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Dispositif de chauffage inductif.
Pour soumettre des pièces à un chauffage inductif dans un champ magnétique à haute fréquence, il est d'usage de disposer sur la partie à traiter de la pièce une bobine d'induction com- portant une ou plusieurs spires, branchée sur une source d'ali- mentation, par exemple sur l'enroulement secondaire d'un trans- formateur à haute-fréquence, la pièce étant glissée dans la bo- bine ou la .bobine logée dans la pièce lorsque celle-ci/est creuse.
Cependant, la forme des pièces à traiter est parfois si compliquée qu'il n'est pas possible ou pas désirable d'utiliser une bobine d'induction du genre décrit parce que les dimensions de celle-ci deviendraient anormalement grandes. C'est le cas par exemple pour les cadres de bicyclette dont les diverses parties, à assembler par soudure, sont disposées dans un gabarit. Ce système offre l'avantage que les organes occupent déjà leurs po- sitions relatives définitives avant l'assemblage. La forme fermée
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du cadre empêche cependant la mise en place et l'enlèvement d'une bobine. Comme exemple d'une pièce non fermée, dont la forme nécessiterait une bobine de trop grandes dimensions, on peut citer un arbre à tremper en un endroit flanque de parties de plus grand diamètre.
Pour chauffer par induction de telles pièces, on pour- rait entourer le ou les endroits à traiter d'une bobine consti- tuée par deux organes séparés parcourus en série par le courant de chauffage et qui sont assemblés au droit de leur jonction électrique; il suffit donc de les détacher pour permettre l'en- lèvement de la pièce. Cependant, comme la jonction électrique constitue en même temps l'assemblage mécanique entre les deux organes, ce système présente un inconvénient: l'enlèvement de la pièce nécessite l'interruption du circuit électriaue ce qui entraîne des difficultés pour le traitement de la pièce suivante par suite de la variation de la résistance de passage électrique à l'endroit du contact.
L'invention fournit un dispositif qui permet de chauf- fer par induction des pièces du genre mentionné tout en évitant les inconvénients précités.
Dans le dispositif conforme à l'invention, la pièce à traiter est placée entre deux ou un plus grand nombre de paires d'organes métalliques disposés de manière que les organes de chaque paire puissent être séparés et soient isolés électrique- ment entre eux et que les organes de chaque paire situés du même côté de la pièce à traiter soient parcourus en série par le courant à haute fréquence dans le sens inverse à celui du cou- rant dans les organes situés de l'autre côté de la pièce, chaque paire d'organes étant réalisée et montée sur l'endroit à tra.iter de manière que l'on puisse séparer les organes sans interrompre le circuit électrique.
Chaque paire d'organes est constituée par deux pièces qui constituent pour ainsi dire les deux moitiés séparées et
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alimentées séparément d'un seul enrovlement qui entoure la piè- ce à traiter avec un jeu si faible que le courant de chauffage nécessaire est induit dans cette pièce. L'isolement électrique entre les organes de chaque paire, nécessaire par suite du sens de courant indiqué dans les organes, peut s'obtenir par exemple en séparant les organes à l'aide d'un petit entrefer ou d'une couche de matériau isolant appliquée sur l'une ou les deux faces en regard d'un ou de deux organes.
La présence d'au moins deux paires d'organes dans le dispositif conforme à l'invention permet de placer dans ce dis- positif et d'en retirer facilement des pièces affectant une forme compliquée, par exemple la forme fermée spécifiée ci-dessus, sans que la séparation des organes de chaque paire ne provoque l'interruption du courant. Il serait difficile d'atteindre ce résultat à l'aide d'une seule paire d'organes (à l'endroit à traiter); le dispositif ne fonctionnerait pas convenablement, car pour faciliter la mise en place et l'énlèvement de la pièce à traiter les conducteurs de courant dans les deux organes de- vraient être disposés de manière que les champs électriques à haute fréquence qu'ils engendrent au droit de la pièce à traiter se compensent en grande partie ou ne soient pas suffisamment intenses.
L'emploi d'au moins deux paires d'organes qui assurent non seulement l'avantage mentionné du remplacement facile de la pièce à traiter, mais encore une utilisation aussi avantageuse que possible de l'énergie fournie à la pièce est donc essen- tielle pour assurer le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention. Ceci sera expliqué en détail à l'aide des figures jointes au présent mémoire.
L'emploi de plus de deux paires d'organes est recom- mandable lorsqu'on désire traiter la pièce simultanément en plus de deux endroits Voisins. Il va de soi que le dispositif confor- me à l'invention convient aussi pour les pièces dans lesquelles la bobine d'induction pourrait se glisser de la manière usuelle
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car ce déplacement est alors superflu ce qui constitue une no- table économie de temps pour le traitement simultané de plusieurs endroits.
On peut aussi utiliser deux paires d'organes pour ne traiter qu'un seul endroit de la pièce. Dans ce cas, deux paires consécutives sont si rapprochées qu'entre elles le pièce est chauffée toute 8ussi efficacement que la partie à traiter.
Les propriétés décrites du dispositif conforme à l'invention se marquent le mieux lorsque les organes de chadue jeu disposés du même côté de la pièce constituent un ensemble mécanique rigide et que la liaison mécanique constitue en même temps le conducteur électrique entre ces organes. Pour remplacer la pièce ou pour traiter d'autres endroits de celle-ci, une seule manoeuvre permet alors de séparer simultanément les organes de deux éléments sans interrompre le circuit électrique. Cette forme de réalisation présente encore un autre avantage: la dis- tance comprise entre les conducteurs parallèles traversés par des courants de sens opposés est très petite ce qui réduit les pertes électriques dans le circuit et assure au dispositif un rendement maximum.
Le dispositif peut être alimenté de manière que le courant d'alimentation tra.verse successivement les organes mon- tés en série disposés d'un côté de la pièce, puis les organes disposés de l'autre côté de le pièce. Dans une forme d'exécution ingénieuse du dispositifles organes de chaque paire montés en série et disposés du même côté de la pièce sont branchés sur des sources d'alimentation différentes. De cette manière, les circuits électriques des organes placés de part et d'autre de la pièce n'ont pas de parties communes ce qui permet de les séparer très facilement.
Dans une forme d'exécution avantageuse de ce type, les sources d'alimentation précitées sont constituées par les moitiés séparées d'une douille métallique faisant office d'enroulement secondaire d'un transformateur qui entoure de la
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même manière que les organes inductifs à l'endroit de la pièce, l'enroulement primaire. En général, ce transformateur pourra setrouver à proximité immédiate de la pièce, de sorte que l'ensemble rigide que peuvent alors constituer les enroulements secondaires du transformateur et les organes mentionnés.assure en même temps la conduction du courant.
Dans une autre forme d'exécution, uniquement les or- ganes situés d'un côté de la pièce sont branchés en série sur une source d'alimentation, et ceux disposés de l'autre côté cons- tituent avec les conducteurs de liaison respectifs un circuit fermé dans lequel le circuit branché sur la source de tension induit un courant de sens opposé à celui qui circule dans ce circuit. Cette forme d'exécution offre l'avantage qu'on peut utiliser, pour le remplacement de la pièce à traiter, une partie du dispositif non reliée à la source de tension. Lorsqu'on fait en sorte que cette partie constitue un-ensemble mécanique rigide, l'enlèvement devient très simple et très facile.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut tre réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig.l est une vue d'une pièce dont des parties doi- vent être assemblées par soudure.
La fig. 2 est une coupe transversale d'un dispositif qui ne fait pas partie de l'invention ; endroits indiqués par A et B sur la fig.l, ce dispositif doit réaliser un assemblage par soudure à l'aide d'un chauffage à haute fréquence.
La fig. 3 montre un dispositif ne faisant pas non plus partie de l'invention, qui doit réaliser aux mêmes endroits de la fig.l un assemblage par soudure.
La fig.4 montre un dispositif conforme à l'invention utilisé pour le même but.
La fig.5 est un dispositif conforme à l'invention pour
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réaliser simultanément deux assemblages par soudure situés dans le prolongement l'un de l'autre sur la pièce à traiter.
La fig.6 montre un autre dispositif conforme à l'inven- tion pour réaliser un assemblage par soudure en un seul endroit de la pièce.
Les figs.7, 8 et 9 sont des schéma du montage électri- que utilisé pour 1-'alimentation du dispositif conforme à l'inven- tion.
La fig.10 est un dispositif conforme à l'invention dans lequel est réalisé le montage montré sur la fig. 9.
La fig.ll montre un dispositif utilisé pour réaliser la soudure d'un cadre de bicyclette, dispositif dans lequel est appliqué le montage électrique montré sur la fig. 8.
La pièce montrée sur la fig.l consiste en une bague 1, interrompue en A et en B. En ces endroits, il faut réaliser une soudure entre les extrémités 2 et 3 à l'aide d'un chauffage in- ductif à haute fréquence. A cet effet, on a glissé sur les en- droits à souder un manchon 4 et la soudure est appliquée entre les extrémités de la. bague et ce manchon.
La forme de la, pièce est choisie aussi simple que pos- sible, car elle servira uniquement à expliquer le principe du dispositif conforme à l'invention. Dans ce cas, il est possible d'appliquer d'avance aux endroits A et B autour des manchons 4, la bobine d'induction usuelle qui fournit le courant de chauffa-- ge à haute fréquence, bobine qui est constituée par une ou plu- sieurs spires que des conducteurs branchent sur un générateur à haute fréquence. Cependant, la soudure étant réalisée, il n'est pas possible d'enlever la bobine, de sorte que ce dispositif ne convient pas pour la soudure de telle bagues. La même difficulté se présente dans le cas de pièces de forme plus compliquée, par exemple des cadres de bicyclettes fermés qui doivent être assem- blés en plusieurs endroits.
Dans cette application, il est même impossible d'appliquer d'avance les bobines. La même difficulté n
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se présente pour tremper localement certaines pièces, par exemple des vilebrequins.
On peut obvier à cette difficulté de la manière repré- sentée sur la fig.2, sur laquelle 4 est le manchon de la fig.l et 5, une des extrémités libres de la bague 1, en disposant autour des endroits à souder une bobine constituée par deux corps métalliques 6 et 7, montrés en'coupe transversale ; ces corps entourent la pièce et sont assemblés mécaniquement et électrique- ment aux endroits 8 et 9 par un boulon 10. Pour permettre d'en- gendrer dans la pièce la quantité de la chaleur nécessaire pour la soudure, les côtés'11 et 12 des corps 6 et 7 sont branchés sur' une source de tension à haute fréquence 13. Ces corps 6 et 7 sont donc traversés en série par le courant de chauffage à haute fréquence.
Pour réaliser l'assemblage par soudure, les organes branchés sur la source de tension, par exemple à l'aide de con- ducteurs souples 14, peuvent être disposés séparément autour de la pièce et être ensuite assemblés à l'aide de boulons. L'assem- blage par soudure étant réalisé, il faut procéder à la manoeuvre inverse et enlever la pièce pour réaliser un assemblage par soudure en un autre endroit de la pièce. Ces manipulations cons- tituent un inconvénient. La fermeture et l'interruption du cir- cuit électrique, chaque fois nécessaires, provoquent une va- riation de la résistance de passage entre les languettes 8 et
9 en chaque endroit de soudure. Comme cette résistance de pas- sage peut être de l'ordre de grandeur de la résistance du cir- cuit, il va de soi que ce dispositif n'assure pas des résultats reproductibles.
On pourrait obvier à cet inconvénient en constituant la bobine par deux organes métalliques 15 et 16 tels que les représente schématiquement la fig.3. Ces organes sont isolés électriquement entre eux et sont disposés de manière qu'on puisse les séparer sans interrompre le circuit électrique. L'isolement , électrique peut être constitué par exemple par un entre-fer ou
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par un matériau isolant,, par exemple du mica. Dans ce dernier cas, l'organe 15 peut reposer sur l'organe 16. Dans l'autre cas, les organes doivent être supportés séparément.
Comme le montrent les flèches qui indiquent le sens du courant, les organes sont parcourus par des courants de sens opposé, de sorte que le courant engendré dans la pièce, est iden- tique à celui obtenu dans le cas ou la pièce est entourée par une seule spire non interrompue. La subdivision de la bobine en deux organes que l'on peut séparer sans plus, par exemple en écartant l'organe 15, offre avec l'alimentation indiouée, un sé- rieux avantage: le remplacement de la pièce ne demande que peu de temps et de plus, le circuit électrique reste fermé, de sorte qu'on élimine les difficultés inhérentes aux variations de la résistance de passage.
Ce dispositif présente cependant un inconvénient. Comme le montre nettement la. figure, les conducteurs d'amenée et de sortie 18 et 19 doivent être repliés à partir de la connexion aux orga.nes 16 et 15 afin de permettre l'enlèvement de la. pièce., Par suite du sens opposé du courant dans les organes et dans les conducteurs précités, l'induction à haute fréquence dans la pièce sera donc nulle ou en tout cas très faible, car cette pièce se trouve dans un espace pratiquement exempt de champ. Le dispositif aura donc un très faible rendement au'on n'améliore pas en donnant aux conducteurs un trajet tel que représenté en pointillés.
En ce qui concerne le rendement, il est avantageux que les conducteurs 18 et 20, respectivement 19 et 21, soient parallèles et aussi rapprochés que possible pour éviter qu'il ne se produise un champ de dispersion entre eux.
Le dispositif conforme à l'invention obvie à l'incon- vénient inhérent à celui de la fig.2 ainsi qu'à l'inconvénient inhérent à celui représenté sur la. fig.3, tout en conservant leurs avantages, comme le prouvera d'ailleurs la description des figures 4a et 4b.
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Sur ces figures, 4 est de nouveau le manchon et 5, l'une des extrémités de la bague aux endroits A et B de la fig. l. Suivant l'invention, la pièce est entourée en deux endroits (A et B) par deux paires d'organes 22 et 23, respec- tivement 24 et 25, reliées entre elles par les conducteurs 26 et 27 et alimentées de la manière indiquée par les flèches. Aux endroits à souder, le jeu entre les organes et la bague est si petit que ces organes induisent dans la bague un courant de chauffage d'intensité suffisamment élevée.
Pour le reste,les organes de chaque paire sont réa- lisés et montés de la manière exposée ci-dessus pour les demi- bobines de la fig.3.
Tout comme dans le dispositif représenté sur la fig.3, malgré qu'elle soit fermée, la pièce peut s'enlever très facile- ment: il suffit de soulever les organes 22 et 24. Ceci ne provo- que pas l'interruption du circuit. Comme le montre'nettement la figure, la disposition des conducteurs ne suscite pas de diffi- culté car, contrairement au cas de la fig.3, ils ne doivent pas être pliés. Ceci est attribuable au fait que, conformément à l'invention, on utilise au moins deux paires d'organes.
De préférence, les organes de chaque jeu situés du même côté de la pièce sont assemblés à l'aide des entretoises 28 et 29, représentées schématiquement en pointillés, de manière à constituer un ensemble mécanique rigide qui, dans le cas repré- senté, permettent d'enlever simultanément les organes 22 et 24.
Si ces entretoises sont en métal, elles peuvent aussi faire office de conducteurs électriques.
La fig. 5 montre une forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention dans le cas où les endroits à souder de la pièce se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre.
On peut considérer la pièce comme constituée par un certain nom- bre de tronçons de tube à assembler, tronçons qui font partie- d'une construction fermée, de sorte qu'il est impossible de glis-
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ser sur les tubes des bobines d'induction à spires fermées. Les tronçons de tube sont indiqués par 30, 31 et 32. Sur les en- droits à souder on a glissé des manchons 33 et 34. En cet en- droit, les tubes sont entourés par des organes tels que décrits dans la forme d'exécution précédente. Pour faciliter la compré- hension du dessin, on n'y a représenté qu'un seul organe de chaque paire (l'organe supérieur 35, 36), La liaison électrique et mécanique entre les organes (35, 36) disposés du même côté de la pièce est constituée par la bande métallioue 37.
Il va de soi que tant la forme d'exécution montrée sur la fig.4 que celle représentée sur la. fig.5 peuvent aussi s'utiliser dans les cas où il est impossible de glisser en place une bobine d'induction normale. Les dispositifs offrent l'avantage que l'on peut alors effectuer simultanément deux soudures.
La fig.6 montre une forme d'exécution que l'on peut considérer comme issue de celle de la fig.5 en rapprochant les deux organes, disposés du même côté de la. pièce, de chaque paire (35 et 36). S'il faut réaliser dans une pièce un seul assemblage par soudure, on peut utiliser cette forme d'exécution très simple et très compacte en disposant les organes de part et d'autre de l'endroit à souder et suffisamment près l'un de l'autre pour que la zone qui les sépare soit efficacement chauf- fée.
Le montage schématiquement représenté sur la fig.7 montre le mode d'alimentation des divers organes électriques décrits. Les organes situés en deux endroits du même côté de la pièce sont indiqués par 38 et 39, respectivement par 40 et 41.
Le montage en série des organes 38 et 39, disposés d'un côté de la pièce et des organes 40 et 41 disposés de l'autre côté de la pièce est branché sur l'enroulement secondaire 42 d'un trans- formateur à haute fréquence dont l'enroulement primaire est in- diqué par 43. Comme il a déjà été mentionné, les organes 38 et 39, respectivement 40 et 41, peuvent être assemblés tant mé- caniquement qu'électriquement, par des pièces d'accouplement
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rigides 44, tandis que les autres connexions peuvent être constituées par des câbles souples. Pour enlever la pièce, il suffit alors tout simplement de soulever l'ensemble 38, 44, 49.
La fig.8 montre une forme d'exécution particulièrement avantageuse du montage ; organes de chaque paire 46 et 47, respectivement 48 et 49, disposés du même côté de la pièce, y sont branchés en série sur des sources d'alimentation différen- tes, dans ce cas les enroulements secondaires 50 et 51 d'un transformateur, dont chacun est constitué par une demi-douille métallique. L'ensemble de ces deux demi-douilles entoure l'en- roulement primaire 52 du transformateur. Ces demi-douilles peuvent être séparées de la même manière que les organes 38, 40 respecti- vement 39, 41 sans provoquer une interruption des circuits de courant correspondants. Ce fait est nettement illustré par la fig.8 sur laquelle le circuit de courant est indiqué par des flèches.
Cette forme d'exécution s'utilisera dans les cas où le transformateur a des dimensions telles qu'on peut le placer à proximité de la pièce. Il est alors possible et même très avan- tageux d'assembler en un ensemble mécanique très rigide chacun des deux éléments secondaires du transformateur et les organes correspondants de chaque jeu, et de réaliser cet assemblage, de préférence, à l'aide de liaisons qui font en même temps office de conducteurs électriques.
Si les organes sont reliés mécanique- ment et électriquement de la manière précitée, on obtient un dispositif dont l'alimentation est très simple et qui est mania- ble. Il y a lieu de noter que ces avantages en fait différents (simplicité de construction et grands maniabilité) sont obtenus par l'application du même principe, à savoir la subdivision des bobines d'induction ainsi que de l'enroulement secondaire du transformateur qui fournit deux circuits de courant séparables dans lequel les câbles souples sont superflus.
Il va de soi que les organes 50 et 51 peuvent éventuel- lement aussi être réalisés sous forme d'enroulements secondaires ---
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normaux. Les deux cas offrent l'avantage de circuits de courant totalement indépendants.
La fig.9 montre une telle forme d'exécution. Seuls les organes 53 et 54, disposés du même côté de la pièce,. sont bran- chés en série, par les conducteurs 55 et 56, sur l'enroulement secondaire 57 d'un transformateur. Les organes 58 et 59 disposés de l'autre côté de la pièce constituent avec les conducteurs d'interconnexion 60, 61 un circuit fermé. Comme le montrent les flèches, ce circuit est le siège d'un courant induit dont le sens est opposé à celui du courant qui circule dans le circuit branché sur l'enroulement 57 du transformateur. De préférence, ici aussi l'ensemble des organes (58, 59) et des conducteurs (60, 61) constitue un tout rigide que l'on peut séparer très facilement, pour remplacer la pièce, en soulevant l'ensemble.
Cette forme d'exécution offre un sérieux avantage: les organes à soulever constituent un ensemble très compact qui n'est pas branché sur une source de tension.
La fig.10 montre une forme de réalisation du schéma de la fig.9. Pour faciliter la compréhension, les mêmes organes por- tent sur les deux figures les mêmes chiffres de référence. Comme dans ce cas, toutes les connexions entre les organes supérieurs 58 et 59, et celles entre les organes inférieurs 53 et 54 sont constituées par des bandes plates et que, dans la position de fonctionnement, la partie supérieure 62 se trouve près de la partie inférieure 63 et est parallèle à celle-ci, on obtiendra un bon effet d'induction entre les deux parties.
La fig.11 montre la réalisation du montage représenté sur la fig.8 dans un dispositif servant à assembler par soudure les tubes d'un cadre de bicyclette. Ces tubes sont indiqués par 64, 65 et 66. Pour simplifier le dessin, on n'y a pas repré- senté le cadre entier: il va cependant de soi que le tube 64 est destiné à recevoir la tige du guidon et la fourche avant de la bicyclette. Sur ces parties sont glissés les manchons usuels 67
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et 68. En cet endroit, les parties doivent être assemblées par soudure à l'aide de soudure introduite entre ces parties et les manchons. Les parties 65 et 66 sont supportées dans un gabarit, qui n'est pas représenté sur le dessin, de manière qu'elles occu- pent la position requise entre elles et par rapport à la pièce 64.
Dans ce cas, le dispositif conforme à l'invention est constitué par deux parties identiques 69 et 70, entièrement en métal, par exemple en cuivre. Chacune de ces parties est consti- tuée par une gaine cylindrique 71 reliée, à l'aide des bandes 72 et 73 aux organes 74, respectivement 75. Les organes sont re- liés entre eux par des bandes 76. Dans les organes sont ménagés des creux 77 et 78, respectivement 79 et 80 que l'on ne voit entièrement que dans la partie inférieure 70. La figure montre nettement que la forme des creux dépend de la forme des manchons 67 et 68 du cadre de la bicyclette car, pendant la soudure, les organes doivent entourer le cadre en ces deux endroits. A cet effet, la partie 70 est disposée de manière que le cadre étant mis en place dans le calibre, les manchons se disposent dans les creux.
Ensuite on amène la.partie 69 du dispositif vers la partie inférieure de manière que les creux ménagés dans la partie 69 entourent aussi la partie supérieure des manchons. Il faut veil- ler à ce que les parties 69 et 70 soient isolés électriquement non seulement entre elles, mais aussi par rapport aux manchons, ce qui peut s'obtenir par un montage approprié des diverses par- ties, par exemple en interposant entre la partie 69 et la partie 70 des bandes de mica. Eventuellement on peut aussi garnir les creux 77 et 78, respectivement 79 et 80 d'un tel matériau isolant de manière que le cadre puisse aussi être supporté en cet endroit et que les organes 74 et 75 fassent aussi partie du gabarit.
Dans l'espace cylindrique compris entre les gaines 71 se trouve l'enroulement primaire d'un transformateur que l'on alimente par le courant à haute fréquence nécessaire pour déve- lopper la chaleur requise pour la soudure. Les gaines 71 consti-
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tuent donc les deux moitiés séparées d'un seul enroulement se- condaire. De ce fait, les courants dans les parties 69 et 70 seront toujours de sens opposés, comme le montrent d'ailleurs les flèches sur la figure. Le fonctionnement du dispositif se comprend sans plus à l'aide des explications relatives aux figu- res précédentes, en particulier aux figs.5, 6 et 8.
Si sur un cadre de bicyclette on veut réaliser en même temps que l'assemblage précité, des assemblages analogues au droit du pédalier et de la selle, on peut avantageusement utili- ser en chacun de ces endroits un dispositif conforme à l'inven- tion. Dans ce cas, les enroulements primaires des transformateur d'alimentation peuvent être montés en série (voir fig.S, 7 et 8).
Pour permettre de régler indépendamment le chauffage en chacun des endroits à traiter, il est recommandable de munir chacun des dispositifs d'un élément de réglage;, par exemple un shunt régla- ble. Il va de soi qu'un tel procédé convient aussi pour des piè- ces compliquées autres que les cadres de bicyclettes.
Par suite de la puissance mise en jeu, dans la plupart des cas il sera nécessaire de refroidir les organes décrits et éventuellement aussi les conducteurs, par exemple à l'aide d'un fluide. Pour simplifier les dessins, on n'y a pas représenté ce dispositif de refroidissement. Ce refroidissement peut être as- suré par exemple par des tuyauteries soudées sur les organes et les conducteurs et traversées par un liquide.