JP2021504577A - 金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置、誘導式の硬化方法及び装置の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】急冷が硬化過程後すぐに行われる、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる改善された装置を提供する。【解決手段】金属製のワークピース６を硬化させる誘導ユニット２と、急冷ユニット３とを有する、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置１において、装置１がドラムユニット４を備えており、ドラムユニットは、その回転軸線が垂直に向けられているとともに、それぞれ１つのワークピース６のための複数のワークピース収容部５を備えており、急冷ユニット３が、ドラムユニット４に割り当てられているとともに、少なくとも２つの急冷スプリンクラー７，７’，７”，８を備えており、急冷スプリンクラーのうち少なくとも１つが各ワークピース収容部５に割り当てられている。

Description

本発明は、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置と、当該装置を用いた誘導式の硬化方法と、誘導式に硬化させる装置の使用とに関するものである。

金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置が従来技術から知られており、水平なドラム装置が、ワークピースを収容し、ワークピースを誘導ユニットへ供給し、加熱されたワークピースは、急冷のために浸漬槽へ移される。

特許文献１には、誘導式に硬化させる装置が記載されており、金属製のワークピースは、磁場を用いて誘導式に加熱され、その後、適切な急冷媒体によって再び冷却される。

このために適切な、特にラックの硬化に適切な誘導子は、特許文献２及び特許文献３から知られている。これら文献には、例えばラックのような細長いワークピースを硬化するための誘導子の形状が記載されている。

急冷は、硬化後時間遅延をもって行われる。なぜなら、ワークピースは、まず誘導子から取り出され、その後急冷ユニットへ入れられる必要があるためである。これにより、急冷が遅延することとなり、これにより、硬化の品質が損なわれることがある。

独国特許出願公開第１０２０１１１０８８７５号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２０１４７６５号明細書 欧州特許第２１３５４８５号明細書

当該従来技術を基礎として、本発明の課題は、急冷が硬化過程後すぐに行われる、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる改善された装置を提供することにある。

当該課題は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。

別の課題である、金属製のワークピースを硬化させる、より単純かつより良好な方法の提案は、独立請求項９の特徴を有する、装置を用いた誘導式の硬化方法によって解決される。

また、単純に構成され、改善された硬化を可能とする、誘導式の硬化装置の適切な使用を提供するという課題は、独立請求項１１の特徴を有する、誘導式の硬化装置の使用によって解決される。

装置、方法及び使用の発展形成は、従属請求項において説明されている。

硬化装置の第１の実施形態は、金属製のワークピースを硬化させる誘導ユニットと、誘導ユニットに割り当てられた急冷ユニットとを有する、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置に関するものである。本発明によれば、装置はドラムユニットを備えており、ドラムユニットの回転軸線は垂直に向けられており、ドラムユニットは、それぞれ１つのワークピースのための多数のワークピース収容部を備えている。ここで、急冷ユニットは、ドラムユニットに割り当てられているとともに、少なくとも２つの急冷スプリンクラーを備えており、当該急冷スプリンクラーのうち少なくとも１つが各ワークピース収容部に割り当てられている。

ドラムユニットの回転方向は、硬化装置がどのように構成されているか、及び個々の構成要素がどのくらいスペースを有するかに応じて、反時計回りであっても、また時計回りであってもよい。回転方向に応じて、硬化装置は、それぞれ他の回転方向に対応する硬化装置に対してミラー反転状に構成されている。

本発明の別の実施形態では、誘導ユニットがドラムユニットの周囲に沿った第１の位置に位置固定して配置されることができ、急冷ユニットがドラムユニットの周囲に沿った第２の位置に位置固定して配置されることができ、急冷ユニットは、誘導ユニットに対して９０°よりも小さな角度だけドラムユニットの回転方向へずらして配置されている。また、急冷ユニットは、ドラムユニットに対して径方向内方へ向けられた２つ又はより多くの急冷スプリンクラーを備えている。

有利には、これにより、改善された急冷を可能とすることができる。急冷は、ドラムユニットが更に回転しなければならずまた急冷装置に到達する時間の経過後に初めて行われるのではなく、急冷を、誘導過程直後に開始することが可能である。誘導を用いて硬化するのに適した金属製のワークピース、ラック、カルダン軸又はスプロケットのような歯車のような、特に鋼製の細長いワークピース全体を装置によって硬化させることができる。

以下で角度ずれについて説明するときには、誘導ユニットは、装置の個々の構成要素の互いに対する配置についての初期点を形成する。

装置の発展形成では、急冷ユニットは、ドラムユニットの周囲に沿って３つの急冷スプリンクラーを備えることが可能である。誘導ユニットと第１の急冷スプリンクラーの間の角度ずれは、ドラムユニットの回転方向Ｒにおいて２０〜４０°の範囲にあってよく、特に３０°であってよい。また、誘導ユニットと第の急冷スプリンクラーの間の角度ずれは、３０〜５０°の範囲にあってよく、好ましくは４５°であってよく、誘導ユニットと第３の急冷スプリンクラーの間の角度ずれは、５０〜９０°の範囲であってよく、好ましくは６０°であってよい。したがって、スプリンクラーは、所定の角度ずれに沿って均等に分配されているとともに、ワークピースを容易に通過させることができる、急冷媒体による一種の「カーテン」を可能とするものである。

本発明は、ドラムユニットが各ワークピース収容部において１つ又は複数の急冷スプリンクラーを備えているように構成されており、急冷スプリンクラーは、ワークピース収容部に対して径方向内方へずらして配置されているとともに、そのノズルは、径方向外方へ向けられている。当該スプリンクラーは、ドラムユニットの近傍に固定されているわけではなく、ドラムユニットと共に回転し、各ワークピース収容部の後方には、このような「共に回転する」スプリンクラーが設けられている。したがって、ワークピースは、急冷と同時に外部から他の側からも、したがってドラムユニットの内部からも急冷されることが可能である。これに代えて、又はこれに加えて、ドラムユニットは、各ワークピース収容部において２つの急冷スプリンクラーを備えることができ、これら急冷スプリンクラーは、ワークピース収容部に対して側方に配置されているとともに、そのノズルは互いに対向している。これにより、加熱直後及びドラムユニットの回転中に急冷されることが可能である。

スプリンクラーは、ケース形状で形成されているとともに、スプリンクラーノズルが配置されたスプリンクラープレートを備えている。スプリンクラープレートは、複数の点状ノズルを生じさせる複数の孔を備えている。ここで、スプリンクラー孔の数は、ワークピース、ワークピースの大きさあるいは寸法に依存するとともに、各用途に適合させることが可能である。急冷媒体として、水性のポリマ溶液又は他の適切な流体を用いることが可能である。

本発明の他の発展形成では、急冷ユニットには後スプリンクラーが割り当てられることができ、誘導ユニットに対する後スプリンクラーの角度ずれは、１００〜１６０°の範囲にあり、好ましくは１２０°である。これにより、ワークピースが取外しユニットを用いてドラムユニットから取り除かれる前に、再度急冷媒体でワークピースに負荷を与えることができるとともに、ワークピースを室温に近づけることが可能である。

ワークピースを収容するワークピース収容部が、ワークピースを収容することが可能な２つの先端部、すなわち上側の先端部と下側の先端部を備えるように、硬化装置を構成することができる。下側の先端部は固定して支持されており、上側の先端部は重さの負荷を受けるように支持されている。重さの負荷により、ワークピースは、熱に起因して膨張する（延びる）ことが可能である。ここで、ワークピースに作用する力はほぼ同一のままである。なぜなら、一定の重さが持ち上げられるためである。このことは、有利には、硬化後に生じる、ワークピース収容部により低減される同心度誤差に影響を与える。

また、装置は長さ測定システムを含むことができ、長さ測定システムは、ワークピースの長さ及び位置を検出する１つ又は複数のセンサユニットを備えている。したがって、測定システムにより、加熱されたワークピースの長さ変化を検出することが可能である。このデータは、機械制御部によって処理され、（Ｚ）軸線の位置信号として供給されることが可能である。当該軸線を用いて、ワークピースあるいは誘導子を誘導ユニットにおいて位置決めすることが可能である。これにより、誘導子は、ワークピースに対して、一方では心合わせされて、他方では長さに関して常に正確に位置決めされて向き調整されることが可能である。

このために、本発明によれば、測定システムが誘導ユニットの位置に配置されているように構成されることが可能である。しかし、測定システムの位置は、ドラムユニットの周囲に沿った他の箇所に存在することも可能である。

また、装置は、装着・取外し装置を含むことができ、当該装着・取外し装置は、ドラムユニットの収容部を装着し、あるいは取り外すために形成されている。これにより、ワークピースをドラムユニットあるいは対応するワークピース収容部へはめ込むとともに、再び取り出すことが可能である。

本発明の一発展形成では、装着・取外し装置と誘導ユニットの間の間隔は、９０〜２００°の範囲にあって好ましくは１４０°であるドラムユニットの回転角度に対応し得る。有利には、硬化されるべきワークピースの装着及び取外しは、硬化させるためのサブ処理時間においてなされ得る。

また、本発明は、本発明による装置を用いた誘導式の硬化方法に関するものであり、当該方法は、
−初期位置において、装着・取外し装置を用いてドラムユニットを装着し、ワークピースをワークピース収容部へはめ込むステップと、
−ドラムユニットを硬化位置へあらかじめ規定された回転角度だけ回転させ、これにより、ワークピースを誘導ユニットへ供給するステップと、
−誘導ユニットにおいてワークピースを誘導式に加熱するステップと、
−ドラムユニットを急冷位置へ更にあらかじめ規定された回転角度だけ回転させ、これにより、ワークピースを急冷装置へ供給するステップと、
−急冷位置への回転中に、急冷スプリンクラーと、急冷ユニットの少なくとも２つの急冷スプリンクラーとを始動させ、これにより、急冷媒体−カーテンを生じさせるステップと、
−急冷位置の通過時に、急冷装置を用いて誘導式に加熱されたワークピースを急冷するステップと、
−ワークピースの急冷がなされた後、ドラムユニットを初期位置へ更に回転させ、硬化されたワークピースをワークピース収容部から取り外すステップと
を含む。

ドラムユニットがワークピースを誘導ユニットへ供給したか、あるいは回転した場合、誘導子がワークピースへ走行し、ワークピースをドラムユニットにおいて加熱するように方法を構成することが可能である。加熱がなされた後、誘導子は戻り、ドラムユニットは再び回転することができる。ドラムユニットの回転方向は、本発明による装置の構成及び局所的な必要スペースに応じて、反時計回り又は時計回りになされることが可能である。

本発明による方法は、連続的に進行するか、又は段階的に進行することが可能である。
急冷ユニットのスプリンクラー及び各ワークピース収容部の共に回転するスプリンクラーが同期して動作し、その結果、ワークピースが誘導ユニットから出るように回転されるとすぐにワークピースが急冷ユニットへ更に回転されるように、本発明による方法が構成されている。

方法の一発展形態では、ドラムユニットが誘導位置にある間、長さ測定システムを用いて、誘導ユニットにおけるワークピースの長さあるいは位置の実際値を検出することが可能である。当該実際値は、データ処理ユニットへ供給される。実際値は、あらかじめ規定された目標値と比較される。検出された実際値がワークピースの長さあるいは位置のあらかじめ規定された目標値と異なる場合には、データ処理ユニットを用いて位置信号が生成され制御ユニットへ伝達される。最終的に、誘導ユニットにおけるワークピースの位置あるいは位置が適合又は補正されることが可能である。これにより、常に、誘導ユニットの誘導子がワークピースに対して心合わせして、あるいはワークピースの長さに関して正確に位置決めされて向き調整されることを達成することが可能である。

金属製のワークピースを誘導式に硬化させる、すなわち金属製のワークピースを製造する装置の本発明による使用は、本発明による装置を用いてワークピースを生じさせる。これにより、従来技術に比して改善された硬化を受ける、装置によって硬化されたワークピースを生じさせることが可能である。ワークピースの両側からの迅速な急冷により、より単純で迅速な急冷が可能となる。

硬化装置の別の実施形態と、当該実施形態及び別の実施形態に関連する利点のうちいくつかは、添付の図面を参照した以下の詳細な説明によって明らかであるとともにより良好に理解可能である。本質的に同一又は類似の同一の対象又は部分には同一の符号が付され得る。各図は、本発明の様々な実施形態の単に概略的な図示である。

本発明による硬化装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。 本発明による硬化装置の別の実施形態を概略的に示す図である。

本発明による装置は、誘導式の硬化装置１に関するものである。図１では、装置１は、１つ又は複数の誘導子を有する誘導ユニット２を示している。誘導ユニット２は、データ処理ユニット１２に接続された制御ユニット１１を用いて制御される。誘導ユニット２を用いて硬化されるべきワークピース６を正確に位置決めするために、長さ測定システム９が設けられており、当該長さ測定システムは、硬化されるべきワークピース６の長さ及び位置を適切なセンサを用いて検出することが可能である。そして、検出された値は、データ処理ユニット１２へ供給され、これに基づき、誘導ユニット２の誘導子をワークピースに対して正確に位置決めするために、場合によっては位置信号が算出される。

また、装置１はドラムユニット４を備えており、当該ドラムユニットは、回転可能に支持されているとともに、回転方向Ｒ（図１における反時計回り）に回転可能であり、その回転軸線Ａは垂直に向けられている。ドラムユニット４は、それぞれ１つのワークピース６について多数のワークピース収容部５を備えている。ワークピース６は、ワークピース収容部５において保持されることができるとともに、ドラムユニット４が誘導ユニット２の位置へ至ると、誘導ユニット２の誘導子に動作可能に接続されることができる。動作可能に接続とは、誘導ユニット２の誘導子及び供給されたワークピースが互いに接触し、ワークピース６を硬化させるために誘導子が操作されることを意味している。図１によれば、誘導子がワークピース６に供給される。ワークピース６の加熱がなされた後、誘導子は戻り、ドラムユニット４は回転することができる。

誘導ユニット２は、ドラムユニット４の周囲に沿って、第１の位置、すなわち加熱位置に配置されているとともに、装置１の個々の構成要素の配置のための初期位置を形成している。急冷ユニット（焼入れユニット）３は、ドラムユニット４の周囲に沿った第２の位置に位置固定して配置されており、急冷ユニット３は、ドラムユニット４の回転方向Ｒへ誘導ユニット２に対して９０°より小さな角度だけずらして配置されている。急冷ユニット３は、互いに並んで配置された３つの急冷スプリンクラー７，７’，７”を備えており、当該急冷スプリンクラーのノズルは、ドラムユニット４に対して径方向内方へ向けられており、したがってワークピース６に急冷媒体で負荷を与えることが可能である。

誘導ユニット２と第１の急冷スプリンクラー７の間の角度ずれは、ドラムユニット４の回転方向Ｒにおいて２０〜４０°の範囲にあり、特に３０°である。また、誘導ユニット２と第２の急冷スプリンクラー７’の間の角度ずれは、３０〜５０°の範囲にあってよく、好ましくは４５°であってよく、誘導ユニット２と第３の急冷スプリンクラー７”の間の角度ずれは、５０〜９０°の範囲であってよく、好ましくは６０°であってよい。したがって、スプリンクラー７，７’，７”は、所定の角度ずれに沿って均等に分配されているとともに、ワークピース収容部５において保持されたワークピース６を容易に通過させることができる、急冷媒体による一種の「カーテン」を可能とするものである。

また、各ワークピース収容部５の後方には別の急冷スプリンクラー８が配置されており、当該別の急冷スプリンクラーは、ワークピース収容部５に対して径方向内方へずらされており、そのノズルは径方向外方へ向けられている。急冷ユニット３の回転方向Ｒにおける後方には後スプリンクラー１３が配置されており、必要であれば、当該後スプリンクラーによって、ワークピース６の更なる急冷（焼入れ）を行うことが可能である。

ドラムユニット４にワークピース６を装着することができるように、及びワークピースの硬化が行われた後にワークピースを再び取り外すことができるように、装置１は、装着・取外しユニット１０を備えている。

図２には硬化装置１が示されており、ドラムユニット４は、各ワークピース収容部５において２つの急冷スプリンクラー８’，８”を備えている。当該急冷スプリンクラー８’，８”はワークピース収容部５に対して側方に配置されているため、そのノズルは互いに対向している。これにより、加熱直後及びドラムユニット４の回転中に急冷されることが可能である。当該硬化装置では、図１に基づく固定されたスプリンクラーを省略することも可能である。

図１に図示されているような装置１により行われる硬化方法は、以下のように進行し得る：
まず、初期位置においてドラムユニット４が装着・取外し装置１０を用いて装着され、このとき、ワークピース６がワークピース収容部５へはめ込まれる。その後、ドラムユニット４は、あらかじめ規定された回転角度だけ加熱位置へ回転され、これにより、ワークピース６が誘導ユニット２へ供給される。誘導ユニット２では、ワークピース６が誘導式に加熱される。硬化後、ドラムユニット４は、更にあらかじめ規定された回転角度だけ急冷位置へ回転され、これにより、ワークピース６が急冷装置３へ供給される。ドラムユニット４が急冷位置へ回転される間に、急冷スプリンクラー８及び急冷ユニット３の急冷スプリンクラー７，７’，７”が始動され、これにより、ワークピース６が通過する急冷媒体−カーテンが生じる。これにより、誘導式に硬化されたワークピース６の急冷は、急冷装置３を用いて、急冷位置の通過時に行われる。ワークピース６の急冷がなされた後、ドラムユニット４は、初期位置へ再び回転子、硬化されたワークピース６がワークピース収容部５から取り外される。

１ 装置
２ 誘導ユニット
３ 急冷ユニット
４ ドラムユニット
５ ワークピース収容部
６ ワークピース
７，７’，７” 急冷スプリンクラー
８，８’，８” 急冷スプリンクラー
９ 長さ測定システム
１０ 装着・取外しユニット
１１ 制御ユニット
１２ データ処理ユニット
１３ 後スプリンクラー
Ａ 回転軸線
Ｒ 回転方向

硬化装置の第１の実施形態は、金属製のワークピースを硬化させる誘導ユニットと、誘導ユニットに割り当てられた急冷ユニットとを有する、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置に関するものである。本発明によれば、装置はドラムユニットを備えており、ドラムユニットの回転軸線は垂直に向けられており、ドラムユニットは、それぞれ１つのワークピースのための多数のワークピース収容部を備えている。ここで、急冷ユニットは、ドラムユニットに割り当てられているとともに、少なくとも２つの急冷スプリンクラーを備えており、当該急冷スプリンクラーのうち少なくとも１つが各ワークピース収容部に割り当てられており、その結果、当該急冷スプリンクラーはドラムユニットと共に回転する。

Claims (11)

1. 金属製のワークピース（６）を硬化させる誘導ユニット（２）と、急冷ユニット（３）とを有する、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置（１）において、
   装置（１）がドラムユニット（４）を備えており、ドラムユニットは、その回転軸線が垂直に向けられているとともに、それぞれ１つのワークピース（６）のための複数のワークピース収容部（５）を備えており、急冷ユニット（３）が、ドラムユニット（４）に割り当てられているとともに、少なくとも２つの急冷スプリンクラー（７，７’，７”，８，８’，８”）を備えており、急冷スプリンクラー（８，８’，８”）のうち少なくとも１つが各ワークピース収容部（５）に割り当てられていることを特徴とする装置。
2. 誘導ユニット（２）がドラムユニット（４）の周囲に沿った第１の位置に位置固定して配置されており、急冷ユニット（３）がドラムユニット（４）の周囲に沿った第２の位置に位置固定して配置されており、急冷ユニット（３）が、誘導ユニット（２）に対して９０°よりも小さな角度だけドラムユニット（４）の回転方向（Ｒ）へずらして配置されており、急冷ユニット（３）が、ドラムユニット（４）に対して径方向内方へ向けられた少なくとも２つの急冷スプリンクラー（７，７’）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 急冷ユニット（３）がドラムユニット（４）の周囲に沿って３つの急冷スプリンクラー（７，７’，７”）を備えており、及び／又は誘導ユニット（２）と第１の急冷スプリンクラー（７）の間の角度ずれが、ドラムユニット（４）の回転方向（Ｒ）において１０〜２０°の範囲にあり、好ましくは１５°であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. ドラムユニット（４）が各ワークピース収容部（５）において少なくとも１つの急冷スプリンクラー（８）を備えており、該急冷スプリンクラーは、ワークピース収容部（５）に対して径方向内方へずらして配置されているとともに、そのノズルが径方向外方へ向けられていること、及び／又はドラムユニット（４）が各ワークピース収容部（５）において２つの急冷スプリンクラー（８’，８”）を備えており、該２つの急冷スプリンクラーは、ワークピース収容部（５）に対して側方に配置されているとともに、そのノズルが互いに対向していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 装置（１）が長さ測定システム（９）を含んでおり、長さ測定システム（９）が、ワークピースの長さ及び位置を検出する少なくとも１つのセンサユニットを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 測定システム（９）が、誘導ユニット（２）の位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 装置（１）が装着・取外し装置（１０）を含んでおり、装着・取外し装置は、ワークピース収容部（５）をドラムユニット（４）において装着し、あるいは取り外すために形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 装着・取外し装置（１０）と誘導ユニット（２）の間の間隔が、９０〜２００°の範囲にある、好ましくは１４０°である、ドラムユニット（４）の回転方向（Ｒ）における角度ずれに対応していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 請求項１〜８のうち少なくともいずれか１項による装置を用いた誘導式の硬化方法であって、
   −初期位置において、装着・取外し装置を用いてドラムユニット（４）を装着し、ワークピース（６）をワークピース収容部（５）へはめ込むステップと、
   −ドラムユニット（４）を硬化位置へあらかじめ規定された回転角度だけ回転させ、これにより、ワークピース（６）を誘導ユニット（２）へ供給するステップと、
   −誘導ユニット（２）においてワークピース（６）を誘導式に硬化させるステップと、
   −ドラムユニット（４）を急冷位置へ更にあらかじめ規定された回転角度だけ回転させ、これにより、ワークピース（６）を急冷装置（３）へ供給するステップと、
   −急冷位置への回転中に、急冷スプリンクラー（８）と、急冷ユニット（３）の少なくとも２つの急冷スプリンクラー（７，７’）とを始動させ、これにより、急冷媒体−カーテンを生じさせるステップと、
   −急冷位置の通過時に、急冷装置（３）を用いて誘導式に加熱されたワークピース（６）を急冷するステップと、
   −ワークピース（６）の急冷がなされた後、ドラムユニット（４）を初期位置へ更に回転させ、硬化されたワークピース（６）をワークピース収容部（５）から取り外すステップと
   を含む硬化方法。
10. 誘導位置において、
    −長さ測定システム（９）を用いて、誘導ユニットにおけるワークピースの長さ及び／又は位置の実際値を検出するステップと、
    −実際値をデータ処理ユニット（１２）へ供給するステップと、
    −検出された実際値がワークピース（６）の長さ及び／又は位置の目標値と異なる場合に、データ処理ユニット（１２）を用いて位置信号を生成し、制御ユニット（１１）へ伝達するステップと、
    −誘導ユニット（２）におけるワークピース（６）の位置を補正するステップと
    を含む請求項９に記載の硬化方法。
11. 金属製のワークピースを誘導式に硬化させ、硬化された金属製のワークピースを製造する装置の使用において、
    装置が、請求項１〜８の少なくともいずれか１項に記載の、金属製のワークピースを誘導式に硬化させる装置（１）であることを特徴とする使用。

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