统3以积极的方式受到限制或限定于加热区域9。[〇〇38]图3a至图3d分别示出了根据本发明的第三、第四、第五和第六示例性实施方式的用于在工件10的其硬化期间在空间上限制其加热的系统1。在本文中，系统1在每种情况下均以从图2已知的详细说明性形式示出。此处提出了:侧冷却系统3具有用于引导包括淬火介质的冷却流的出口孔12。淬火介质优选地包括空气、油、水或特定的乳状液或溶液。淬火介质的体积流量此处可以通过出口孔12的直径7的尺寸限定。例如，在图3a的侧冷却系统3 的情况下朝向工件10引导的冷却流量将比图3c的侧冷却系统的冷却流量更大，图3c中的直径7小于图3a中的直径。另外，可以通过对出口孔12定向而将冷却流相对于通过感应器2加热的区域定向到所需的区域上。出口孔12的大体轮廓优选地相对于与处理方向B垂直延伸的方向倾斜，如在图3c的实施方式中示出的。另外或替代性地，体积流量的计量可以通过减压器17调节。[〇〇39]附图标记列表
[0040]1 系统[0041 ]2感应器
[0042]3侧冷却系统
[0043]5淬火介质的供应
[0044]6定位设备
[0045]7出口孔的直径
[0046]8驱动器
[0047]9加热区域
[0048]10 工件
[0049]12 出口孔 [〇〇5〇] 17减压器
【主权项】
1.一种用于工件(10)的在硬化过程中的空间上受限加热的系统(1)，其中，所述系统 (1)包括用于部分地加热所述工件(10)的感应器(2)以及用于限制由所述感应器(2)在所述 工件(10)中引起的热蔓延的侧冷却系统(3)，其中，所述侧冷却系统(3)直接布置在所述感 应器(2)上。2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述侧冷却系统相对于所述感应器固定就位。3.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述系统(1)以位置固定的方式布置，并且所 述工件(10)能够相对于所述系统(1)沿处理方向(B)移动，其中，所述感应器(2)和所述侧冷 却系统(3)沿所述处理方向彼此相邻地布置。4.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述侧冷却系统(3)包括具有出 口孔(12)的基本本体，所述出口孔(12)用于引导包括淬火介质的冷却射流。5.根据权利要求3所述的系统(1 )，其中，-所述出口孔(12)的直径和/或-所述出口孔(12)的方位适于所述工件(10)和/或适于由所述感应器(2)在所述工件(10)中引起的热蔓延。6.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述侧冷却系统(2)包括用于计 量所述冷却射流的体积流量的减压器(17)和/或调整螺钉，其中，所述调整螺钉能够被固定。7.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述系统(1)包括直接布置在所 述感应器(2)上并能够固定就位的另一侧冷却系统，其中，所述感应器(2)沿所述处理方向 (B)布置在所述侧冷却系统(3)与所述另一侧冷却系统之间。8.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述淬火介质包括空气、水、油、 溶液和/或乳状液。9.所述系统(1)，其中，-所述系统(1)包括多个感应器(2)，-所述感应器(2)包括适于所述工件(10)的感应器几何形状，和/或-所述基本本体包括多个出口孔(12)。10.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述感应器(2)的如沿所述处理 方向(B)观察到的上游安装有作为预热器的辅助感应器。11.根据前述权利要求中的一项所述的系统(1)，其中，所述系统(1)包括用于所述工件 (10)的前进运动的驱动器(8)，其中，所述前进运动能够通过所述驱动器(8)控制。12.—种用于制造滚动轴承的制造设备，其中，所述制造设备包括根据权利要求1至11 中的一项所述的系统。13.—种用于感应地硬化工件(10)的方法，其中，在第一方法步骤中通过感应器(2)加 热所述工件(10)，其中，在第二方法步骤中通过直接布置在所述感应器(2)上的侧冷却系统 (3)在空间上限制由所述感应器(2)在所述工件(10)中引起的加热。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述工件(10)能够通过驱动器(8)相对于包括 所述感应器(2)和所述侧冷却系统(3)的系统(1)、特别地相对于根据权利要求1至12中的一 项所述的系统移动。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，在所述第一方法步骤之前的零方法步骤中形成所述工件(10)。
【文档编号】C21D1/10GK106029916SQ201580009291
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月17日
【发明人】马可·伯特兴, 马蒂厄·朗厄尔斯, 塔蒂亚娜·泽德勒
【申请人】蒂森克虏伯罗特艾德有限公司, 蒂森克虏伯有限公司