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Procédé et dispositif pour chauffer électro-inductivement la surface de pièces dentées.
Il est connu en soi d'employer pour le chauffage de la surface des pièces fabriquées des courants à haute fréquen- ce et à cet effet, pour exécuter l'opération de chauffage, on utilise des bobines qui entourent la pièce ou sont disposées en boucle fermée au-dessus de la surface de La partie à chauffer. On induit ainsi dans la pièce des courants qui permettent de chauffer en rapport avec la rési stance de la pièce des couches de matière voisines de la surface. La pro- fondeur de pénétration dépend dans une notable mesure de la , fréquence du courant primaire et l'épaisseur de la couche dans
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laquelle se concentrent les courants induits provoquant l'élé- vation de température est d'autant plus faible que la fréquen- ce est élevée.
Le procédé électro-inductif et les moyens dont on dispose pour l'exécuter sont si développés qu'ils donnent entière satisfaction en pratique dans leurs applications à des pièces d'une forme relativement simple, tant pour le traitement thermique que pour le chauffage de surfaces suivi d'un saisissement provoquant une trempe. Toutefois, quand on se propose de chauffer des formes plus compliquées, notamment de ne produire qu'un chauffage superficiel, on rencontre cer- taines difficultés et celles-ci trouvent leur explication dans les considérations suivantes:
Le courant chauffant créé dans la pièce tend à suivre le chemin de la moindre résistance totale. Cette résistance se compose d'une composante ohmique et d'une composante inductive.
Or, comme on le sait, la résistance inductive est minimum quand les courants chauffants embrassent la plus grande section transversale possible, c'est-à-dire quand le plus possible de lignes magnétiques traversant la pièce sont embrassées par les courants. Par contre, pour la composante ohmique, on obtient le minimum quand le trajet des courants chauffants est le plus court possible, c'est-à-dire quand les courants chauf- fants se ferment étroitement autour de l'axe de la pièce. La profondeur à laquelle le courant pénètre réellement représente l'optimum possible des deux facteurs précités, c'est-à-dire que la profondeur de pénétration réelle est obtenue dans une couche pour laquelle la résistance totale(composantes ohmique et inductive)devient minimum.
Il en résulte qu'on observe un effet défavorable et indésirable des courants à haute fréquence précisément avec les pièces dentées. Par pièces dentées il faut entendre des
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pièces sur lesquelles proéminent du corps de la pièce des saillies réparties régulièrement ou irrégulièrement, comme par exemple les dents des roues dentées, crémaillères ou pièces analogues ou des saillies de toute autre nature, comme par exemple des nervures, bossages ou saillies analogues.
Sur ces pièces la surface effective est très grande en compa- raison de la surface qu'aurait le corps de la pièce s'il ne comportait pas de saillies, de sorte que le courant induit devant circuler à la surface devrait parcourir des trajets extrêmement longs. En fait, le courant induit ne suit pas ce trajet ou ne le suit qu'incomplètement, étant donné que sur ce trajet la résistance est trop grande. De ce fait, quand par exemple une roue dentée 1 (fig.l) est entourée concentri- quement par une bobine 3 parcourue par le courant concentrique- ment, qui doit servirà chauffer les dents 2 ou les flancs des dents, cet effet désiré ne se produit point.
Eh raison de la grande résistance ohmique due à la plus grande longueur du trajet 4 comparativement à un trajet que le courant prend sur le cercle intérieur 5 de la roue dentée, on ne réussit guère, avec les fréquences industrielles usuelles, à produire un chauffage uniforme, étant donné que le trajet de résistance totale optimum se trouve à proximité du cercle intérieur 5.
Par suite,l'élévation de température se produit d'abord au voisinage du cercle intérieur 5 et une élévation de la tempé- rature des dents 2 ne se manifesterait que pour une action suffisamment prolongée. Toutefois, de cette manière, on ne peut pas empêcher que les dents soient chauffées entièrement et il en résulterait une trempe complète des dents lors du saisissement, ce qui rendrait inutilisable une roue dentée ainsi traitée. Une action de brève durée, d'autre part, amène- rait une élévation de température et, partant, une trempe, qui ne s'étendraient qu'aux racines des dents aux abords
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du cercle intérieur, comme c'est indiqué en 6.
En raison de ces considérations il est de toute évidence nécessaire de créer dans les pièces dentées du genre précité des courants induits dont les trajets aient une lon- gueur minimum. La présente invention a pour but de procurer un procédé et un dispositif à l'aide desquels on puisse at- teindre ce but. Suivant l'invention, on recourt à cet effet à un procédé qui consiste à mener les trajets des courants, circulant dans la pièce et destinés à produire un chauffage, de telle manière que ces courants, tout en demeurant prati- quement en dehors du corps de la pièce, circulent suivant le trajet le plus court principalement dans les différentes saillies.
Dans certains cas il peut être avantageux de donner aux courants induits un trajet tel qu'ils se ferment chaque fois sur eux-mêmes suivant des circuits distincts dans chaque saillie, dent ou élément analogue.
Le procédé conforme à l'invention diffère essentiel.- lement des procédés employés jusqu'ici, dans lesquels on fait en sorte que, par exemple dans le cas d'une roue dentée, tant le couraat primaire que le courant inductif circulent concen- triquement autour de l'axe de la pièce.
Dans ce qui suit on décrira plus en détail les dis- positifs conformes à l'invention et servant à exécuter le .procédé, en se référant aux dessins annexés qui représentent plusieurs exemples d'exécution.
Dans l'exemple d'exécution représenté sur la fig.2, il faut chauffer les dents d'une roue dentée et les tremper par un saisissement subséquent. A cet effet le dispositif com- porte un inducteur constitué de deux éléments 2 et 3. L'élémen: 2 est un anneau de conducteurs chauffants, qui entoure concen- triquement la roue dentée sur toute la longueur axiale de celle-ci. Avec l'élément 3, traversant l'alésage axial de la
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roue dentée, l'élément 2 constitue une sorte de pot (repré- senté sur la fig.2 en coupe axiale) qui est emboîté sur la roue dentée. Suivant l'invention, cet inducteur est alimenté en courent de manière que le courant primaire circule tant dans l'anneau chauffant 2 que dans les conducteurs de retour .axiaux 3 parallèlement à l'axe de la roue dentée.
Le sens du courant pendant une phase est indiqué par les bouts de flèche 4 et les pointes de flèche 5. Les courants induits de cette façon circulent à la surface des dents dans le sens axiale comme c'est indiqué en 6. On conçoit que les trajets des courants sont ainsi rédui ts à la longueur minimum. Pour supprimer totalement l'effet calorifique des courants induits peu concentrés circulant à la surface de l'alésage 7., on peut produire en cet endroit un refroidissement approprié.
Le procédé conforme à l'invention peut aussi être exécuté en envoyant du courant directement dans la pièce et en obtenant par un effet d'induction que les courants directe- ment envoyés se concentrent aux surfaces extérieures. Dans l'exemple d'exécution représenté sur la fig.3, qui est une coupe verticale, on utilise pour le traitement de roues dentées ou pièces dentées analogues un dispositif dans lequel la roue dentée 1 est serrée entre deux électrodes 2 et 3.
L'électrode 3 comporte une amenée conique 4 qui peut être fendue longitudinalement sur toute la périphérie pour ré- partir uniformément la densité du courant, de manière que le cône 4 et/ou l'électrode 3 soient constitués par des lames isolées les unes des autres. L'électrode 2 est adaptée sur un chapeau amovible 6 connecté par des contacts 7 à un cône d'amenée de courant 8. Les deux cônes d'amenée de courant 8 et 4 sont isolés l'un de l'autre et subissent en sens opposés la tension d'un ressort 11 qui exerce une pression dans le sens de la flèche 10 afin de maintenir la pression de contact
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requise.
Le sens du courant pendant une phase est indiqué par les flèches 5. De l'électrode annulaire 3 sur laquelle on applique la face plane de la roue dentée avec ses dents, le courant se rend directement par les dents à la seconde électrode annulaire appliquée sur la face plane opposée de la roue dentée. Sur le trajet de retour de l'électrode 2 est disposée en regard de la périphérie de la roue dent ée, sur toute la largeur de celle-ci, une bague conductrice 15 de petite section transversale. Le courant concentré dans la bague conductrice 15 provoque une attraction du courant 9 circulant directement dans les dents, de sorte que ce courant est repoussé à la surface des dents.
Avantageusement,. on ménage dans la bague conductrice 5 des trous 12 pour livrer passage à l'agent de trempe, qu'on peut introduire sur toute l'étendue de la périphérie de la roue dentée, par exemple à travers une chambre annulaire 13 indi- quée en pointillés. On introduit l'agent de trempe quand les dents ont atteint, au cours de l'opération de chauffage, la température de trempe voulue et que le courant est coupé.
Les électrodes servant à amener le courant directe- ment aux dents de la pièce comportent une denture correspon- dant au module de la roue dentée. Comme le montre la fig.4, cette denture est telle que les électrodes recouvrent par- tout les zones du bord des dents. Sur la fig. 4 le recouvre- ment entre l'électrode 2 et les dents 1 est indiqué par une surface hachurée. L'amenée du courant à la zone du bord des dents assure déjà en elle-même une certaine concentration du courant aux surfaces extérieures, qui est encore accentuée par l'action inductive de la bague conductrice 5 de petite section transversale.
Toutefois, suivant L'invention, il est aussi possi- -
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ble de faire en sorte que, sous l'effet inductif, le courant induit ne circule à l'intérieur des dents que sur le trajet le plus court. A cet effet, pour traiter des roues dentées, crémaillères ou autres pièces comportant des saillies dispo- sées régulièrement ou irrégulièrement, on passe le conduc- teur chauffent en zigzags dans les intervalles des dents ou saillies. Cet agencement d'un dispositif est représenté schématiquement sur la fig. 5. La pièce représentée est une crémaillère ou un développement partiel de la circonférence d'une roue dentée.
Le conducteur 1 passe devant les flancs de chaque dent une fois d'un côté et une fois de l'autre, de manière que près de chaque dent il y ait d'un côté un élément de conducteur 3 qui, pendant une phase, est alimenté dans un sens, et de l'autre côté un élément de conducteur 4 .alimenté en sens inverse. Les éléments de conducteur chauffant 3 et 4 provoquent une ci rculation de courants induits suivant la longueur des flancs des dents. Ces courants induits se ferment sur eux-mêmes dans la dent, ainsi que c'est indiqué en 5.
Les éléments de conducteur chauffant 6 et 7 créent un champ magnétique qui lui aussi a pour effet de concentrer les courants dans la couche superficielle. Par la coopération des champs engendrés on produit un refoulement particulière- ment énergique vers les couches superficielles.
Le conducteur chauffant, qui sur la fig. 5 est représenté sous la forme d'un fil métallique, peut évidemment aussi avoir une forme épousant le profil des dents ou des in- tervalles des dents.
Afin d'améliorer le rendement du dispositif de la fig.5,, on peut utiliser, comme -.Le montre la fig.6, encore un second conducteur aussi disposé en zig zag autour des dents ou des saillies. Sur la fig.6 deux conducteurs 3 et 5 forment des zig zags opposés autour des dents d'une crémaillère 1.
,Le conducteur 3 est alimenté dans le sens des flèches 4 et
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le conducteur 5 dans le sens des flèches 6, c'est-à-dire que les deux conducteurs sont parcourus par les courants en sens inverses. Dans les intervalles des dents, en 7, sont disposés chaque fois deux conducteurs dontles courants ont le même sens. Aussi l'intensité de courent en ces endroits et, partant, en regard des flancs des dents est-elle deux fois plus élevée qu'en regard des faces 10, si bien que les faces, qui ne doivent pas subir de trempe, sont préservées d'une élévation de température exagérée. Grâce à cette dispo- sition de deux conducteurs en zig zag il se forme autour des dents en quelque sorte des éléments calorifiques distincts qui induisent dans chaque dent un circuit électrique fermé.
Ce circuit fermé sur lui--même peut 'être commandé par un choix approprié du couplage de telle manière qu'il ait une concen- tration maximum aux endroits des flancs des dents, que l'on veut tremper.
Comme le montrent les figs. 7 et 8, les conducteurs disposés dans les intervalles des dents peuvent être super- posés ou juxtaposés, leurs profils se complétant mutuellement de façon à avoir une forme correspondant à celle des inter- valles des dents.
Le procédé conforme à l'invention n'est point limité à la trempe de roues dentées, crémaillères et pièces analogues; on peut en effet l'exécuter chaque fois qu'on se propose de chauffer exclusivement les surfaces de saillies étalements analogues qui proéminent sur une grande masse d'ensemble d'une pièce. Les dispositifs décrits peuvent aussi être utilisés en pareil cas pour peu qu'on les modifie et adapte de manière appropriée aux formes envi sagées.