Zařízení pro indukční ohřev ložisek

Současný tlak na efektivní využívání existujích a konečných materiálních zdrojů nás nutí hledat nové, šetrnější výrobní metody. Jedním z malých, ale velmi efektivních příspěvků k této problematice je návrh a také realizace nového způsobu montáže ložisek na hřídele. Na katedře obrábění a montáže VŠB TUO se řešil principálně nový a automatizovaný způsob vysokofrekvenčního ohřevu ložisek před jejich montáží. Navržené a následně vyrobené zařízení NL160 automaticky odebírá ložiska uložená ve vstupním zásobníku, posouvá je do místa ohřevu. Ložiska jsou automaticky induktorem nahřátá na předem naprogramovanou teplotu. Vlivem velkého gradientu nárůstu teploty je ohřátá oblast omezena jen na vnitřní kroužek, energie je tak účelně využita a nedochází k jejím nehospodárným ztrátám radiací do okolí. Stroj po ukončení cyklu vyzve optickým signálem obsluhu k odběru ložiska. Teplota ložiska je během procesu bezkontaktně měřena optickým pyrometrem. Hlavní výhodou použitého VF indukčního ohřevu je možnost řízení intenzity ohřevu a rozložení teploty frekvencí napájecího elektrického proudu. Spotřeba energie pro ohřev ložiska před jeho montáží na hřídel byla tímto zařízením snížena o 70 % oproti konvenčním zařízením. Spotřeba času se snížila o více jak 80 %. Zařízení se nyní testuje v automatizované výrobě a splňuje všechny projektované parametry. Měřicím systémem Solatron Schlumberger a termočlánky typu „K“ je na 10 místech měřena teplota ložiska během ohřevu v automatickém zařízení NL 160. Doba ohřevu ložiska na předem stanovenou teplotu je v tomto případě jen 12 s. Teplota vnitřního kroužku dosáhne po této době 150 °C (termočlánky T6, T7, T8 uvedené v záhlaví grafu). Teplota ostatních částí ložiska se při prvním ohřevu zvýší jen na 40 až 60 °C. Vnější kroužek ložiska je zahřát jen na teplotu 45 °C (termočlánky T1, T2, T3). Tím je umožněna následná manipulace při montáži ložiska jen s minimálními ochrannými pomůckami. Pouze v případě, že obsluha zařízení nemůže ložisko odebrat bezprostředně po ohřevu, se teplota vnějšího kroužku zvyšuje na 85 °C. Průběh teplot při temperování ložiska je v grafu zobrazen od času 16:30 až do 16:43. V řídicím systému zařízení je nastavena tolerance teploty ohřevu 20 °C, rozptyl teploty je ve vnitřním kroužku minimální, po celou dobu ohřevu a následného temperování nepřekročí 3 °C. Výhody automatizovaného zařízení Použitím tohto typu zařízení při montáži ložisek se zamezí jejich poškození lisováním. Hlavním přínosem je precizní axiální ustavení ložiska v ložiskovém uzlu, které současně vylučuje poškození hřídele. Ložisko tak lze lehce rukou nasunout na hřídel, protože je po ohřevu jeho vnitřní průměr kroužku tepelnou dilatací zvětšen o cca 0,05 mm, což je pro montáž naprosto dostačující. Takto smontovaná sestava vykazuje nižší hlučnost. Využitím tohoto automatu se zvýší produktivita práce omezením manipulace s montovanými dílci, protože odpadá potřeba vkládat hřídel do lisu. Rovněž odpadají značné náklady na lisovací přípravky a samotný lis. Sníží se nároky na výrobní plochu i energetickou náročnost lisování. Doba ohřevu ložiska je dle velikosti vnitřního kroužku od 10 do 25 s. Zařízení, které je v současné době v testovacím provozu ve výrobním závodě koncernu Siemens, nahřívá za směnu na požadovanou teplotu více jak 400 ložisek. Podstatnou výhodou ohřevu ložisek tímto zařízením je, že se vlivem velkého gradientu nárůstu teploty vnitřního kroužku ložisek nestačí zahřát zbývající části ložiska. To umožňuje okamžitě po montáži ložiska na hřídel zasunout hřídel s ložiskem do otvoru ve skříni, bez nutnosti čekání na ochlazení podsestavy. Toto je nutné při konvenčním způsobu ohřevu síťovým kmitočtem u doposud používaných zařízeních. Princip činnosti zařízení Do zásobníku v horní části zařízení se vkládají ložiska, která jsou ze spodní části sloupce odebírána podavačem, ten je postupně posouvá až do polohy ohřevu. Při pohybu ložisek je bezkontaktními snímači snímána jejich poloha. Po dosažení koncové polohy je automaticky vysunut induktor do vnitřního kroužku ložiska. Po vysunutí induktoru je spuštěn VF zdroj proudu a výkonem nastavitelným v rozsahu 0,8 až 3 kW je vnitřní kroužek ohříván na požadovanou teplotu umožňující volné nasazení ložiska na hřídel. Při ohřevu je bezkontaktním teplotním čidlem snímána teplota ohřívaného ložiska. Po dosažení nastavené teploty je ukončen ohřev a obsluha je optickým signálem vyzvána k odběru ložiska. Pokud ohřáté ložisko není odebráno, je průběžně temperováno a tím udržováno ve stavu vhodném pro montáž. Teplotu je možné nastavit až do 200 °C s rozlišením 5 °C. Po vyprázdnění zásobníku je obsluha optickým signálem vyzvána k jeho doplnění nebo k ukončení činnosti. Zařízení, která byla vyrobena ve spolupráci s olomouckou firmou KPT zařízení pro indukční ohřev s.r.o., jsou koncipována pro současný ohřev dvou ložisek rozdílných průměrů. Jsou osazena automatizačními a pneumatickými prvky firmy Festo. Výkonové VF zdroje jsou osazeny nejmodernějšími IGBT tranzistory. Zařízení je možné upravit pro ohřev různých typů ložisek s různou mírou automatizace a mechanizace činnosti. Doc. dr. Ing. Josef Brychta Ing. Jaroslav Kunstfeld