BRPI0814283B1

BRPI0814283B1 - Aparelho de aquecimento por indução elétrica e método de aquecer por indução uma ou mais projeções discretas de uma superfície de um artigo em forma de engrenagem

Info

Publication number: BRPI0814283B1
Application number: BRPI0814283-1A
Authority: BR
Inventors: Don L. Loveless; Valery I. Rudnev; Joseph M. O'Haire; Randall J. Minnick; Brian L. Marshall
Original assignee: Inductoheat, Inc.
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2008-07-19
Publication date: 2019-08-06
Also published as: CN101755061A; US10856370B2; EP2183397A1; TR201904588T4; ES2718470T3; JP2010534402A; JP5399388B2; EP2183397A4; PL2183397T3; KR101496775B1; CA2693786C; BRPI0814283A2; LT2183397T; EP2183397B1; US20090020525A1; WO2009015052A1; CA2693786A1; KR20100057782A; CN101755061B

Abstract

meio legível por computador contendo um método de controle, dispositivo de computação e método implementado por computador várias modalidades fornecem um controle de descoberta unificado (204) que pode ser incorporado como parte de um navegador da rede (110). o controle de descoberta unificado (204) fornece uma localização central que descreve vários serviços que um sítio da rede tem a oferecer. em adição, o controle de descoberta unificado (204) pode permitir que o usuário interaja com os serviços individuais que o sítio da rede tem a oferecer fornecendo a um usuário a capacidade de adicionar, atualizar, desinstalar e/ou, de outra forma, gerenciar os vários serviços que são descritos no controle de descoberta unificado (204). assim, o controle de descoberta unificado (204) fornece um sistema de gerenciamento centralizado que fornece ao usuário uma experiência comum, preditável e repetitiva para interagir com os vários serviços que um sítio da rede pode oferecer.

Description

Campo da invenção

A presente invenção é, genericamente, relativa a tratamento térmico por indução elétrica de engrenagens e artigos eletricamente condutores como engrenagem e, em particular, a tal tratamento térmico para endurecimento de carcaça ou superfície de tal engrenagem e artigos como engrenagem.

Fundamento da invenção

Aquecimento por indução elétrica pode ser utilizado para tratar eletricamente para tratar termicamente peças em elaboração eletricamente condutoras que incluem engrenagens e artigos como engrenagem. Engrenagens podem ser caracterizadas como engrenagens de eixos paralelos, de eixos que se interceptam e de eixos não paralelos que não se interceptam. Os eixos referidos são o eixo central da engrenagem e o pinhão ou engrenagem em interface. Por exemplo, uma vez que duas engrenagens retas que interagem têm eixos paralelos, uma engrenagem reta é um tipo de engrenagem de eixos paralelos. Engrenagens de eixos paralelos são também caracterizadas por dentes voltados radialmente para fora, como ilustrado pela engrenagem reta 102 na figura la e na figura lb. A região de dentes de uma engrenagem de eixo paralelo pode ser tratada termicamente por indução localizando a engrenagem dentro de uma bobina de indução circundante 100. Quando energia (CA) de corrente alternada adequada é aplicada à bobina de indução a engrenagem é aquecida de maneira indutiva por meio de acoplamento magnético com o campo de fluxo estabelecido pelo escoamento de corrente CA através do indutor, como ilustrado pelas linhas equipotenciais típicas da corrente parasita 104 e 110 na figura la e figura lb, respectivamente. A frequência elétrica da corrente fornecida tem um efeito notável no escoamento de corrente parasita dentro da engrenagem e distribuição de calor induzido. Basicamente, quando é necessário endurecer as pontas dos dentes, apenas com uma única frequência de corrente utilizando uma bobina solenóide de uma única espira ou de diversas espiras, uma frequência relativamente elevada, por exemplo, 30 kHz até 450 kHz, e densidade de energia elevada são aplicadas. Ver, por exemplo, a figura la. Quando corrente de frequência relativamente elevada (energia) é aplicada à bobina 100, aquecimento induzido por corrente parasita na engrenagem 102 segue o contorno da engrenagem como indicado pelas linhas representativas de perfil de aquecimento 104. Uma vez que a concentração a mais elevada da densidade de corrente será na ponta 106 do dente, haverá um excesso de energia na ponta 106 comparada com a raiz 108. Levando também em consideração que a ponta 106 do dente tem a quantidade mínima de metal a ser aquecida comparada à raiz 108, a ponta irá experimentar o aumento de temperatura o mais intenso durante todo o ciclo de aquecimento. Em adição, a partir da perspectiva térmica, a quantidade de metal abaixo da raiz da engrenagem representa um dissipador de calor muito maior comparado com a ponta do dente. Outro fator que também complementa o aquecimento mais intenso da ponta do dente tem a ver com um melhor acoplamento eletromagnético devido ao efeito de proximidade eletromagnética entre a bobina indutora e a ponta do dente em comparação com a raiz; frequência mais elevada tem uma tendência a fazer o efeito de proximidade mais pronunciado. Ao endurecer de maneira indutiva a raiz do dente 108, uma frequência relativamente baixa, por exemplo, 50 Hz até 20 kHz, é preferível.

Com uma baixa frequência a profundidade de penetração da corrente parasita é muito maior do que com alta frequência. Ao aquecer engrenagens de passo fino e passo médio é muito mais fácil que a corrente induzida de baixa frequência faça um trajeto curto e siga o círculo base ou linha de raiz da engrenagem ao invés de seguir o perfil do dente. Ver, por exemplo, a figura lb e as linhas de perfil de aquecimento representativas 110. O resultado é aquecimento mais intenso da área de filete de raiz comparado com a ponta do dente. Tipicamente, para fornecer um padrão de dureza que siga o perfil do dente de engrenagem (da ponta para a raiz) preaquecimento da engrenagem é requerido. Dependendo da geometria da engrenagem, preaquecimento é usualmente realizado utilizando uma frequência média ou baixa, por exemplo, menos do que 20 kHz. Alta frequência, por exemplo, 30 kHz até 450 kHz é aplicada durante o estágio de aquecimento final.

O endurecimento por indução elétrica de engrenagens de eixos que se interceptam e de eixos que não se interceptam (não paralelos) apresenta um desafio técnico em que características de dentes de engrenagem tais como o contorno do dente que inclui raiz, passo e ângulos de face, altura do dente, regiões de filete do dente, e largura de face, podem variar dependendo da aplicação particular da engrenagem. Para ilustrações típicas de tais engrenagens ver: a figura 13 de “Gears materiais, properties and manufacture” (Materiais, propriedades e fabricação de engrenagens) editado por J. R. Davis e Associados, publicado por ASM Intemational, Materiais Park, OHIO, 2005, para engrenagens típicas cônicas retas, cônicas espirais, cônicas zero e hipóides; figura 18 da mesma referência para o exemplo típico de um projeto de engrenagem espiroidal; e figura 15 da mesma referência para terminologia típica de face de engrenagem. A figura 3 c desta especificação identifica a terminologia típica de dente de engrenagem.

O objetivo da presente invenção é fornecer aparelho e método para tratamento térmico por indução de regiões de dentes de engrenagens de eixos que se interceptam e de eixos que não se interceptam, não paralelos, para melhorar a uniformidade e repetitividade de perfis de temperatura de calor induzido e de padrões de dureza para as regiões de dentes de engrenagem.

Outro objetivo da presente invenção é melhorar a robustez de um sistema de aquecimento por indução para tratamento térmico de engrenagens e artigos como engrenagem.

Breve sumário da invenção

Em um aspecto a presente invenção é um aparelho para, e método de aquecimento por indução elétrica de um artigo em forma de engrenagem que tem uma ou mais projeções discretas a partir de uma superfície do artigo, tal como os dentes de engrenagem de tipo selecionados de engrenagens. Pelo menos uma bobina de indução de espira única compreende pelo menos um segmento de bobina exterior, pelo menos um segmento de bobina interior e um segmento de bobina de transição que une juntas extremidades adjacentes de cada um dos pelo menos um segmentos de bobina exterior e interior. O segmento de bobina exterior é arranjado, em geral, para aquecer de maneira indutiva a região anular exterior da uma ou mais projeções discretas do artigo, e o segmento de bobina de indução interior é arranjado, em geral, para aquecer de maneira indutiva a região anular interior da uma ou mais projeções discretas quando o artigo é girado adjacente à bobina de indução e uma corrente alternada é fornecida para a pelo menos uma bobina de indução de espira única. O segmento de transição é arranjado para atravessar, pelo menos parcialmente, através do comprimento da uma ou mais projeções discretas a partir da superfície do artigo quando o artigo é girado. Quando a uma ou mais projeções discretas a partir da superfície do artigo são giradas sob a bobina de indução de espira única com corrente alternada fornecida para a bobina, o artigo em forma de engrenagem é aquecido de maneira indutiva.

Em alguns exemplos da invenção o artigo em forma de engrenagem é uma engrenagem de eixos que se interceptam ou uma engrenagem de eixos que não se interceptam e não são paralelos, no qual a uma ou mais projeções discretas a partir da superfície do artigo são dentes de engrenagem.

O acima, e outros aspectos da invenção são descritos nesta especificação e nas reivindicações anexas.

Breve descrição dos desenhos

Os desenhos anexos, como resumido brevemente abaixo, são fornecidos para entendimento tomado como exemplo da invenção, e não limitam a invenção como ainda descrita nesta especificação e nas reivindicações anexas:

A figura la e a figura lb ilustram um método da técnica precedente de tratamento térmico por indução de uma engrenagem de eixos paralelos.

A figura 2a é uma vista superior diagramática de um exemplo do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica da presente invenção.

A figura 2b é uma vista em perspectiva diagramática do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica mostrado na figura 2a.

A figura 3a e a figura 3b são uma vista superior diagramática e um corte seccional transversal através da linha B_B na figura 3 a de um tipo de engrenagem que pode ser endurecido com o aparelho para tratamento térmico por indução elétrica da presente invenção.

A figura 3c é uma ilustração de terminologia de dente de engrenagem típico.

A figura 4a é uma vista em seção transversal através da linha A-A na figura 2 da bobina de indução ilustrada na figura 2a.

A figura 4b ilustra em seção transversal uma região aquecida por indução superposta da peça em elaboração que em uma rotação completa da peça em elaboração passa sob um segmento de ambos os segmentos de bobina exterior e interior.

A figura 4c é uma vista em seção transversal de outro exemplo de uma bobina de indução da presente invenção, na qual a região em balanço do segmento de bobina exterior se estende para baixo parcialmente ao longo da lateral da peça em elaboração.

A figura 5a é uma vista superior de outro exemplo do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica da presente invenção.

A figura 5b é uma vista em seção transversal através da linha C-C na figura 5 a de aparelho de tratamento térmico por indução elétrica mostrado na figura 5 a.

A figura 5c é uma vista em seção transversal através da linha D-D na figura 5b do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica mostrado na figura 5b, exceto para a peça em elaboração e estrutura suporta associada.

A figura 6a e a figura 6b ilustram um exemplo de energia de indução aplicada e programas de energia consumida, respectivamente, para o exemplo do processo de tratamento térmico por indução elétrica da presente invenção.

A figura 7a e a figura 7b ilustram um exemplo da mudança em duração de estágios de uniformização progressiva e a mudança em níveis de energia de preaquecimento por indução, respectivamente, para estágios de preaquecimento progressivo.

Descrição detalhada da invenção

Um exemplo não limitativo do aparelho para tratamento térmico elétrico da presente invenção está ilustrado de maneira diagramática na figura 2a e figura 2b. Bobina de indução 10 compreende três segmentos de bobina, a saber, segmento de bobina exterior 12, segmento de bobina de transição 14 e segmento de bobina interior 16 (cada segmento ilustrado em diferentes hachuras transversais inclinadas na figura 2a). Como ilustrado nas figuras em relação à localização do eixo central Z_r de uma peça em elaboração a ser aquecida de maneira indutiva com o aparelho, o segmento de bobina exterior é colocado radialmente ainda mais afastado do eixo Z_r do que o segmento de bobina interior, com o segmento de bobina de transição unindo juntas as extremidades dos segmentos de bobina exterior e interior, como ilustrado na figura 2a e figura 2b. Estas extremidades podem ser referidas como as extremidades interiores dos segmentos bobina exterior e interior. As extremidades opostas dos segmentos bobina exterior e interior são conectados à fonte de energia CA 20 por meio de condutores elétricos 20a e 20b. Estas extremidades podem ser referidas como as extremidades exteriores dos segmentos bobina exterior e interior.

A bobina de indução 10 pode incluir opcionalmente um elemento base 10a como ilustrado de maneira diagramática na figura 2b, sobre o qual os segmentos exterior e interior e de transição são formados. O elemento base pode ser opcionalmente eletricamente condutor ou não eletricamente condutor, e pode servir a uma função auxiliar tal como fornecer espaço para componentes de um sistema de têmpera, como ainda mais descrito abaixo.

A guisa de exemplo e não de limitação, o aparelho para tratamento térmico elétrico da presente invenção é particularmente adequado para tratamento térmico por indução de peças em elaboração representadas pelas regiões de dentes de engrenagem de engrenagens de eixos que se interceptam ou de eixos que não se interceptam, não paralelos, tal como, porém não limitadas a, engrenagens cônicas retas cônicas em espiral, cônicas zerol ou hipóides e espiroidais que podem ser generalizadas como peças em elaboração com uma região anular, passo cônico, com região de dentes, e ilustradas de maneira diagramática como região hachurada transversal 90a para a engrenagem 90 na figura 3a e figura 3b. Estes tipos de engrenagem são genericamente distinguidos por variações em contorno de dente que inclui raiz, passo e ângulos de face, altura de dente, regiões de filete de dente e largura de face, que irão variar dependendo de um tipo particular de aplicação da engrenagem. Como mais explicado abaixo, o aparelho para tratamento térmico por indução elétrica da presente invenção é particularmente vantajoso em conseguir endurecimento de dente de engrenagem substancialmente uniforme com tais variações em ângulo de dente, altura de dente, e/ou regiões de filete de dente, bem como largura de face da engrenagem.

Em um arranjo típico, porém não limitativo, a bobina de indução 10 mostrada na figura 2a e figura 2b é invertida e a peça em elaboração 90 colocada abaixo da bobina de indução, com a região de dentes da engrenagem voltada para a bobina de indução. Uma face de cada segmento da bobina de indução se opões a regiões de uma ou mais projeções discretas como ainda aqui descrito. A peça em elaboração é girada como mais descrito abaixo.

Segmentos exterior e interior de bobina 12 e 16 podem ser arqueados ou de outras formas para se conformarem à forma da região da peça em elaboração que é tratada termicamente para conseguir um perfil particular de tratamento térmico por indução. A peça em elaboração 90 embora genericamente referida como uma engrenagem, pode também ser um artigo em forma de engrenagem, no qual um ou mais elementos da peça em elaboração se salientam de uma superfície da peça em elaboração similar a dentes de engrenagem que se salientam da superfície de uma engrenagem, porém não necessariamente com a simetria ou similitude de cada um dos um ou mais elementos. Por exemplo, a região de dentes de engrenagem 90a se salienta da superfície 90e na figura 3b. Os comprimentos L_ocs e L_ics bem como as largura w_ocs e w_ics na figura 4a dos segmentos de bobina exterior e interior, respectivamente, podem ser selecionados para controlar o padrão de distribuição de calor induzido através da face ou região da peça em elaboração.

Nos exemplos preferidos porém não limitativos da invenção, o segmento de bobina de transição é genericamente orientado de modo que corrente parasita induzida nas regiões de dentes de engrenagem aquecidas de maneira indutiva genericamente escoa em uma direção transversal através do comprimento dos dentes da engrenagem, o que inclui calor nas raízes dos dentes de engrenagem. Genericamente isto é conseguido orientando o comprimento do segmento de bobina de transição de modo que ele corte de maneira transversal, pelo menos parcialmente, através do comprimento da largura de face 90b' dos dentes de engrenagem, como ilustrado na figura 2a para os dentes de engrenagem tomados como exemplo 90b, que são mostrados de maneira diagramática na figura.

O limite interno r_ics do segmento de bobina interior 16 é tipicamente maior do que o limite radial interno r'_wp da região de dentes da peça em elaboração 90, o que auxilia na distribuição de calor induzido na região de dentes da peça em elaboração. Isto também impede sobreaquecimento na peça em elaboração próximo a seu limite interior devido ao efeito anel eletromagnético que evita a profundidade excessiva de dureza tratada termicamente na mesma região.

O limite externo r_ocs do segmento de bobina exterior 12 é tipicamente maior do que o limite externo rwp da peça em elaboração 90, o que auxilia na distribuição controlada de calor induzido na região de dentes da peça em elaboração. Isto também evita subaquecimento da peça em elaboração junto ao seu limite exterior devido ao efeito extremo eletromagnético que evita profundidade de dureza tratada termicamente reduzida na mesma região.

Mudando a relação de larguras de segmentos definida como a relação da largura média w_ics do segmento de bobina interior para a largura média w_ocs do segmento de bobina exterior como ilustrado, por exemplo, na figura 4a, auxilia na distribuição controlada de calor induzido entre as regiões limite exterior e interior da peça em elaboração. Preferivelmente, porém não à guisa de limitação, a largura do segmento de bobina exterior é menor do que a largura do segmento de bobina interior como ilustrado para o exemplo da bobina de indução 10 da presente invenção na figura 2a, figura 2b e figura 4a. A figura 4a também ilustra que o segmento de bobina exterior 12 excede em balanço a aresta da peça em elaboração 90 pela distância OH_ocs· Além disto, quando a peça em elaboração 90 é girada abaixo da bobina de indução 10 com corrente CA aplicada à bobina, existe o segmento anular 90d da região de dentes de engrenagem que se beneficia de uma superposição radial OL dos segmentos de bobina exterior e interior, como ilustrado em seção transversal na figura 4b e círculos tracejados na figura 2a que genericamente representam a região radial varrida mais larga sob os segmentos de bobina exterior e interior.

A figura 4c ilustra outro exemplo de uma bobina de indução 10a utilizada com o aparelho térmico de indução elétrica da presente invenção, no qual o segmento de bobina exterior 12a excede em balanço a aresta da peça em elaboração 90 pela distância OHo_CS e se estende parcialmente para baixo ao longo da aresta da peça em elaboração. Este arranjo opcional ajuda no aquecimento induzido da aresta exterior da região de dentes de engrenagem ou região exterior da região a ser aquecida de maneira indutiva.

A figura 5a, a figura 5b e figura 5c ilustram outro exemplo do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica 11 da presente invenção, no qual bobina de indução é resfriada por um meio fluido e um sistema de têmpera opcional é fornecido para esfriar rapidamente a peça em elaboração depois de aquecimento por indução. O recinto 11a é fornecido para formar uma câmara de têmpera encerrada na base da bobina de indução

10c. A bobina compreende segmento de bobina exterior 12c, segmento de bobina de transição 14c e segmento de bobina interior 16c, como melhor visto em hachura transversal inclinada diferentes para cada segmento na figura 5c. A peça em elaboração 90c pode ser uma engrenagem hipóide mostrada em seção transversal na figura 5b com a região de dentes de engrenagem 90c' mostrada de maneira diagramática em hachura transversal colocada abaixo dos segmentos da bobina. Girador 80 fornece um meio para girar a peça em elaboração 90c, e neste exemplo não limitativo compreende estrutura de montagem de peça em elaboração 82 e acionador de rotação 84 tal como um motor elétrico, com seu eixo de saída conectado à estrutura de montagem para rotação da estrutura de montagem e peça em elaboração 90c. Entradas para agentes de têmpera 40 fornecem passagens de entrada para o escoamento de um agente de tempera tal como água para o interior da câmara de tempera 42 quando uma fonte adequada de produto de tempera é conectada à entradas 40. Passagens para agente de tempera 44 formadas através dos segmentos de bobina permitem o escoamento de agente de temperar da câmara de agente de tempera até saídas de passagem 46 para borrifar agentes de têmpera sobre a peça em elaboração 90c durante o processo de endurecimento de engrenagem. Uma fonte adequada de energia CA é conectada a terminais de energia 20a' e 20b' e alimentada para a bobina de indução 10c por meio de conduto de suprimento 49. Neste exemplo não limitativo os segmentos de bobina de indução são resfriados por um meio fluido tal como água, fornecido a partir de uma fonte adequada para a entrada 52 é alimentado para a câmara de resfriamento anular envolvida 50 (figura 5b) embutida no fundo, ou outras porções dos segmentos da bobina de indução através do conduto de suprimento 49 com retomo do meio de resfriamento deixando o aparelho através da saída 54.

Fazendo referência à figura 5b, em alguns exemplos da presente invenção ou o segmento de bobina interior e/ou o exterior podem ser perfilados em seção transversal como ilustrado na região 12d” para bobina exterior 12d, pelo que, por exemplo, a região interior do segmento de bobina exterior tem um espaço maior entre as faces adjacentes do segmento de bobina exterior e peça em elaboração 90c, do que o mesmo espaço na região exterior do segmento de bobina exterior. Além disso, os espaços para os segmentos bobina exterior e interior podem ser diferentes, dependendo dos requisitos de aquecimento induzido desejado. Também ilustrado na figura 5b está a região opcional 12d' do segmento de bobina exterior 12d que se estende parcialmente para baixo ao longo da aresta da peça em elaboração.

Embora uma bobina de indução de espira única esteja ilustrada nos exemplos acima da invenção, diversas bobinas de espira única ou uma bobina de diversas espiras com segmentos de bobina exterior, de transição e interior, ou combinações deles com espiras de bobina circulares uniformes, podem ser utilizadas em outros exemplos da invenção. Além disto, segmentos múltiplos interior, exterior e de transição, podem ser utilizados em uma bobina de espira única. A forma real das seções de bobina interior e exterior e de transição irão variar dependendo de uma aplicação particular. O termo “bobina de indução de espira única” abrange uma bobina que se estende por menos do que aproximadamente 360 ° ao redor de seu eixo central como mostrado nos exemplos acima da invenção, desde que a bobina compreenda um segmento de bobina exterior, de transição e interior, como de outra maneira aqui descrito.

A bobina de indução da presente invenção pode ser esculpida de uma peça única de material eletricamente condutor tal como cobre ou montada de componentes separados para os segmentos de bobina interior, exterior e de transição. Por exemplo, a bobina de indução 10c pode ser formada a partir de uma peça em elaboração anular de cobre sólida usinando regiões da peça em elaboração para conseguir a geometria desejada dos segmentos que constituem a bobina de indução. Em exemplos alternativos da invenção, menos do que todos os segmentos da bobina de indução podem ter câmaras de resfriamento interno ou passagens, e menos do que todos os segmentos da bobina de indução podem ter saídas para o agente de têmpera.

Em alguns exemplos da invenção um compensador de fluxo pode ser posicionado, pelo menos parcialmente, ao redor de um dos segmentos de bobina, de modo a direcionar o fluxo magnético no sentido da peça em elaboração. Por exemplo, fazendo referência à figura 4b, um concentrador conformado em U pode ser posicionado acima e ao longo das laterais do segmento de bobina exterior 12, pelo menos por um comprimento parcial do segmento de bobina exterior ou, fazendo referência à figura 4c, um concentrador conformado em L pode ser posicionado acima e ao longo da lateral em balanço do segmento de bobina exterior 12a pelo menos por um comprimento parcial do segmento de bobina exterior.

No processo de aquecimento por indução da presente invenção, tratamento térmico de regiões da peça em elaboração até a temperatura final pode ser feito em dois ou mais estágios de aquecimento, durante os quais a peça em elaboração é girada abaixo do indutor. Tipicamente, o estágio de aquecimento inicial é seguido por um ou mais estágios de aquecimento intermediário para preaquecer a peça em elaboração. Energia relativamente baixa é aplicada durante os estágios de preaquecimento inicial e intermediário. Estes estágios são tipicamente seguidos por um ou mais estágios de curta duração, alta energia e aquecimento final. Os estágios de preaquecimento alternam com estágios de uniformização durante os quais nenhuma energia de indução é aplicada á peça em elaboração para permitir que calor induzido durante estágios de aquecimento precedentes penetrem (embebam) para o interior da região de dentes de engrenagem. Com o aparelho para tratamento térmico por indução da presente invenção a duração dos estágios de uniformização aumentam, enquanto o consumo de energia durante estágios de preaquecimento diminuem sobre aquele alcançável anteriormente.

Um exemplo de tal processo está ilustrado na figura 6a e figura 6b. Fazendo referência à figura 6a estágio de preaquecimento inicial Sl, o nível de energia de 60 kw é aplicado por 24 segundos com a velocidade de revolução da peça em elaboração de 250 revoluções por minuto; depois de 6 segundos de estágio de uniformização SK1 um durante o qual a peça em elaboração pode continuar a girar a 250 revoluções por minuto; segundo estágio de preaquecimento S2 nível de energia de 60 kw é aplicado por 8 segundos com velocidade de revolução da peça em elaboração de 250 revoluções por minuto, depois de 9 segundos de estágio de uniformização SK2 durante o qual a peça em elaboração pode continuar a girar a 250 revoluções por minuto; terceiro estágio de preaquecimento S3, nível de energia de 60 kw é aplicado por 4 segundos com a velocidade de revolução da peça em elaboração de 250 revoluções por minuto, depois de 10 segundos de estágio de uniformização SK3 durante o qual a peça em elaboração pode continuar a girar a 250 revoluções por minuto; quarto estágio de preaquecimento S4, o nível de energia de 60 kw é aplicado por 3 segundos com a velocidade de revolução da peça em elaboração de 250 revoluções por minuto, depois de 12 segundos de estágio de uniformização SK4 durante o qual a peça em elaboração pode continuar a girar a 250 revoluções por minuto. Depois do estágio de uniformização SK4 estágio de calor elevado S5, o nível de energia de 350 kw é aplicado por 0,5 segundos com a velocidade de revolução da peça em elaboração de 500 revoluções por minuto. Neste exemplo frequência CA para os estágios de preaquecimento é 150 kHz e 150 kHz para o estágio de aquecimento final; uma peça em elaboração típica para este exemplo não limitativo podería ter um diâmetro externo de 7,75 polegadas (197 mm) e um diâmetro interno de 5,25 polegadas (133,3 mm). A figura 7a ilustra de maneira gráfica o aumento em duração em tempo de estágios de uniformização indo do estágio de uniformização SK1 até o estágio de uniformização SK4. A figura 6b ilustra de maneira gráfica a energia dispendida nos estágios de preaquecimento (E1 até E4), enquanto a figura 7B ilustra de maneira gráfica a tendência em diminuição da energia despendida indo do estágio de preaquecimento inicial SI até o estágio de preaquecimento final S4.

Preferivelmente a velocidade de rotação da peça em elaboração durante o estágio de aquecimento final fornece pelo menos duas revoluções de cada dente de engrenagem.

Embora no exemplo não limitativo acima da invenção a peça em elaboração tenha sido girada durante os estágios de uniformização, em outros exemplos da invenção a peça em elaboração pode ser estacionada por pelo menos parte do um ou mais dos estágios de uniformização.

Embora no exemplo não limitativo acima da invenção durante estágios de preaquecimento e de aquecimento final a velocidade de rotação da peça em elaboração seja diferente, em outros exemplos da invenção a velocidade de rotação pode ser a mesma durante estágios de preaquecimento e estágio de aquecimento final.

Embora no exemplo não limitativo acima da invenção uma única frequência tenha sido utilizada durante os estágios de preaquecimento e estágio de aquecimento final, em outros exemplos da invenção diferentes frequências podem ser utilizadas durante estágios de preaquecimento e estágio de aquecimento final. Por exemplo, uma única frequência mais baixa ou diversas frequências mais baixas podem ser utilizadas nos estágios de preaquecimento para fornecer preaquecimento aprimorado de áreas de raiz do dente.

Embora no exemplo não limitativo acima da invenção a mesma bobina de indução possa ser utilizada para preaquecimento e aquecimento final, em outros exemplos da invenção diferentes bobinas de indução, isto é, bobinas de indução que têm pelo menos um segmento distinto interior e exterior ou de transição e/ou diferentes características de energia fornecida, podem ser utilizadas para um ou mais dos estágios de preaquecimento e/ou final. Por exemplo, utilizar diferentes bobinas para estes estágios pode facilitar preaquecer áreas selecionadas de uma face de engrenagem da peça em elaboração até diferentes níveis de temperatura; para algumas geometrias de engrenagem um gradiente de temperatura aquecida através da face da engrenagem é desejável antes do estágio de aquecimento final. Quando bobinas de indução diferentes são utilizadas, um aparelho de diversas estações da presente invenção pode ser fornecido, no qual cada estação inclui uma bobina de indução diferente, e estágios de uniformização intervenientes podem ocorrer seja no todo ou em parte durante o tempo em que a peça em elaboração é transportada entre as estações.

Embora o exemplo não limitativo da invenção ilustrado de maneira gráfica na figura 6a e figura 6b utilize estágios de energia aplicados em seqüência e estágios de energia não aplicados (uniformização), em outros exemplos da invenção similares ou de outra maneira desejáveis, preaquecimento pode ser realizado por meio de energia aplicada de maneira contínua, que é controlada de maneira apropriada (por exemplo, magnitude de energia e/ou variações de frequência) com o tempo.

Embora nos exemplos acima da invenção as peças em elaboração sejam giradas enquanto a bobina de indução é mantida estacionária, em outros exemplos da invenção a bobina de indução pode ser girada enquanto a peça em elaboração é mantida estacionária, ou uma rotação combinada de ambas, a bobina de indução e a peça em elaboração pode ser utilizada.

Embora o eixo central da bobina de indução e peça em elaboração sejam substancialmente coincidentes nos exemplos acima da invenção, em outros exemplos da invenção o eixo central da bobina de indução pode ser deslocado do eixo central da peça em elaboração.

Os exemplos acima da invenção foram fornecidos meramente para a finalidade de explicação e em maneira alguma para serem construídos como limitantes da presente invenção. Embora a invenção tenha sido descrita com referência a diversas modalidades, as palavras aqui utilizadas são 5 palavras de descrição e ilustração ao invés de palavras de limitação. Embora a invenção tenha sido descrita com referência a dispositivos, materiais e modalidades particulares, a invenção não tem a intenção de ser limitada aos particulares aqui divulgados; ao invés disto, a invenção se estende a todas as estruturas funcionalmente equivalentes e métodos de utilizações. Aqueles 10 versados na técnica, que têm o benefício dos ensinamentos desta especificação, podem efetuar inúmeras modificações a ela e mudanças podem ser feitas sem se afastarem do escopo da invenção em seus aspectos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de aquecimento por indução elétrica para aquecer um artigo em forma de engrenagem que tem uma região anular e uma ou mais projeções discretas a partir de uma superfície do artigo, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende:

uma bobina de indução de pelo menos uma espira que compreende:

um segmento de bobina exterior que tem uma face oposta pelo menos em parte uma região radialmente exterior da região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina exterior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina exterior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente exterior da uma ou mais projeções discretas;

um segmento de bobina interior que tem uma face oposta pelo menos em parte uma região radialmente interior da região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina interior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina interior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente interior da uma ou mais projeções discretas, e um segmento de bobina de transição conectado entre as extremidades interiores do segmento de bobina exterior e o segmento de bobina interior, e uma fonte de corrente alternada conectada entre as extremidades exteriores do segmento de bobina exterior e o segmento de bobina interior.
2. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segmento de bobina de transição é colocado em relação ao artigo em forma de engrenagem de modo a atravessar pelo menos parcialmente através do comprimento da uma ou mais projeções discretas.
3. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo para girar o artigo em forma de engrenagem.
4. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segmento de bobina exterior ou segmento de bobina interior é conformado de maneira arqueada.
5. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os comprimentos e larguras dos segmentos de bobina exterior e interior são variados para conseguir um padrão de aquecimento induzido através das regiões radialmente exterior e interior de uma ou mais projeções discretas.
6. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a largura do segmento de bobina exterior é menor do que a largura do segmento de bobina interior.
7. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite interno da bobina interior é maior do que o limite interno da uma ou mais projeções discretas a partir de um eixo central.
8. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite externo do segmento de bobina exterior é maior do que o limite externo da uma ou mais projeções discretas a partir de um eixo central.
9. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segmento de bobina exterior excede em balanço a aresta da peça em elaboração como engrenagem.
10. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos segmentos de bobina da pelo menos uma bobina de indução de uma espira é perfilado em seção transversal.
11. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um compensador de fluxo que se estende pelo menos parcialmente ao redor de pelo menos um dos segmentos de bobina.
12. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a distância do espaço formado entre pelo menos uma face do segmento de bobina e a região oposta da região anular da uma ou mais projeções discretas é diferente da distância do espaço formado entre pelo menos um outro da face do segmento de bobina e a região oposta da região anular da uma ou mais projeções discretas.
13. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma passagem de meio de resfriamento através de pelo menos um segmento da pelo menos uma bobina de indução de uma espira.
14. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma base à qual o segmento de bobina exterior, o segmento de bobina interior e o segmento de bobina de transição estão ligados.
15. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a base compreende uma câmara de têmpera que tem pelo menos uma entrada de agente de têmpera para fornecimento de agente de têmpera para a câmara e pelo menos um segmento da pelo menos uma bobina de indução de uma espira ter uma pluralidade de saídas de agente de têmpera para distribuição de agentes de têmpera para as regiões aquecidas de maneira indutiva da uma ou mais projeções discretas.
16. Aparelho para aquecimento por indução elétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o artigo em forma de engrenagem é uma engrenagem de eixos que se interceptam ou uma engrenagem de eixos que não se interceptam e não paralelos e a uma ou mais projeções discretas são dentes de engrenagem.
17. Método de aquecer por indução uma ou mais projeções discretas de uma superfície de um artigo em forma de engrenagem, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

girar o artigo em forma de engrenagem com a uma ou mais projeções discretas voltadas para pelo menos uma bobina de indução de uma espira que compreende um segmento de bobina exterior que tem uma face oposta pelo menos em parte de uma região radialmente exterior de uma região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina exterior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina exterior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente exterior da uma ou mais projeções discretas; um segmento de bobina interior que tem uma face oposta pelo menos em parte de uma região radialmente interior da região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina interior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina interior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente interior da uma ou mais projeções discretas; e um segmento de bobina de transição conectado entre as extremidades interiores dos segmentos de bobina exterior e interior; e conectar uma fonte de corrente alternada às extremidades exteriores dos segmentos de bobina exterior é interior para gerar um campo de fluxo magnético que acopla com a uma ou mais projeções discretas para aquecer de maneira indutiva a uma ou mais projeções.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que ainda compreender a etapa de fornecer um meio de resfriamento interno a pelo menos um dos segmentos de bobina da pelo menos uma bobina de indução de uma espira.
19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de fornecer um agente de têmpera para uma ou mais projeções através de uma pluralidade de aberturas de agente de têmpera em pelo menos um dos segmentos de bobina da pelo menos uma bobina de indução de uma espira.
20. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de aquecer de maneira indutiva a uma ou mais projeções discretas por meio de uma série de períodos de tempo de preaquecimento sequencialmente decrescentes em um nível de energia de preaquecimento, cada um dos períodos de tempo decrescentes sequencialmente seguido por um período de tempo de uniformização sequencialmente crescente; e aquecer de maneira indutiva a uma ou mais projeções discretas por meio de pelo menos um período de tempo de aquecimento final em um nível de energia de calor seguindo a série de períodos de tempo sequencialmente decrescentes no nível de energia de preaquecimento, o pelo menos um período de tempo de calor final sendo substancialmente mais curto do que qualquer um dos períodos de tempo de preaquecimento e o nível de energia de calor final sendo substancialmente maior do que o nível de energia de preaquecimento.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a série de períodos de tempo de preaquecimento sequencialmente decrescentes compreende uma série de quatro períodos de tempo de preaquecimento sequencialmente decrescentes, o período de tempo de preaquecimento final sendo metade do período de tempo de preaquecimento inicial, os períodos de tempo de uniformização sequencialmente crescentes compreenderem uma série de quatro períodos de tempo de uniformização sequencialmente crescentes, o período de tempo de uniformização final sendo aproximadamente duas vezes o período de tempo de preaquecimento inicial, o pelo menos um período de tempo de aquecimento final sendo aproximadamente 0,025 vez o período de tempo de preaquecimento inicial, a energia de aquecimento final sendo aproximadamente 5,4 vezes o nível de energia de preaquecimento.
22. Aparelho de aquecimento por indução elétrica para aquecer um artigo em forma de engrenagem que tem uma região anular de uma ou mais projeções discretas a partir de uma superfície do artigo, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende:

uma bobina de indução de pelo menos uma espira que compreende:

um segmento de bobina exterior que tem uma face oposta pelo menos em parte uma região radialmente exterior da região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina exterior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina exterior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente exterior da uma ou mais projeções discretas;

um segmento de bobina interior que tem uma face oposta pelo menos em parte uma região radialmente interna da região anular da uma ou mais projeções discretas, o segmento de bobina interior tendo extremidades exterior e interior, o segmento de bobina interior arranjado para aquecer de maneira indutiva a região radialmente interior da uma ou mais projeções discretas; e um segmento de bobina de transição conectado entre as extremidades interiores do segmento de bobina exterior e o segmento de bobina interior, o segmento de bobina de transição colocado em relação ao artigo em forma de engrenagem de modo a atravessar pelo menos parcialmente através do comprimento da uma ou mais projeções discretas;

um fonte de corrente alternada conectada entre as extremidades exteriores do segmento de bobina exterior e o segmento de