ES2232324A1 - Dispositivo inductor. - Google Patents

Abstract

Dispositivo inductor. Dispositivo que incorpora un soporte que presenta un eje central (13), sobre el que se establecen dos bobinas inductoras (1) y (2), distanciadas entre sí, que abrazan la pieza a calentar, de manera que dicho soporte incorpora una conducción (40) de líquido refrigerante, para mantener constante la temperatura de la pieza a mecanizar, líquido que entra por un extremo del soporte (36), accede a través del eje central (13), para bifurcarse en dos conducciones paralelas, las cuales transcurren a través de cada una de las bobinas (1) y (2) de inducción, para volverse a unir en el extremo opuesto del eje central y emerger a través del conducto (40'') correspondiente al extremo contrario del soporte (36''), estando todas las piezas que componen el dispositivo realizadas mecánicamente, con lo que se consigue poder garantizar unas tolerancias determinadas, con un rendimiento térmico concreto.

Description

Dispositivo inductor.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una bobina inductora, es decir, a un dispositivo generador de calor por inducción de los utilizados en los tratamientos térmicos por inducción (temple superficial, revenido, etc.) en los que se precisan:

a)

Rapidez de calentamiento (hasta 800-1000ºC), lo que permite el temple localizado o en toda la extensión de la pieza.

b)

Precisión del tratamiento en cuanto a temperatura, capa y zona de aplicación (perfil de temple).

c)

Repetitividad exacta del proceso.

d)

Flexibilidad de producción, pudiéndose cambiar con facilidad una bobina inductora por otra, para tratar zonas diferentes en una misma pieza.

El objeto de la invención es proporcionar una bobina inductora fabricada mediante mecanizado, cuya geometría se adapta con precisión a la zona a tratar térmicamente (en muchos casos de cierta complejidad), con unas tolerancias ajustadas para poder garantizar la máxima zona de calentamiento y la localización precisa del mismo.

Siendo dicha bobina realizada mediante mecanizado se asegura la repetitividad exacta en la fabricación de la misma, por tanto de su rendimiento posterior.

Antecedentes de la invención

A la hora de fabricar ciertas piezas metálicas cuyas tolerancias dimensionales y de fabricación son muy específicas (por ejemplo cigüeñales, árboles de levas, etc.), se tienen que realizar tratamientos térmicos localizados (temple superficial), calentando (hasta 800-1000ºC) una capa superficial muy reducida, en breves periodos de tiempo (unos pocos segundos) que, al enfriarse bruscamente (generalmente sumergiéndola en un baño de líquidos apropiados) da lugar a una capa templada de gran dureza, que posteriormente se mecaniza por abrasión (rectificado), hasta su medida definitiva.

Para conseguir lo anteriormente descrito, habitualmente se utilizan bobinas inductoras de temple cuya geometría se adapta a la gran variedad de piezas a tratar, estando dichas bobinas fabricadas artesanalmente, soldando perfiles de cobre huecos (de sección redonda o rectangular), por cuyo interior circula un fluído refrigerante para eliminar las altas temperaturas generadas por el paso de la alta intensidad y por la radiación del calor generado en el seno de la pieza.

Al estar fabricados artesanalmente este tipo de dispositivos, es prácticamente imposible asegurar la fabricación de dos bobinas inductoras iguales, porque las tolerancias ajustadas en la fabricación de la misma no se pueden garantizar.

Es destacable también, la precariedad de la refrigeración de la bobina, ya que al estar compuesta de perfiles huecos de cobre soldados entre si, la soldadura de los mismos implica una pérdida de sección de paso del líquido refrigerante y esto, junto con los cambios bruscos de dirección del circuito provoca unas pérdidas de carga que limitan la refrigeración de la bobina, por tanto de su rendimiento.

Tampoco se asegura la máxima superficie de calentamiento, ya que es imposible asegurar una distancia uniforme entre la zona a tratar y toda la longitud de la bobina, la cual cosa es de primordial importancia pan la obtención del máximo rendimiento y perfil de temple deseado.

Este tipo de dispositivos implican largos periodos de ajuste a pie de máquina, ya que debido a su compleja construcción, hace difícil el control de las deformaciones producidas por las dilataciones y fuerzas electromecánicas a las que están sometidos durante el proceso de trabajo, que son considerables.

También se ha de considerar que si la distancia entre bobina y pieza a tratar se reduce en exceso, se corre el riesgo de que se establezca un arco eléctrico entre ambos provocando un deterioro prematuro de la bobina. Esto implica tolerancias mayores que disminuyen e rendimiento del dispositivo.

Descripción de la invención

El dispositivo inductor que la invención propone resuelve de manera plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta (dificultad en la fabricación, precariedad de la refrigeración, largos periodos de ajuste debido a su falta de rigidez, etc.), de tal modo que está constituido a partir de una serie de piezas fabricadas mediante mecanizado, posibilitando unas tolerancias ajustadas que aseguran la repetitividad exacta en la fabricación del mismo, optimizando y garantizando un rendimiento determinado.

Para ello y de manera más concreta, el dispositivo inductor está constituido a partir de dos bobinas (realizadas con materiales de baja resistividad: cobre, plata, etc.) conectadas entre sí y al generador de alta frecuencia, que presentan un cuerpo arqueado, con sus extremos estrangulados, y acodados ortogonalmente hacia el exterior, rematándose dichos extremos en sendos apéndices cilíndricos huecos, para el ensamblaje de ambas bobinas mediante un eje central (realizado con materiales amagnéticos: acero inoxidable refractario, cerámicos, termoplásticos, etc.), estando dichas bobinas separadas entre sí por una serie de casquillos y anillos distanciadores (realizados con materiales aislantes y resistentes a la temperatura: cerámicos, termoplásticos, etc.), intercalados sobre dicho eje central.

Los extremos de dicho eje central se acoplan a dos orificios con sendos rebajes longitudinales, correspondientes a sendas piezas que constituyen el soporte del dispositivo junto con pasadores que imposibilitan su giro, estando a su vez dichas piezas de soporte unidas por columnas de fijación.

El dispositivo inductor presenta una serie de conductos de refrigeración que recorren la mayoría de piezas, de manera que mediante la circulación constante de un fluido refrigerante se extrae la temperatura generada por e paso de la alta intensidad y por la radiación del calor generado en el seno de la pieza en tratamiento.

De manera más concreta, las piezas de soporte disponen de un orificio que conduce al eje central, el cual incorpora a su vez un orificio longitudinal ciego en cada uno de sus extremos, estando comunicado cada uno de dichos orificios con tres orificios radiales; un primer orificio que comunica la pieza soporte con el eje central, un segundo orificio que comunica el eje central con uno de los extremos de una de las bobinas, y un tercer orificio que comunica dicho eje con el extremo de la bobina contraria, de manera que por medio de dicho eje se establece un flujo paralelo de fluido refrigerante a través de las bobinas, las cuales incorporan un canal cuya sección se adapta a la zona a tratar (perfil de temple), que recorre su longitud y que, con su correspondiente tapa (realizada con materiales de resistividad propiedades magnéticas diversas) y unida a la bobina de forma que asegure su estanqueidad (con procedimientos de soldadura o químicos), constituyen dicho conducto de refrigeración.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1- Muestra una vista en perspectiva de una pieza a tratar térmicamente sobre la que se dispone el dispositivo inductor realizado de acuerdo con la presente invención (en este caso para calentamiento externo de superficies cilíndricas, por ejemplo: un cuello de cigüeñal, eje, mangón, etc.).

La figura 2- Muestra una vista en explosión del mismo dispositivo, en la que se puede observar la totalidad de las piezas que lo componen.

La figura 3- Muestra una sección en alzado lateral del eje central con los dos soportes a los que se acopla.

La figura 4- Muestra una sección en perspectiva del conjunto formado por el eje central, los casquillos distanciadores, las bobinas y el anillo distanciador.

La figura 5- Muestra una vista en perspectiva de uno de los casquillos distanciadores.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas, y en especial de la fig.2 puede observarse como el dispositivo inductor que la invención propone está constituido a partir de dos bobinas inductoras (1) y (2), arqueadas, con sus extremos estrangulados, y acodados ortogonalmente hacia el exterior, presentando dichos extremos (3), (3'), (4) y (4') sendos apéndices cilíndricos (en este caso representados en el exterior del arco que describen las bobinas, en el caso de calentamiento interno de superficies cilíndricas estarían dispuestas en el interior del arco mencionado).

Por otro lado no están representados en la figura los apéndices para la conexión de los terminales del cableado que posibilitan la conexión de las bobinas entre sí y al generador de alta frecuencia.

Las bobinas inductoras (1) y (2) incorporan sobre su cuerpo arqueado un canal (6) y (6'), realizado por mecanizado, que comunica los orificios longitudinales interiores (5) de los apéndices cilíndricos (3) y (3') en el caso de la bobina (1), y (4) y (4') en el caso de la bobina (2), mediante sendos orificios pasantes (7) y (7') en el primer caso, y (8) y (8') en el segundo caso.

Los canales (6) y (6') quedan herméticamente cerrados mediante sus respectivas tapas, no representadas en las figuras para facilitar la comprensión de las mismas.

Tampoco están representadas las ferritas en forma de U que se disponen en la mayor parte del recorrido de la bobina, opuestas a la superficie de calentamiento, cuya misión es concentrar el flujo magnético en la superficie de la pieza en tratamiento.

Asimismo, las bobinas (1) y (2) incorporan en cada uno de los extremos de su rama exterior, sendas atetas (9), redondeadas, cada una de la cuales incorpora un orificio (10), sobre el que va insertado un casquillo (11) que se acopla a un anillo (12), ambos realizados con materiales aislantes resistentes a la temperatura (por ejemplo: cerámicos, termoplásticos, etc.). Las cuales posibilitan: a) En el caso de montar las bobinas en una posición fija, la firme sujeción de las mismas y su preciso ajuste. b) En el caso de montar las bobinas de manera que puedan bascular sobre el eje central, el montaje de los elementos distanciadores (realizados con materiales resistentes a las altas temperaturas y a la abrasión), que estando en contacto con la pieza, garantizan la distancia mínima entre bobina y superficie a tratar.

Ambas bobinas (1) y (2) se ensamblan en el eje central (13), mediante los casquillos separadores (14), (15), (16) y (17), y un anillo distanciador (18), todos ellos realizados con materiales aislantes y resistentes a la temperatura (por ejemplo: cerámicos, termoplásticos etc.).

Los casquillos separadores (14), (15), (16) y (17) presentan un cuerpo cilíndrico hueco, de diámetro exterior idéntico al diámetro del orificio (5) del apéndice cilíndrico de las bobinas (1) y (2), y de diámetro interior acorde con el diámetro del eje central (13), presentando en uno de sus extremos un ensanchamiento anular (19) cuya función es evitar que los apéndices cilíndricos (3), (4), (3'), y (4') contacten entre sí.

Los casquillos separadores (14), (15), (16) y (17) incorporan a su vez respectivos orificios radiales (20), (21), (22) y (23), todos ellos de igual diámetro, y coincidente con el diámetro de los orificios (7), (7'), (8) y (8') de las bobinas (1) y (2).

La arandela separadora (18), presenta un diámetro interior igual al del eje central (13), y un diámetro exterior idéntico al del ensanchamiento anular (19) de los casquillos separadores.

El eje central (13), presenta un cuerpo cilíndrico, con orificios longitudinales ciegos (24) y (25) en sus extremos, cada uno de los cuales presenta un amplio orificio radial (26) y (27) en la zona próxima a su extremo libre, y diametralmente opuesto un orificio (28) y (29) de menor tamaño, para la inserción de un pasador (30) y (31), como mas adelante se explicará.

Los orificios longitudinales ciegos (24) y (25) incorporan a su vez, cada uno de ellos, dos orificios radiales (32), (33), (34) y (35) realizados a una distancia y con una inclinación adecuada a los orificios (7), (7'), (8) y (8') de las bobinas (1) y (2).

Los extremos del eje central (13), se acoplan al soporte del inductor, formado por dos piezas idénticas, (36), (36'), rigidizándose la estructura mediante dos columnas de fijación (37).

Dicho acoplamiento del eje central (13) a las piezas de soporte (36) y (36') se obtiene mediante respectivos orificios (38), (38'), de diámetro adecuado al diámetro del eje (13), los cuales presentan un rebaje longitudinal (39) y (39') en su zona inferior, para la inserción de los citados pasadores (30) y (31) a través de los orificios (28) y (29) del eje (13) para impedir el giro del mismo.

Las piezas soporte (36) y (36') incorporan un orificio (40), (40') en su zona media superior, que comunica con el orificio (38), (38') de acoplamiento al eje central (13), siendo dichos orificios (40) y (40') de idéntico diámetro y coincidentes en disposición de ensamblado con los orificios (26) y (27) de dicho eje.

Por lo tanto, tal y como se puede observar en la figura 3, el líquido refrigerante entra por el orificio (40), atravesando la pieza soporte (36), e introduciéndose a través del orificio (26) en el orificio ciego (24) del eje central (13).

Tal y como se puede observar en la figura 4, una vez que el líquido refrigerante llega al orificio ciego (24), éste se distribuye a través de los dos orificios (32) y (33), atravesando los casquillos separadores (14) y (15) a través de sus orificios (20) y (21) que conducen a los canales (6) y (6') de las bobinas (l) y (2), estableciéndose un flujo a través de dos conducciones paralelas, que refrigera dichas bobinas, y volviéndose a unificar el flujo en el orificio ciego (25) a través del conjunto de orificios pasantes (7')-(22)-(34) que comunica dicho orificio ciego (25) con el canal (6) y el conjunto de orificios pasantes (8')-(23)-(35), que lo comunica con el canal (6'), saliendo la totalidad del flujo de líquido refrigerante a través del orificio (27) del eje, coplanario con el orificio (40') del soporte (36') del dispositivo inductor.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.

Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración de la esencialidad del invento.

Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims (5)

1. Dispositivo inductor, del tipo de los utilizados para calentar piezas metálicas durante su proceso de mecanizado, caracterizado por incorporar un soporte que presenta un eje central (13), sobre el que se establecen dos bobinas inductoras (1) y (2), distanciadas entre sí, que abrazan la pieza a calentar, de manera que dicho soporte incorpora una conducción (40) de líquido refrigerante, para mantener constante la temperatura de la bobina inductora, liquido que entra por un extremo del soporte (36), accede a través del eje central (13), para bifurcarse en dos conducciones paralelas, las cuales transcurren a través de cada una de las bobinas (1) y (2) de inducción, para volverse a unir en el extremo opuesto del eje central y emerger a través del conducto (40') correspondiente al extremo contrario del soporte (36'), estando todas las piezas que componen el dispositivo realizadas mecánicamente.

2. Dispositivo inductor, según reivindicación 1ª, caracterizado porque las bobinas inductoras (1) y (2) presentan una geometría arqueada, con sus extremos estrangulados, y acodados ortogonalmente hacia afuera, presentando en dichos extremos un apéndice cilíndrico hueco (3), (3'), (4) y (4'), e incorporando dichas bobinas un canal longitudinal (6) y (6'), que con su correspondiente tapa, constituyen el conducto de refrigeración de las mismas, que comunica con la superficie interior de ambos apéndices cilíndricos huecos (3), (3'), (4) y (4').

3. Dispositivo inductor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje central (13) incorpora un orificio ciego (24) y (25) en cada uno de sus extremos, estando comunicado cada uno de dichos orificios con tres orificios radiales; un primer orificio (26) y (27) que comunica la pieza soporte con el eje central (13), un segundo orificio (32) y (34) que conecta el eje central con uno de los extremos de una de las bobinas y un tercer orificio (33) y (35) que comunica dicho eje con el extremo de la bobina contraria, de manera que por medio de dicho eje (13) se establece un flujo paralelo de fluido refrigerante a través de las bobinas (1) y (2).

4. Dispositivo inductor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas bobinas (1) y (2) se establecen sobre el eje central (13) por medio de una arandela separadora (18) y una serie de casquillos (14), (15), (16) y (17), introducidos en el interior de los apéndices cilíndricos huecos (3), (3'), (4) y (4'), los cuales presentan un ensanchamiento en uno de sus extremos (19), que actúa como separador entre los extremos de las bobinas (1) y (2), incorporando dichos casquillos un orificio radial (20), (21), (22) y (23), de dimensiones tales que permitan el paso del líquido refrigerante del interior del eje central a los conductos de entrada y salida de las bobinas. Formando todo ello un paquete que al ser ajustado por las piezas soporte (36) y (36') asegura la estanqueidad del conjunto.

5. Dispositivo inductor, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el orificio (38), (38') de acoplamiento del eje central (13) a las piezas soporte (36) y (36') incorpora un pequeño rebaje longitudinal (39), (39') de sección acorde a un pasador (30) y (31) que se acopla a dicho eje (13) para imposibilitar su basculación.