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Dispositif pour chauffer électro-inductivement les surfaces de pièces creuses.
L'invention concerne un dispositif pour chauffer électro-inductivement les surfaces de pièces creuses, de pré- férence dans le but de tremper par un saisissement subséquent les surfaces chauffées.
Il est connu de chauffer les surfaces des pièces en disposant autour de la pièce une bobine d'induction qui peut comprendre une ou plusieurs spires et qui est connectée di- rectement ou avec interposition d'un transformateur à une source de courant électrique. Pour chauffer les pièces creuses, on a proposé, en outre, d'introduire à l'intérieur de la pièce creuse une bobine cylindrique appropriée, afin de créer de la
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sorte les courants d'induction nécessaifes. Toutefois, les dispositifs de ce genre présentent l'inconvénient que leur rendement, notamment leur rendement électrique, est mauvais, ce qui doit être attribué en substance à la puissance déwattée relativement élevée en comparaison de la puissance wattée.
Aussi a-t-on essayé, à la suite de proposition non rendues publiques antérieurement, de disposer les bobines de manière que les courants induits circulent axialement dans les parois de la pièce creuse, ce qui a permis d'atteindre certains avan- tages aux points de vue électrique et thermique. Toutefois, pour chauffer toutes les surfaces de la pièce, il faut alors faire tourner celle-ci, ce qui cause parfois certaines difficul- tés d'ordre mécanique.
Aussi est-il souhaitable, pour des rai- sons constructives, d'employer une bobine qui ait, de manière connue en soi, une forme cylindrique, et qui produise ainsi dans la pièce des courants qui se ferment sur eux-mêmes à la périphérie, de sorte qu'une rotation de la pièce au cours du chauffage ne soit point nécessaire et qu'un déplacement dans le sens axial ne soit requis que lorsque la pièce est plus longue que la hauteur de la bobine. Mais en même temps, à l'aide d'un pareil dispositif, on doit pouvoir chauffer tant la paroi intérieure que la paroi extérieure à des températures prédéterminées, ce qui a pour effet d'améliorer notablement le mauvais rendement qui affecte les montages connus.
Suivant l'invention, on atteint ce but à l'aide d'un dispositif comprenant deux bobines d'induction combinées l'une à l'autre, que l'on monte en série ou en parallèle. Ces bobines, dont on dispose l'une dans le creux de la pièce, tandis que l'autre entoure la pièce à l'extérieur, sont ali- mentées en synchronisme par un courant alternatif. On choisit le sens du courant dans les différentes bobines de manière à produire l'effet calorifique requis. Selon qu'on se propose
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de chauffer la pièce à une température prédéterminée à l'exté- rieur, à l'intérieur, ou à l'extérieur et à l'intérieur, on excite les bobines en sens opposés, dans le même sens ou dans un rapport de phases déterminé l'une par rapport à l'autre.
Dans ce qui suit on décrira plus en détail, en se référant au dessin annexé, le fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention. Dans le dessin:
Fig. 1 est une coupe axiale schématique d'un dis- positif conforme à l'invention, dans lequel est placée une pièce creuse à chauffer,
Fig. 2 est un schéma montrant le sens et la répar- tition des courants et champs magnétiques pour le chauffage de la surface extérieure d'une pièce creuse, et
Fig. 3 est un schéma analogue se rapportant à un montage pour le chauffage de la surface intérieure d'une pièce creuse.
Sur la fig. 1 est représenté schématiquement un dispositif conforme à l'invention, appliqué à la trempe de la pièce tubulaire 1. La pièce est représentée partiellement en coupe pour montrer la disposition des bobines. Extérieure- ment autour de la pièce est disposée une bobine 2 à spires distinctes 3. Les spires peuvent être raccordées entre elles en parallèle ou en série. Au même niveau, dans le creux cylin- drique 6 de la pièce, est disposée une seconde bobine 4 qui se compose aussi de plusieurs spires 5 montées en série ou en parallèle. Lorsque, comme dans le cas de la fig. l, la pièce a une grande longueur il faut, pour produire un chauffage et une trempe uniformes des surfaces sur toute leur longueur, dé- placer la pièce par rapport à la bobine, par exemple dans le sens de la flèche 7.
Par contre, il n'est pas nécessaire de faire tourner la pièce.
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Les deux bobines doivent être accordées électrique- ment l'une par rapportà l'autre età cet effet l'alimentation peut être assurée par la mêrae source de courant électrique, cette alimentation devant être opérée synchroniquement. En connectant-des capacités ou des self-inductions appropriées ou en recourant à ces deux moyens on peut obtenir que les courants dans les deux bobines aient un certain déphasage, ce qui peut être avantageux pour produire une allure de tempé- ratures déterminée.
L'accord mutuel des deux bobines, notam- ment l'accord du rapport des nombres d'ampères-tours, peut être assuré de diverses manières, par exemple en intercalant des résistances dans les conducteurs d'amenée ou, comme le montre la fig. 1, en employant pour les différentes bobines des nombres de spires différents ou des dimensions différen- tes.
Le sens dans lequel s'effectue l'alimentation des deux inducteurs présente une très grande importance. Selon que les bobines sont alimentées dans le même sens ou en sens opposés, il est possible, en recourant en même temps à l'ac- cord mutuel précité des deux bobines, de chauffer ou de trem- per soit exclusivement la paroi extérieure de la pièce creuse, soit exclusivement la paroi intérieure du creux cylindrique.
Il est également possible de chauffer ou de tremper les deux parois simultanément.
Les conditions qui se présentent ainsi sont repré- sentées schématiquement sur les figs. 2 et 3. La pièce creuse ou bague 1, sur la fig. 2, est placée dans un dispositif con- forme à l'invention, constitué par deux bobines combinées. La surface extérieure de la bague est entourée d'une bobiner à spires 3 qui peuvent être constituées par des barres de cuivre pleines ou par des tubes de cuivre refroidis par l'eau. Dans le creux cylindrique de la bague se trouve l'inducteur 4'qui
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se compose aussi de plusieurs spires 5. Lorsqu'on alimente la bobine extérieure 2 d'un courant dont le sens est indiqué par les pointes de flèche 6 et les bouts de flèche 7, il se déve- loppe autour de la bobine un champ magnétique 8 qui traverse aussi en 9 le creux cylindrique.
Quand l'inducteur intérieur 4 est alimenté en sens inverse, comme l'indiquent les pointes de flèche 10-et les bouts de flèche 11, il se développe un champ magnétique 12 et ce champ magnétique agit dans le creux de la bague ou de l'inducteur 4 à l'encontre du champ magnétique 9 de l'inducteur extérieur. En revanche, le champ magnétique 8 de l'inducteur est renforcé par le champ magnétique 12. On conçoit que de ce fait le courant induit dans la pièce aura près de la paroi extérieure une plus grande intensité que près de la paroi intérieure du creux cylindrique. Par suite, la pièce est chauffée principalement sur les surfaces extérieu- res, tandis que sur les parois du creux cylindrique il ne se produit aucun chauffage sensible.
Le rendement d'un tel dispo- sitif est particulièrement élevé parce que, comme le montre la fig. 2, le champ dans le creux cylindrique de'la pièce ou de l'inducteur est affaibli, ou est même complètement supprimé quand les bobines sont accordées l'une par rapport à l'autre de manière appropriée.
La fig. 3 montre la même disposition que la fig.2. mais en l'occurrence, comme l'indiquent les flèches 6/7 et
10/11 représentant les courants, le sens de courant dans les deux bobines est le même dans chaque phase du courant alter- natif. L'inducteur extérieur 2 crée comme précédemment les champs magnétiques 8 et 9, tandis que l'inducteur intérieur
4 développe le champ magnétique 12, les champs 12 et 8 étant de sens opposés et les champs 12 et 9 de même sens. Par suite, le champ total à l'intérieur de l'inducteur intérieur est ren- forcé, tandis que le champ dans les parties extérieures de la
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pièce est affaibli. Ceci a pour effet que les courants induits dans la pièce sont rejetés vers la paroi intérieure du creux cylindrique.
Il se produit ainsi un chauffage énergique des parois intérieures.
Les deux cas décrits représentent en quelque sorte des extrêmes entre lesquels dés formes transitoires sont possibles. On peut aussi, en réglant le rapport du nombre d'ampères-tours des deux bobines et en décalant l'une par rapport à l'autre les phases des courants de chauffage pri- maires circulant dans les deux bobines, produire un chauffage supplémentaire de celle des parois qui, si le sens de courant et les conditions magnétiques étaient choisis autrement,serait chauffée plus faiblement.
Aussi le dispositif conforme à l'invention procure-t-il le moyen de répondre aux désidé- rata les plus divers rencontrés en pratique, relatifs à la trempe intérieure et extérieure des pièces cylindriques creuses, si bien qu'on n'éprouve aucune difficulté spéciale à résoudre, par exemple, le problème de faire en sorte que la surface extérieure subisse une trempe particulièrement profon- de, tandis que la paroi du creux cylindrique ne doit subir qu'une faible trempe.
Bien entendu, les applications de l'invention ne sont pas limitées à des pièces purement cylindriques ;en donnant une forme appropriée à la périphérie des bobines, on peut en effet traiter aussi des pièces de section trans- versale ovale, de section transversale rectangulaire à an- gles arrondis et de sections analogues.
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Device for electro-inductively heating the surfaces of hollow parts.
The invention relates to a device for electro-inductively heating the surfaces of hollow parts, preferably for the purpose of quenching the heated surfaces by subsequent gripping.
It is known practice to heat the surfaces of the parts by placing an induction coil around the part which may comprise one or more turns and which is connected directly or with the interposition of a transformer to a source of electric current. To heat the hollow parts, it has also been proposed to introduce a suitable cylindrical coil inside the hollow part, in order to create
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sort the necessary induction currents. However, devices of this type have the drawback that their efficiency, in particular their electrical efficiency, is poor, which must be attributed in substance to the relatively high watt-powered power compared to the watted power.
So we tried, following proposals not previously made public, to arrange the coils so that the induced currents circulate axially in the walls of the hollow part, which made it possible to achieve certain advantages at electrical and thermal points of view. However, to heat all the surfaces of the part, it is then necessary to rotate the part, which sometimes causes certain mechanical difficulties.
It is therefore desirable, for constructive reasons, to use a coil which has, in a manner known per se, a cylindrical shape, and which thus produces in the room currents which close on themselves at the periphery. , so that a rotation of the part during heating is not necessary and that a displacement in the axial direction is only required when the part is longer than the height of the coil. But at the same time, with the aid of such a device, it must be possible to heat both the inner wall and the outer wall to predetermined temperatures, which has the effect of significantly improving the poor efficiency which affects known assemblies.
According to the invention, this object is achieved with the aid of a device comprising two induction coils combined with one another, which are mounted in series or in parallel. These coils, one of which is placed in the hollow of the part, while the other surrounds the part on the outside, are supplied in synchronism by an alternating current. The direction of the current in the various coils is chosen so as to produce the required calorific effect. Depending on whether we propose
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to heat the room to a predetermined temperature outside, inside, or outside and inside, the coils are energized in opposite directions, in the same direction or in a determined phase ratio one in relation to the other.
In what follows, the operation of a device according to the invention will be described in more detail, with reference to the appended drawing. In the drawing:
Fig. 1 is a schematic axial section of a device according to the invention, in which a hollow part to be heated is placed,
Fig. 2 is a diagram showing the direction and distribution of magnetic currents and fields for heating the outer surface of a hollow part, and
Fig. 3 is a similar diagram relating to an assembly for heating the interior surface of a hollow part.
In fig. 1 is shown schematically a device according to the invention, applied to the quenching of the tubular part 1. The part is shown partially in section to show the arrangement of the coils. Externally around the part is arranged a coil 2 with separate turns 3. The turns can be connected together in parallel or in series. At the same level, in the cylindrical hollow 6 of the part, is placed a second coil 4 which also consists of several turns 5 mounted in series or in parallel. When, as in the case of FIG. 1, the workpiece has a great length, in order to produce uniform heating and quenching of the surfaces over their entire length, it is necessary to move the workpiece relative to the coil, for example in the direction of arrow 7.
On the other hand, it is not necessary to rotate the part.
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The two coils must be electrically tuned to each other and for this purpose the power supply can be provided by the same source of electric current, this power supply having to be operated synchronously. By connecting appropriate capacitors or self-inductions or by resorting to these two means it is possible to obtain that the currents in the two coils have a certain phase shift, which can be advantageous for producing a determined temperature pattern.
The mutual tuning of the two coils, in particular the tuning of the ratio of the numbers of ampere-turns, can be ensured in various ways, for example by inserting resistors in the supply conductors or, as shown in fig. . 1, by using different numbers of turns or different dimensions for the different coils.
The direction in which the supply of the two inductors takes place is of great importance. Depending on whether the coils are fed in the same direction or in opposite directions, it is possible, by resorting at the same time to the aforementioned mutual agreement of the two coils, to heat or soak exclusively the outer wall of the coil. hollow part, ie exclusively the inner wall of the cylindrical hollow.
It is also possible to heat or soak both walls simultaneously.
The conditions which arise in this way are shown schematically in FIGS. 2 and 3. The hollow part or ring 1, in fig. 2, is placed in a device in accordance with the invention, consisting of two combined coils. The outer surface of the ring is surrounded by a coil with turns 3 which may be formed by solid copper bars or by water-cooled copper tubes. In the cylindrical hollow of the ring is the inductor 4 'which
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also consists of several turns 5. When the external coil 2 is supplied with a current whose direction is indicated by the arrowheads 6 and the arrowheads 7, a magnetic field develops around the coil. 8 which also passes through the cylindrical hollow at 9.
When the inner inductor 4 is energized in the opposite direction, as indicated by the arrowheads 10-and the arrowheads 11, a magnetic field 12 develops and this magnetic field acts in the hollow of the ring or the ring. inductor 4 against the magnetic field 9 of the external inductor. On the other hand, the magnetic field 8 of the inductor is reinforced by the magnetic field 12. It is understood that as a result the current induced in the part will have a greater intensity near the outer wall than near the inner wall of the cylindrical hollow. . As a result, the workpiece is heated mainly on the outer surfaces, while on the walls of the cylindrical hollow no appreciable heating occurs.
The efficiency of such a device is particularly high because, as shown in FIG. 2, the field in the cylindrical hollow of the work or inductor is weakened, or is even completely suppressed when the coils are properly tuned relative to each other.
Fig. 3 shows the same arrangement as in fig.2. but in this case, as shown by arrows 6/7 and
10/11 representing the currents, the direction of current in the two coils is the same in each phase of the alternating current. The outer inductor 2 creates the magnetic fields 8 and 9 as before, while the inner inductor
4 develops the magnetic field 12, the fields 12 and 8 being in opposite directions and the fields 12 and 9 in the same direction. As a result, the total field inside the inner inductor is strengthened, while the field in the outer parts of the
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room is weakened. This has the effect that the currents induced in the part are rejected towards the inner wall of the cylindrical hollow.
This results in vigorous heating of the interior walls.
The two cases described represent, in a way, extremes between which transitory forms are possible. It is also possible, by adjusting the ratio of the number of ampere-turns of the two coils and by shifting the phases of the primary heating currents flowing in the two coils relative to each other, producing an additional heating of that of the walls which, if the direction of current and the magnetic conditions were chosen otherwise, would be heated more weakly.
Also the device according to the invention provides the means of meeting the most diverse desires encountered in practice, relating to the internal and external hardening of the hollow cylindrical parts, so that no difficulty is encountered. special to solve, for example, the problem of ensuring that the outer surface undergoes a particularly deep quenching, while the wall of the cylindrical recess only needs to be slightly quenched.
Of course, the applications of the invention are not limited to purely cylindrical parts; by giving an appropriate shape to the periphery of the coils, it is in fact also possible to treat parts of oval cross section, of rectangular cross section to rounded angles and similar sections.
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