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-FOUR A INDUCTION A HAUTE FREQUENCE-
En chauffant à haute fréquence., il est désirable d'adapter le dispositif de chauffage aux dimensions variées des pièces à chauffer. Dans les constructions ne pouvant être ajustées, par exemple celles dans lesquelles la pièce à chauffer est déposée à l'intérieur d'un enroulement en une pièce, des pièces dont les sections transversales se trouvent dans certaines limites peuvent être traitées,mais ces limites sont assez serrées s'il est requis de maintenir un rendement ou une efficacité acceptables pour limiter le coût de l'équipement et pour 'étudier les conditions de chauffage.
Dans la demande de brevet de la demanderesse,, déposée le 6 janvier 1951., pour "Four à réchauffer à induction", un four à haute fréquence pour le forgeage, avec un Volume de four ajustable, a été proposé, four qui est fait de manière à pouvoir être ajusté à différentes sections transversales de pièces à traiter. Dans cette construction les enroulements conduisant-le courant à haute fréquence sont placés de sorte que la faculté de pouvoir être ajustés est obtenue au moyen de connexions flexibles entre les spires séparées des moitiés d'enroulemento La présente invention se rapporte à des constructions dans lesquelles le volume du four peut être ajusté dans un domaine pratiquement illimité,
dans lesquelles les enroulements à haute fréquence sont placés de telle façon qu'il n'y a pas de connexion directe entre les éléments du four., qui sont destinés à être déplacés les uns par rapport aux autres.
Le four à haute fréquence suivant l'invention comprend au moins une paire de noyaux de: tôle de ferg parallèles, sétendant dans la direction longitudinale du four et feuilletés à angles droits par rapport à 1-'étendue longitudinale du four, qui peuvent être déplacés et des con- ducteurs- encastrés parallèlement à l'intérieur des côtés opposés desdits noyaux.\) traversés par le courant et connectés de telle façon qu'ils consti-
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tuent des enroulements séparés mécaniquement les uns des autres,
enroulés de sorte que le champ magnétique entre les cotés opposés des paquets de tôles est dirigé sensiblement au travers de l'espace du four ou est dirigée dans la zone de chauffage de l'espace du four parallèlement par rapport aux cotés opposés des paquets de tôles età angles droits par rapport à la direction longitudinale du four. Suivant la direction du courant dans l'en- roulement dans un noyau, par rapport à la direction du courant dans l'en- roulement du noyau opposé, la direction du champ à l'intérieur de l'espace du four est différente ce qui entraîne entr'autres des propriétés de chauf- fage différentes.
En outre, il en dépend aussi si le champ magnétique en- tre les noyaux du four doit être fermé par un étrier extérieur afin d'obte- nir un rendement accru ou si de tels étriers peuvent être évités. Dans ce dernier cas, une liberté plus grande est obtenue en ce qui concerne l'exécution de la construction, qui est associée à la mise en place des pièces à l'intérieur de l'espace du four.
Des fours de la forme mentionnée peuvent être utilisés pour un grand nombre de problèmes de chauffage variés., tels que le chauffage de pièces devant être forgées, trempées, unies par soudure., ou analogues, même si les formes géométriques des pièces diffèrent dans certaines limites, pour autant que le dispositif de transport y soit adaptéo
L'invention sera décrite avec référence aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1, 2 et 3 sont des coupes dans un four, pouvant être ajuste., pour la mise en place., du haut., de pièces M, tandis que les figures 4, 5 et 6 sont des coupes dans un four pour un chargement longitu- dinal continu des pièces.
Les figures 7, 8 et 9 représentent des coupes dans des fours pouvant être ajustés, présentant un mode de réalisation mo- difié des enroulements à courant.
La figure 1 est une vue en coupe, perpendiculairement à l'éten- due longitudinale du four, tandis que les figures 2 et 3 sont respective- ment une vue de côté en coupe et une vue de dessus de la même construction vues respectivement suivant les lignes A-A et B-B de la figure 1. Dans chaque noyau 1 sont des fentes dans lesquelles sont encastrés des enroule- ments 2,connectés à la source de courant à haute fréquence. Les conduc- teurs dans les fentes peuvent être des conducteurs uniques ou des conduc- teurs multiples. Comme indiqué à la figure 1, les enroulements à courant sont enroulés dans le même sens, avec le résultat que le champ à l'inté- rieur de l'espace du four est principalement dirigé au travers de celui-ci, comme indiqué par la flèche.
Avec ces directions du courant, un étrier 3 de tôles feuilletées est utilisé de manière appropriée, sur lequel une moi- tié ou les deux moitiés d'enroulement peuvent être déplacées afin d'accroî- tre ou d'abaisser leur distance. Cet étrier peut aussi être supprimé avec le résultat qua le rendement sera légèrement réduit. Lorsque les direc- tions de courant sont opposées dans les enroulements à courant opposés, comme indiqué dans le mode de réalisation suivant la figure 9, qui est ap- proprié à des pièces M ayant des dimensions en section transversale plus grandes dans le plan de la surface du fer, la direction du champ apparaît évidente de cette figure. Dans ce cas, l'étrier susdit peut être abandon- né.
Eu égard à la faculté d'adaptation à la dimension en section transver- sale de la pièce., la connexion à la source de courant est disposée de telle façon que les directions de courant, les unes par rapport aux autres., peu- vent être changées. Afin d'empêcher que des pièces qui ne sont pas guidées au travers du four et qui sont sujette? à des forces- électromagnétiques asymétriques et qui, pour cette raison ou pour d'autres raisonspourraient venir en contact avec les conducteurs actifs et afin de fixer les côtés d'enroulement dans la fente, chaque moitié de four est pourvue,, suivant la figure 2, d'un treillis de protection 4, de préférence en fila d'acier inoxydable isolé des conducteurs.
Le diamètre des fils du treillis est choisi de telle façon, en tenant compte de la fréquence utilisée pour le courant, que la consommation de puissance dans le treillis est négligea- bleo On dispose des dimensions de fils pouvant être appliquées pratiquement
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dans le domaine de fréquence des générateurs. Les extrémités des fils de treillis sont fixés dans une matière réfractaire 5, isolant électriquement.
A la figure 4 est représentée une section transversale dans un four pour le chargement continu longitudinal des pièces. La figure 5 est une vue de côté en coupe et la figure 6 est une vue de dessus du même mode de réalisation respectivement suivant les lignes C-C et D-D de la fi- gure 4. Avec la direction de courant et la direction principale du champ indiquées à la figure 4, les pièces sont déposées sur un support fixe en matière céramique et avancées au moyen de rouleaux 7 entraînés en sens op- posé, comme indiqué aux figures 5 et 6.
A une petite distance de la sortie du four, le support présente une forte inclinaison 6a, dont la ligne de réfraction est disposée de sorte que la pièce quittant le four demeure dans la zone de chauffage jusqu'à ce qu'elle est inclinée et glisse hors du four., poussée en avant par les pièces suivantes. Afin de minimiser la force de poussée, tout le support peut être faiblement incliné dans la direction longitudinale.. La largeur du support est choisie par rapport à la position des moitiés de four, pour chauffer effectivement la pièce la plus proche.
Pour réduire l'usure de la matière céramique du support,, des pointes 8 d'acier inoxydable, ou d'une autre matière appropriée,, sont fixées dans la surface du supporte Ces pointes ont des dimensions tellestransversale- ment par rapport au champ., qu'il ne se produit pas de consommation nuisible de puissance.
Si les enroulements sont connectés à la source pour présenter des directions du courant opposées, suivant la figure 9, l'étrier est sup- primé et avec cette connexion des enroulements., un dispositif de transporta suivant la demande de brevet de la demanderesse, déposée le 6 janvier 1951 pour "Four à réchauffer à induction", peut aussi être utilisée
Les figures 7 et 8 représentent des coupes transversales dans des fours pouvant être ajustés, présentant une disposition modifiée des en- roulements. L'enroulement dans chaque noyau est., dans ce casa divisé en deux moitiés, 2a et 2b, de sorte que la direction de courant dans les con- ducteurs extérieurs est opposée à la direction des conducteurs dans la fente intérieure.
Dans les enroulements connectés pour une même direction de courante suivant la figure 7, la direction principale du champ est tel- le qu'indiquée par la flèche. Cette connexion est appropriée pour des pièces présentant une étendue plus grande parallèlement au plan du fer.
Dans ce case le système d'alimentation faisant avancer les pièces sur un support céramique, est utilise pour l'alimentation continue. La figure 8 représente un four ayant des enroulements 2a et 2b connectés en opposition, dans lequel des pièces présentant une étendue plus petite, parallèlement au plan du fer, peuvent être chauffées. Un dispositif d'alimentation, sui- vant la figure 6 ou suivant la demande de brevet de la demanderesse, dépo- sée le 6 janvier 1951 pour-,,Four à réchauffer à induction", peut être uti- lisé.
Si les fours suivant les figures 7 et 8 sont construits, par exemple pour la mise en place, du haute des pièces, ils peuvent être pour- vus d'un treillis de protection tel que décrit en relation avec la figure 2.
Il est commun à tous les modes de réalisation que le refroi- dissement des paquets de feuilles de tôle peut être exécuté d'une manière perfectionnée. En particulier, à cause du champ de dispersion des extrémi- tés deenroulement et des conducterus faisant saillie sur le noyau feuilleté, il y aura dans les fours à haute fréquence et dans les dispositifs de chauffage, des pertes- dans le fer plus élevées, et pour cette raison-9 il est désirable de pourvoir les noyaux de fer d'une réfrigération à 1?eau pour. éviter des accroissements de température inadmissibles.
Antérieure- mentsce problème a été résolu en divisant les paquets de tôle en sections,
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en y insérant des plaques de cuivre qui ont été refroidies à Peau par le dehors. Par ailleurs, des poches de réfrigération extérieures.!) refroidies à l'eau, furent prévues, qui furent pressées vers les tôles dans leur di- rection longitudinale. Mais dans les noyaux de fer feuilletés, à cohé- rence normale des feuilles., la conductibilité calorifique, en direction longitudinale du feuilletage, est approximativement 400 fois plus grande que dans leur direction transversale.
Pour cette raison, lors de l'utili sation du premier mode de construction cité., le noyau doit être divisé en un grand nombre de petites sections parce que la chaleur doit être conduite au travers du feuilletage pour être éliminée par les plaques de cuivre.
Il est vrai que dans le second cas, la chaleur est conduite de la manière .la plus favorable au travers du corps de feuilles,, dans la direction lon- gitudinale des feuilles, mais la chute de température dans 1-'intervalle en- tre le feuilletage et la poche de réfrigération devient considérablement plus grande qu'avec un contact métallique direct., obtenu par des joints soudés ou brasés, entre les organes générateurs- de'chaleur et de réfrigé- ration.
Une réfrigération,\) fortement simplifiée? du noyau est repré- sentée aux figures 1, 2 et 3. Elle consiste en ce qu'un tuyau en fer ou métallique 9, traversé par l'eau, est fixé par soudure ou brasure, directe= ment en travers du tuyautage, dans- une position telle qu'il ne se produit pratiquement pas de champ ou un champ très faible à l'endroit qui est cou- vert par la soudure ou la brasure. En général, un tel endroit se trouve à l'endroit où un plan de symétrie des lignes horizontales., bissectrices des enroulements., coupe les surfaces extérieures des paquets de tôles. Une condition d'application est, bien entendu, qu'il n'y a pas de connexion entre les lamelles en quelque autre endroit qui permettrait au champ de trouver un parcours métallique formé dans le noyau.
La chaleur qui est éliminée de l'intérieur du noyau vers le tube de refroidissement est ainsi conduite le long du feuilletage avec la chute de température la plus fai- ble et s'écoule vers le tuyau de refroidissement sans accroître la chute de température. Pour protéger les enroulements, il est approprié de les placer dans les fentes de sorte que leurs surfaces-se faisant face se trou- vent quelque peu en dessous des surfaces des paquets de tôles de fer.
REVENDICATIONS.
1. Four pour le chauffage inductif à haute fréquence de pièces de fer, ou d'autres métaux, présentant des dimensions différant considéra- blement, caractérisé en ce que le four comprend au moins une paire de noyaux en tôle de fera parallèles, s'étendant dans la direction longitudi- nale, et feuilletés à angles droits par rapport 1-'étendue longitudinale du four., qui peuvent être déplacés? et des-conducteurs encastrésparallèle- ment dans les côtés opposés desdits noyaux, traversés par le courant et con- nectés de telle façon qu'ils- forment des enroulements mécaniquement séparés l'un de l'autre.\) enroulés de telle façon que le champ magnétique entre les côtés opposés des paquets de tôle est dirigé =,
sensiblement au travers de 1-'espace du four ou est dirigé dans la zone de chauffage de 1-'espace du four, parallèlement aux côtés opposés des paquets de tôle et à angles droits par rapport à la direction longitudinale du four.
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-HIGH FREQUENCY INDUCTION OVEN-
By heating at high frequency, it is desirable to adapt the heater to the various dimensions of the rooms to be heated. In constructions that cannot be adjusted, for example those in which the part to be heated is laid inside a one-piece winding, parts whose cross-sections are within certain limits can be addressed, but these limits are tight enough if required to maintain acceptable efficiency or efficiency to limit the cost of equipment and to study heating conditions.
In Applicant's patent application, filed Jan. 6, 1951., for "Induction heating furnace", a high frequency furnace for forging, with adjustable furnace volume, has been proposed, which furnace is made. so that it can be adjusted to different cross sections of workpieces. In this construction the windings conducting the high frequency current are placed so that the ability to be adjustable is obtained by means of flexible connections between the separate turns of the winding halves. The present invention relates to constructions in which the furnace volume can be adjusted within a practically unlimited range,
in which the high frequency windings are placed in such a way that there is no direct connection between the elements of the furnace, which are intended to be moved relative to each other.
The high frequency furnace according to the invention comprises at least one pair of parallel ferg sheet cores, extending in the longitudinal direction of the furnace and laminated at right angles to the longitudinal extent of the furnace, which can be moved. and conductors- recessed parallel within the opposite sides of said cores. () traversed by current and connected in such a way that they constitute
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kill windings that are mechanically separated from each other,
wound so that the magnetic field between the opposing sides of the sheet bundles is directed substantially through the furnace space or is directed into the heating zone of the furnace space parallel to the opposite sides of the sheet bundles andat right angles to the longitudinal direction of the furnace. Depending on the direction of the current in the coil in a core, compared to the direction of the current in the coil of the opposite core, the direction of the field inside the furnace space is different which among other things results in different heating properties.
In addition, it also depends on whether the magnetic field between the cores of the furnace has to be closed by an external stirrup in order to achieve increased efficiency or whether such stirrups can be avoided. In the latter case, greater freedom is obtained with regard to the execution of the construction, which is associated with the placement of the parts inside the furnace space.
Furnaces of the mentioned form can be used for a number of various heating problems, such as heating parts to be forged, tempered, welded, or the like, although the geometric shapes of the parts differ in some cases. limits, provided that the transport device is suitable
The invention will be described with reference to the accompanying drawings, in which Figures 1, 2 and 3 are sections in an oven, which can be adjusted., For the installation., From the top., Of parts M, while the Figures 4, 5 and 6 are sections through a furnace for continuous longitudinal loading of parts.
Figures 7, 8 and 9 show sections through tunable furnaces showing a modified embodiment of the current windings.
Figure 1 is a sectional view, perpendicular to the longitudinal extent of the oven, while Figures 2 and 3 are respectively a side sectional view and a top view of the same construction seen respectively according to the lines AA and BB of FIG. 1. In each core 1 are slots in which are embedded the windings 2, connected to the high frequency current source. The conductors in the slots can be single conductors or multiple conductors. As shown in figure 1, the current windings are wound in the same direction, with the result that the field inside the furnace space is mainly directed through it, as indicated by the arrow.
With these current directions, a stirrup 3 of laminated sheets is suitably used, over which one or both winding halves can be moved in order to increase or decrease their distance. This caliper can also be omitted with the result that the efficiency will be slightly reduced. When the current directions are opposite in the opposite current windings, as shown in the embodiment according to Figure 9, which is suitable for parts M having larger cross-sectional dimensions in the plane of the line. surface of the iron, the direction of the field appears evident in this figure. In this case, the aforementioned stirrup can be abandoned.
Due to the adaptability to the cross-sectional dimension of the workpiece, the connection to the current source is so arranged that the current directions relative to each other can be made. be changed. In order to prevent parts which are not guided through the oven and which are prone? to asymmetric electromagnetic forces and which for this or other reasons could come into contact with the live conductors and in order to fix the winding sides in the slot each half of the furnace is provided, according to figure 2 , a protective mesh 4, preferably stainless steel fila insulated from the conductors.
The diameter of the wires of the mesh is chosen in such a way, taking into account the frequency used for the current, that the power consumption in the mesh is negligible o We have the dimensions of wires that can be practically applied
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in the frequency domain of generators. The ends of the wire mesh are fixed in a refractory material 5, electrically insulating.
In Figure 4 is shown a cross section in an oven for continuous longitudinal loading of parts. Fig. 5 is a sectional side view and Fig. 6 is a top view of the same embodiment taken respectively along lines CC and DD of Fig. 4. With the current direction and the principal direction of the field indicated. in FIG. 4, the pieces are placed on a fixed support made of ceramic material and advanced by means of rollers 7 driven in the opposite direction, as indicated in FIGS. 5 and 6.
At a small distance from the exit of the furnace, the support has a strong inclination 6a, the line of refraction of which is arranged so that the part leaving the furnace remains in the heating zone until it is inclined and slides out of the oven., pushed forward by the following pieces. In order to minimize the pushing force, the whole support can be tilted slightly in the longitudinal direction. The width of the support is chosen relative to the position of the oven halves, to effectively heat the nearest room.
To reduce wear on the ceramic material of the support, spikes 8 of stainless steel, or other suitable material, are fixed in the surface of the support. These spikes have dimensions such as transverse to the field. , that no harmful consumption of power occurs.
If the windings are connected to the source to present opposite current directions, according to figure 9, the yoke is omitted and with this connection of the windings., A transport device will according to the patent application of the applicant, filed January 6, 1951 for "Induction heating furnace", can also be used
Figures 7 and 8 show cross sections through tunable ovens showing a modified arrangement of the coils. The winding in each core is, in this case divided into two halves, 2a and 2b, so that the direction of current in the outer conductors is opposite to the direction of the conductors in the inner slot.
In the windings connected for the same current direction according to FIG. 7, the main direction of the field is as indicated by the arrow. This connection is suitable for parts having a greater extent parallel to the plane of the iron.
In this case, the feeding system, which advances the pieces on a ceramic support, is used for continuous feeding. Fig. 8 shows a furnace having oppositely connected windings 2a and 2b, in which parts having a smaller extent, parallel to the plane of the iron, can be heated. A feed device, according to Figure 6 or according to the Applicant's patent application, filed January 6, 1951 for "Induction heating furnace", can be used.
If the ovens according to Figures 7 and 8 are constructed, for example for placing the top of the pieces in place, they may be provided with a protective mesh as described in relation to Figure 2.
It is common to all the embodiments that the cooling of the sheet metal bundles can be carried out in an improved manner. In particular, because of the stray field from the winding ends and the conductors protruding from the laminated core, there will be higher iron losses in high frequency furnaces and heaters, and for this reason it is desirable to provide the iron cores with water refrigeration for. avoid unacceptable temperature increases.
Previously this problem was solved by dividing the sheet bundles into sections,
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by inserting copper plates which have been cooled with water from the outside. In addition, external water-cooled refrigeration pockets were provided, which were pressed towards the sheets in their longitudinal direction. But in laminated iron cores, at normal sheet consistency, the heat conductivity in the longitudinal direction of the lamination is approximately 400 times greater than in their transverse direction.
For this reason, when using the first mentioned construction mode, the core has to be divided into a large number of small sections because the heat has to be conducted through the lamination to be removed by the copper plates.
It is true that in the second case the heat is most favorably conducted through the leaf body, in the longitudinal direction of the leaves, but the temperature drop in the interval between the lamination and the refrigeration bag becomes considerably larger than with direct metallic contact, obtained by welded or brazed joints, between the heat-generating and refrigerating members.
Refrigeration, \) greatly simplified? of the core is shown in figures 1, 2 and 3. It consists in that an iron or metal pipe 9, crossed by water, is fixed by welding or brazing, directly across the piping, in - a position such that practically no field or a very weak field occurs at the place which is covered by the solder or the solder. Usually, such a place is where a plane of symmetry of the horizontal lines, bisectors of the windings, intersects the outer surfaces of the sheet bundles. A condition of application is, of course, that there is no connection between the lamellae at some other location which would allow the field to find a metallic path formed in the core.
The heat which is removed from the interior of the core to the cooling tube is thus conducted along the lamination with the lowest temperature drop and flows to the cooling pipe without increasing the temperature drop. To protect the windings, it is suitable to place them in the slots so that their facing surfaces lie somewhat below the surfaces of the iron sheet bundles.
CLAIMS.
1. Furnace for inductive high-frequency heating of pieces of iron, or other metals, having considerably different dimensions, characterized in that the furnace comprises at least one pair of parallel sheet cores, s' extending in the longitudinal direction, and laminated at right angles to the longitudinal extent of the oven., which can be moved? and conductors embedded in parallel in the opposite sides of said cores, traversed by current and connected in such a way that they form windings mechanically separated from each other. () wound in such a way that the magnetic field between the opposite sides of the sheet bundles is directed =,
substantially through the furnace space or is directed into the heating zone of the furnace space, parallel to the opposite sides of the sheet metal bundles and at right angles to the longitudinal direction of the furnace.