ES2204014T3 - Dispositivo de calentamiento inductivo para unir dos piezas de trabajo por medio de sus propios materiales. - Google Patents

Abstract

PARA UN DISPOSITIVO PARA CALENTAMIENTO POR INDUCCION UNION DE DOS PIEZAS DEL MISMO MATERIAL CON UN BUCLE CONDUCTOR HUECO REFRIGERADO Y UN NUCLEO QUE REDUCE LA DISPERSION DEL CAMPO SE PROPONE PARA EL PERFECCIONAMIENTO DE UN DISPOSITIVO SOMETIDO A PRESION CON LINEAS DE CAMPO CORTAS Y CONCENTRADAS, QUE EN UN INDUCTOR A PRESION HUECO CON UNA CAPERUZA AISLANTE SE DISPONGA UN BUCLE CONDUCTOR EN FORMA DE U, CON SU FUENTE QUE UNE LOS BRAZOS DE LA U EN DIRECCION LONGITUDINAL DEL INDUCTOR A PRESION SITUADO EN EL INTERIOR DE LA CAPERUZA AISLANTE Y CONTIGUA A ESTA, Y QUE ENTRE LOS BRAZOS DE LA U DE BUCLE CONDUCTOR ESTE PREVISTO UN NUCLEO A MODO DE CULATA CON UNOS BRAZOS DE CULATA DISPUESTOS A AMBOS LADOS DEL PUENTE DEL BUCLE O CONDUCTOR Y QUE TERMINEN POR EL INTERIOR DE LA CAPERUZA.

Description

Dispositivo de calentamiento inductivo para unir dos piezas de trabajo por medio de sus propios materiales.

La invención se refiere, según el preámbulo de la reivindicación 1, a un dispositivo de calentamiento inductivo para unir dos piezas de trabajo por medio de sus propios materiales, comprendiendo el dispositivo un bucle conductor hueco, recorrido por un refrigerante, con un núcleo que reduce una dispersión de campo.

Un dispositivo de esta clase es conocido, por ejemplo, por el documento DE-A 24 53 579, en donde un único bucle conductor de configuración circular lleva asociado en su centro un núcleo magnético para aumentar la corriente inducida de calentamiento para una unión de piezas de trabajo planas por medio de sus propios materiales. Dado que con este dispositivo se logra una unión por fusión o deposición por fusión del material en las zonas a unir de las piezas de trabajo, este dispositivo conocido no necesita un equipo de presión.

Asimismo, se conoce por el documento DE-A 37 41 507 un dispositivo de calentamiento inductivo para unir dos piezas de trabajo por medio de sus propios materiales, en el que el núcleo del dispositivo tiene la forma de un cuenco con un polo cilíndrico centradamente dispuesto y un polo circular de la pared del cuenco, en donde sirve como bucle conductor una bobina dispuesta sobre el polo central. El polo central tiene aquí el cometido de concentrar las líneas de campo que parten del polo circular de la pared del cuenco en la zona del sitio de calentamiento de las piezas de trabajo que han de unirse.

En este dispositivo conocido el cuenco puede ser ciertamente solicitado con presión para contribuir a la unión del material, pero para la construcción de este dispositivo han de superarse considerables dificultades en cuanto al coste de montaje y la resistencia para disponerlo en un electrodo utilizable de dimensiones corrientes, y también para la alimentación de energía necesaria y para la evacuación de calor de este dispositivo. Asimismo, son desventajosas las líneas de campo del polo circular al polo central, que son relativamente largas debido a este principio de

\hbox{construcción.}

La invención se basa en el problema de perfeccionar un dispositivo del género expuesto de tal manera que se logre un dispositivo solicitado por presión con líneas de fuerza concentradas y cortas que sirven para el calentamiento.

Este problema se resuelve con la reivindicación 1 debido a que en un electrodo de presión/inductor de presión hueco con un casquete aislante está dispuesto un bucle conductor configurado en forma de U que con su puente de unión de las alas de la U, que atraviesan el electrodo de presión en el sentido de su longitud, queda contiguo al casquete aislante por el lado interior de éste, y entre las alas de las U del bucle conductor está previsto un núcleo configurado en forma de yugo con patas del yugo dispuestas a ambos lados del puente del bucle conductor y que terminan en el lado interior del casquete.

Con la invención se logra de manera ventajosa, por un lado, un dispositivo solicitado por presión con la posibilidad de una alimentación de energía considerable y, por otro lado, con la disposición próxima al casquete, según la invención, del puente de unión del bucle conductor y del núcleo asociado con éste se consiguen cortas líneas de campo concentradas.

En una ejecución de la invención se consigue un electrodo de presión configurado ventajosamente en su construcción haciendo que éste esté configurado como un segmento cilíndrico abierto por el lado del casquete, hecho de un plástico eléctricamente aislante y resistente a la presión, y que las alas huecas de la U del bucle conductor estén unidas sólidamente por el lado del casquete con una placa de fondo metálica que cierra el segmento cilíndrico y que limita también un canal de refrigerante que une las alas de la U conductoras del refrigerante entre la placa de fondo y el núcleo del yugo, cuya limitación restante está formada por un material aislante y sustancialmente adaptada al núcleo del yugo de chapa.

Esta combinación ventajosa de características constructivas del dispositivo según la invención da como resultado, en combinación con ejecuciones adicionales de otras reivindicaciones subordinadas, la ventaja de que las piezas de trabajo a manera de chapa de espesor igual o diferente, hechas de materiales como, por ejemplo, acero y aluminio, con puntos de fusión iguales o diferentes, se pueden unir por medio de un recalcado puntual en caliente efectuado aplicando presión entre electrodos de presión diametrales.

Para lograr una unión impecable de los materiales mediante recalcado en caliente solicitado por presión se tiene que en otra ejecución de la invención se alimenta a cada bucle conductor de los electrodos de presión diametrales una respectiva frecuencia entre 10-400 kHz, ajustable por separado de manera correspondiente al punto de fusión de la pieza de trabajo asociada, con un intervalo de tensión de 50-500 V y una intensidad de corriente de hasta 1200 A, siendo solicitadas las piezas de trabajo entre los electrodos de presión con una fuerza de presión de 1-2 kN.

Con esta alimentación de energía adaptada según la invención se pueden unir de manera especialmente ventajosa los materiales de piezas de trabajo hechas de materiales diferentes, preferiblemente una chapa de aluminio con una chapa de acero.

Para la unión de dos materiales diferentes entre electrodos de presión diametrales puede ser, por último, especialmente ventajoso que los electrodos de presión estén dispuestos de forma giratoria para disponer los núcleos de yugo de los dos electrodos dispuestos preferiblemente en un plano de modo que puedan ajustarse angularmente uno con relación a otro, especialmente quedando dirigidos transversalmente uno a otro, obteniéndose tales posiciones angulares por medio de equipos de encastre entre una cabeza de conexión de cada electrodo de presión y un acoplamiento de unión del lado de la pinza.

El núcleo del dispositivo según la invención es, por un lado, un segmento o puente del bucle conductor dispuesto directamente en el lado interior del casquete con líneas de campo que discurren en torno a este puente y que están ventajosamente concentradas en la zona del sitio de calentamiento para la unión de materiales por prensado por medio de las alas del núcleo de yugo de chapa dispuestas discurriendo lateralmente con respecto al puente del bucle conductor y que terminan en el lado interior del casquete.

Se describe la invención haciendo referencia a un ejemplo de ejecución representado en el dibujo. Muestran:

la figura 1, dos electrodos de presión o inductores de presión según la invención dispuestos diametralmente en pinzas, y

la figura 2, una sección a través de uno de los electrodos según la línea II-II de la figura 1.

Un dispositivo 1 de calentamiento inductivo para la unión de dos piezas de trabajo 2 y 3 por medio de sus propios materiales comprende un bucle conductor hueco 4 recorrido por un refrigerante con un núcleo 5 que reduce una dispersión de campo.

Para lograr el objetivo de un dispositivo 1 solicitado por presión con cortas líneas de campo concentradas que sirven para el calentamiento se ha dispuesto según la invención en un electrodo de presión o inductor de presión hueco 6, 6' con un casquete aislante 7 un bucle conductor 4 configurado en forma de U que con su puente 4''' de unión de las alas 4', 4'' de la U, que atraviesan el electrodo de presión 6, 6' en el sentido de su longitud, queda contiguo a dicho casquete aislante 7 por el lado interior de éste, estando previsto entre las alas 4', 4'' de la U del bucle conductor 4 un núcleo 5 configurado a manera de yugo con alas de yugo 5', 5'' dispuestas a ambos lados del puente 4''' del bucle conductor y que terminan en el lado interior del casquete.

Como puede apreciarse en la figura 1, cada electrodo de presión 6, 6' está configurado como un segmento cilíndrico 8 configurado hueco en el lado del casquete y hecho de un plástico aislante resistente a la presión, tal como, por ejemplo, Teflon. Asimismo, las alas huecas 4', 4'' de la U del bucle conductor 4 están unidas sólidamente y de manera hermética al refrigerante, en el lado del casquete, con una placa de fondo metálica 9 que cierra el segmento cilíndrico 8, limitando también la placa de fondo 9 un canal de refrigerante 10 que une las alas 4', 4'' de la U conductoras de refrigerante entre la placa de fondo 9 y el núcleo 5 del yugo, cuya limitación restante 11, formada por un material aislante, está sustancialmente adaptada al núcleo 5 del yugo de chapa. La limitación 11 del canal, hecha de un material aislante, está unida de manera hermética al refrigerante con las alas 4' y 4'' de la U, preferiblemente por pegadura. Las alas huecas 4' y 4'' de la U del bucle conductor 4 y la placa de fondo 9 que forma cierto sectores del puente 4''' del bucle conductor están formadas preferiblemente de una aleación de cobre y soldadas una a otra de manera hermética al refrigerante.

Asimismo, la placa de fondo 9 del respectivo electrodo de presión 6, 6' constituido por varias piezas está cubierta por un casquete aislante separado 7. Por último, cada electrodo de presión o inductor de presión 6, 6' presenta una cabeza de conexión 12 con acometidas para una alimentación de refrigerante 13 y una salida de refrigerante 14, así como un acoplamiento de unión mecánico 15, en donde, por medio de equipos de encastre 16 distanciados angularmente en medida predeterminada entre la cabeza de conexión 12 y el acoplamiento de unión 15, se puede fijar el electrodo de presión 6 con relación a un brazo de pinza 17 o bien unos electrodos de presión 6, 6' dispuestos en brazos de pinza 17 y 17' se pueden fijar uno con relación a otro. Con esta medida es posible disponer en ángulo uno con otro los núcleos de yugo 5 de los electrodos de presión 6 y 6' dispuestos según se muestra en un plano cuando esto sea ventajoso, por ejemplo, debido a una combinación especial de materiales de las piezas de trabajo 2 y 3.

Con el dispositivo 1 según la invención se pueden unir ventajosamente piezas de trabajo 2 y 3 de chapa de espesor igual o diferente, hechas de materiales como, por ejemplo, acero y/o aluminio, con puntos de fusión iguales o diferentes, por medio de un recalcado puntual en caliente y a través de una presión de prensado aplicada entre los electrodos de presión diametrales 6, 6'.

Para unir, por ejemplo, el material de una chapa de aluminio 2 con el material de una chapa de acero 3, tanto el bucle conductor 4 del electrodo de presión 6 como el bucle conductor 4 del electrodo de presión 6' están unidos de manera conductora de la corriente con un respectivo transformador separado 18 ó 19 o con un respectivo generador separado no mostrado. A este fin, se alimenta a cada bucle conductor 4 de los electrodos de presión 6, 6' una frecuencia entre 10-400 kHz ajustable por separado de conformidad con el punto de fusión de la pieza de trabajo asociada 2 ó 3, en un intervalo de tensión de 50-500 V y una intensidad de corriente de hasta 1200 A, y las piezas de trabajo 2 y 3 que han de unirse con sus materiales mediante recalcado en caliente son solicitadas entre los electrodos de presión 6 y 6' con una fuerza de presión de 1-2 kN. De este modo, la energía eléctrica alimentada por separado a cada electrodo de presión o cada inductor de presión 6, 6' es ventajosamente ajustable al material de la pieza de trabajo 2 ó 3 solicitada por el respectivo inductor de presión 6, 6', estando eventualmente adaptada también de manera correspondiente la presión de los inductores de presión o los electrodos de presión 6, 6'.

En el marco de la invención es posible también que, en el caso de una unión del material de dos chapas de aproximadamente el mismo espesor, hechas del mismo material, el calentamiento inductivo y la unión por presión de prensado subsiguiente para lograr un recalcado en caliente se logren por medio de un único electrodo de presión 6 solicitado con

\hbox{presión.}

Claims (8)

1. Dispositivo de calentamiento inductivo para unir dos piezas de trabajo por medio de su propios materiales,

- que comprende un bucle conductor hueco (4), recorrido por un refrigerante, con un núcleo (5) que reduce una dispersión de campo,

caracterizado porque

- en un electrodo de presión/inductor de presión hueco (6, 6') con un casquete aislante (7) está dispuesto un bucle conductor (4) configurado en forma de U que con su puente (4''') de unión de las alas (4', 4'') de la U, que atraviesan el electrodo de presión (6, 6') en el sentido de su longitud, queda contiguo a dicho casquete aislante (7) por el lado interior de éste, y

- entre las alas (4', 4'') de la U del bucle conductor (4) está previsto un núcleo (5) configurado a manera de yugo con alas de yugo (5', 5'') dispuestas a ambos lados del puente (4''') del bucle conductor y terminadas en el lado interior del casquete.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque

- el electrodo de presión/inductor de presión (6, 6') está configurado como un segmento cilíndrico (8) abierto en el lado del casquete y hecho de un plástico eléctricamente aislante y resistente a la presión, y

- las alas huecas (4', 4'') de la U del bucle conductor (4) están sólidamente unidas en el lado del casquete con una placa de fondo metálica (9) que cierra el segmento cilíndrico (8) y que

- limita también un canal de refrigerante (10) que une las alas (4', 4'') de la U conductoras de refrigerante debajo del núcleo (5) del yugo,

- estando sustancialmente adaptada la limitación restante (11) de este canal, formado de un material aislante, al núcleo (5) de chapa del yugo.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque las alas huecas (4', 4'') de la U del bucle conductor (4) y la placa de fondo (9) que forma sectores del puente (4''') del bucle de unión están todos ellos formados por una aleación de cobre y herméticamente soldados uno con otro.

4. Dispositivo según la reivindicación 3 en cuanto depende de la reivindicación 2, caracterizado porque la placa de fondo (9) está cubierta en el lado de las piezas de trabajo por un casquete aislante

\hbox{separado
(7).}

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque

- el electrodo de presión/inductor de presión (6, 6') presenta una cabeza de conexión (12) con acometidas (13, 14) para una entrada y una salida de refrigerante, así como un acoplamiento de unión mecánico (15), y

- por medio de equipos de encastre (16) distanciados angularmente en medida predeterminada entre la cabeza de conexión (12) y el acoplamiento de unión (15) se puede fijar el electrodo de presión (6) con relación a un brazo de pinza (17) o bien se pueden fijar uno con relación a otro unos electrodos de presión (6, 6') dispuestos en brazos de pinza (17, 17').

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque

- el bucle conductor (4) de cada electrodo de presión o de cada inductor de presión (6, 6') está unido de forma conductora de la corriente con un transformador (18, 19) o un generador separado,

- siendo ajustable la energía eléctrica alimentada por separado a cada inductor de presión (6, 6') al material de la pieza de trabajo (2, 3) solicitada por el inductor de presión respectivo (6, 6') y

- estando eventualmente adaptada de manera correspondiente la presión de los electrodos de presión (6, 6').

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las piezas de trabajo (2, 3) a manera de chapas de espesor igual o diferente, hechas de materiales con puntos de fusión iguales o diferentes, se han unido por medio de un recalcado puntual en caliente derivado de una presión de prensado aplicada entre electrodos de presión diametrales (6, 6') montados en brazos de pinza (17, 17').

8. Dispositivo según la reivindicación 7 en cuanto depende de la reivindicación 6, caracterizado porque

- cada bucle conductor (4) de los electrodos de presión (6, 6') presenta una frecuencia respectiva entre 10-400 kHz ajustable por separado de manera correspondiente al punto de fusión de la pieza de trabajo asociada (2, 3), en un intervalo de tensión de 50- 500 V y una intensidad de corriente de hasta 1200 A, y

- las piezas de trabajo (2, 3) están solicitadas entre los electrodos de presión (6, 6') con una fuerza de presión de 1-2 kN.