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"Dispositif pour obtenir des champs électriques de haute fréquence de grande intensité et appli- cations de ces dispositifs".
Tandis, que des le début de l'électrotechnique, l'in- génieur avait à sa disposition un appareil commode pour con- centrer,le champ magnétique continu ou alternatif basse fréquence appareil dont le type,est l'électro-aimant, il n'existait pas dans le domaine de la haute fréquence un sytème équivalent...
. La présente invention, système ACHARD, a pour objet.. d'indiquer des dispositifs se comportant en quelque sorte comme de véritables électro-aimants à haute fréquence,, Un . autre objet de l'invention vise divers modes d'application de ces-dispositifs et l'adaptation d'organes supplémentaires,
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ou la conformation des dispositifs en vue de ces applica- tions. connu
L'invention met en oeuvre le schéma/de la figure 1 dans lequel a. représente un circuit oscillant, réalisé s:us forme de circuit antirésonnant par exemple, alimenté en e par un tube électronique oscillateur (ce circuit pourrait aussi bien être constitué par un système resonnant alimenté par un alternateur ou toute autre source de faible impédance interne);
à la self inductance de ce circuit est couplée d'une façon aussi serrée que possible une spire b de grnd diamètre connectée par un feeder c de très faible impédance caractéristique à une spire de très faible diamètre. Le courant induit dans b parcourt d.
Pour se rapprochez de la réalisation suivant l'invention, on considerera la figure 2. dans laquelle la spire b est re- présentée par 'un cylindre fendu suivant une génératrice et couplée rigidement à la self-inductance du circuit oscillant a. Le feeder c conduit le courant de b à deux petites spires parallèles d1 et dE.^
Le champ H1 à l'intérieur de b serait approximati- vement, pour le courant I:
H1 = K I/R1 (R1 étant la moyenne distance géométrique entre le point consideré et la surface interne de b ;
K étant une constante) tandis que le champ H2 entre les spires d1 et d2,en 0 par exemple, est
H2 = K I/R2 (R2 étant la moyenne distance géométrique du peint
0 aux deux spires d1 et d2)
Le champ obtenu est proportionnel au courant de circulation et inversement proportionnel au diamètre de la spire ;
on trouve donc au point 0 un champ plus fort que celui qui existerait au centre de b. Abstraction faite
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du champ primaire en opposition, le champ H2 est égal à H1 multiplié par le rapport des diamètres des spires,
On voit aisément qu'on peut realiser des rapports H2/H1 = R1/R2 considérables,
L'invention consiste à perfectionner les dispositifs conformes aux considérations ci-dessus et comprenant, dans leur mode de réalisation le plus général, un induit sous la forme d'une surface fermée fendue, une spire de concentra- tion et un feeder reliant cette spire à ladite surface, le perfectionnement consistant à utiliser comme spire de con- centration la périphérie ou la région voisine de la,
péri- phérie de.la petite base d'une surface sensiblement tron- conique ou pyramidale ( cette expression comprenant également les surfaces planes obtenues en considérant un plan comme un cône à angle spatial de 180 ).Cette surface comporte une fente prolongeant la coupure de la spire et peut être munie, en outre, d'une ou plusieurs fentes supplémentaires ne coupant pas la spire. Le. périphérie de la grande base de cette surface, ou les lèvres de sa fente, sont en liaison, soit à travers un feeder approprié., soit directement (la surface en questicn formant alors feeder elle-même), avec les bords ou les lèvres de la fente de la surface d'induit dont la section peut être d'ailleurs quelconque.
Par extension la spire peut prendre la. forme d'un corps creux ou d'une surface fermée (à la fente près), ayant une section de forme quelconque, par exemple mais non obli- gatoirement circulaire ou rectangulaire.
Avec cette disposition, on peut, en donnant une forme convenable plàne ou gauche à la spire et à la surface' qui la prolonge, s'adapter d'une façon particulièrement facile à la forme de la pièce à traiter, tout. en conservant à la fois une forte concentration du champ et une grande sur- face de refroisissement de la pièce polaire du ppeudo -
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aimant ainsi consti tue.
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I.'in'venU.on sera rri::ux comprise en eonsiaérant les tli7Cl'?F8 forces de réalisation indiqaées ci-après à titre d'Exemples non limitatifs.
La première réalisation est représentée dans son prin-
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cipe ps.r la figure où on employé les marnes références que sur le= figures 1 et 2. On recourait en a le circuit primaire en b la spir daine de grcnd diamètre couplée à a.. Le corps cylindrique de b est prolongé par un tronc de cone
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.;uü h; l'(.;DGç;r.:1Jl" forme une surface de révolution fendue suivant la génératrice g, les bords de la fente constituant le feeder conduisant le courant à l'extrémité'd du tronc de cône
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constituant la spire ceiicei;ti,atriee de champ.
On sait qu'en haute fréquence les courants sont superficiels et suivant les trajets de moindre impédance, de GCrLe que sclzéi.:atiquement le trajet du courant est rci;rsenté figure 4 oia l'on s'est contente de représenter trois filets de courant sur le corps cylindrique.
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Le tronc de cône en d.al:::.s du re"le actif de la propagation du cours.nt sur-les lèvres de la fente n'intervient que comme réfrigérant de la spire terminale d et des lèpres g. Afin d'éviter la propagation éventuelle du courant en dehors de la spire terminale lorsque celle-ci augmente de température, il est recommandé de fendre le tronc de Sone suivant une ou plusieurs génératrices supplémentaires, fentes qui ne coupent évidemment pas la opire terminale.
.Afin d'activer le refroidissement des portions susceptibles de chauffer il est utile de prévoir 1'ensemble en cuivre rouge de forte épaisseur avec, adjonction d'une circulation d'eau ou tout autre liquide approprie ou gaz comprimé. On peut également utiliser des ailettes judicieusement disposées.
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Une forme préférée de réalisation est représentée figure 5 dans laquelle le corps cylindrique b est surmonté d'un dôme fendu S supportant une borne coupole t connectée à la source à haute tension - haute fréquence et servant au passage du courant primaire, l'autre extrémité du primaire étant connectée au bloc secondaire b d'une part et à la terre d'autre part, l'ensemble forma.nt ainsi un circuit protégé.
Les fentes du tronc de cône h sont visibles en v. Une canalisa tien f de circulation d'eau est rappertée sur la surface des pièces (ou pratiquée dans leur épaisseur). L'eau est amenée en m, circule le long de la lèvre droite de la fente, de la spire d'utilisation, de la lèvre gauche et passe à l'intérieur en n afin de refroidir le circuit primaire constitué par des spires tubulaires et sort ensuite en P.
En combinant deux de ces ensembles on réalise le dis-' positif représenté figure 6.
Le champ est concentré dans la région du centre de symétrie 0. Par ailleurs la figure ne nécessite aucune explication, les références étant celles de la figure pré- cédente.
Une autre forme de réalisation est représentée figure
7 où les corps b de la figure 6 ont été combinés en un corps unique. Dans cette disposition la fente suit le trajet représenté par le trait fort du dessin .
On peut également utiliser dans cette solutions une circulation unique analogue à celle décrite figure 5 pour le refroidissement du bloc secondaire et du circuit primaire.
Une autre forme de réalisation est représentée figure 8a.et 8b suivant deux vues perpendiculaires.
Dans cette forme le feeder est constitué par deux plaques de cuivre rouge très rapperchées u, isoléesentre elles par une lame d'air très mince ou des lames de mica ou tout autre isolant convenable. Ce feeder alimente dans
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l'exemple représenté deux spires d raccordées à des troncs de cône h fendus en v pour augmenter la dissipation calori- fique.
On a représenté dans tous les exemples précédents le primaire intérieur au secondaire. Il peut être avanta- geux parfois de le placer à l'extérieur, dans le cas par- ticulier par exemple on a besoin de faire chauffer une pièce longue suivant sa section droite en utilisant les dis- positifs des figures 5 et 6, la pièce en question pouvant alors s'engager à l'intérieur de l'appareil.
On peut également disposer le primaire comme le montre la figure 9, à l'intérieur d'une double spire secon- daire fendue et prolonger cette double spire par un simple ou un double cône h pouvant se terminer par une spire simple ou double d.
On va décrire maintenant quelques applications du système à titre d'exemples non limitatifs, et diverses adaptations à ces applications.
Une des applications importantes est celle de la trompe des métaux en utilisant le champ haute 'fréquence comme source productrice de chaleur. Il est bien connu que lorsque l'on place une pièce métallique dans un champ - haute fréquence, il se développe dans une faible épaisseur du métal des courants tourbillonnaires (courants de Fou- cault). L'épaisseur de métal utilisée par le courant est faible d'autant plus/que la fréquence est plus grande. Lorsque le champ est intense les courants tourbillonnaires provoquent un échauffement superficiel rapide de la pièce qui peut être trempée en surface en utilisant soit un refroidissement naturel ( trempe à l'air) soit un refroidissement artifi- ciel par jet ou bain.
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Il est utile de remarquer ici que dans l'application envisagée le terme consacré de "trempe à l'air" est impropre, car en utilisant le chauffage par haute fréquence la portion de métal chauffée est une faible partie du volume total et le refroidissement ne s'effectue pas par l'air, mais bien par conductibilité dans la masse du métal.
Le sterne faisant l'objet de l'invention permettant l'obtention de champs très denses rend possible dans beaucoup de cas des trempes à l'air qu'il était jusqu'à maintenant impossible d'obtenir:
Un premier mode d'application qui sera décrit ci-dessous est relatif à la trempe d'un pignon d'engrenage.
Par commodité et pour se conformer à l'usage on appellera "four" la ou les spires inductrices de courant dans ia pièce à chauffer.
Pour tremper un pignon on utilise de préférence un four conique représenté en coupe figure 10, étant entendu que la;pièce représentée peut former une' pièce polaire d'un quelconque des ensembles précédemment décrits,
Dans cette figure h représente la coupe du four, x le pignon à tremper, $ un anneau distributeur d'eau coupé par un manchon isolant z et alimenté à travers un mécanisme ' non'représenté comprenant une vanne a.utomatique actionnée par une minuterie commandée par l'ouverture du circuit élec- trique. Il est à remarquer que la pièce à tremper est placée de manière à permettre une manutention facile et rapide*
Avec un four bicône on peut envisager la'trempe dans un temps minimum d'une chaîne de pignons préalablement montés à, distance convenable sur un même arbre,.
La figure 11 repré- sente schématiquement en coupe ce dispositif.
Dans cette figure 4 indique le four biconique, x la chaîne de pignons montés pour la manutention sur un arbre
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q et maintenus à distance convenable par cales r ; y est le distributeur annulaire d'eau.
Un dispositif automatique qu'il est facile d'imaginer commar.de l'avance saccadée du train de pignon, l'application et la rupture du courant, l'ouverture et la rupture du jet d'eau.
Pour tremper d'une façon discontinue un pignon de grand diamètre on utilisera le four pyramidal représente en élévation figure 12a et en ccupe suivant AB figure 12b.
En utilisant ce système de four on peut localiser réchauffement de la pièce aux seules régions qui ont besoin d'être trempées. Le four représenté est prévu pour la trempe simultanée de trois dents; on peut évidemment augmenter ce nom- bre, si l'on dispose d'une puissance plus grande.
Dans les figures 12a et 12b x indique le pignon, h le four dont l'extrémité d a, dans ce cas, une section rec- tangulaire, k le cloisonnement obligeant le courant à suivre le contour des dents, 1 des ailettes de refroidissement aug-. mentant également le parcours des courants qui pourraient éventuellement se refermer par l'extérieur.
La manutention s'opère de préférence par déplacement en hauteur du four et rotation du pignon autour de son axe.
Une deuxième application du système est la trempe d'une façon continue à l'eau ou à l'air d'un bandage de roue, d'un rail ou toute autre pièce qui en utilise le principe.
Pour le bandage d'une roue'de ivagon, par exemple,le four se présente sous forme prismatique indiquée schématique- ment en vue latérale sur la figure 13a et en perspective sur la figure 13b, dans laquelle x indique le bandage de la roue, h le four sans indication des systèmes accessoires de re- freidissement, A B C D le contour de la gueule du four, g la fente du four, u le feeder d'alimentation composé de deux plaques analogues aux éléments analogues de la figure 8.
On remarquera que la gueule du four est, dans le , sens AD ou BC, plus large que les dimensions de l'cjet à traiter. Le but de cette disposition est que les arêtes AB et CD ne sc trouvent pas en regard du bandage. Dans le cas
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contraire, en effet, pendant la rotation de la roue en vue de sa trempe continue, les arêtes AB et CD exerceraient sur chaque point de la surface traitée une action plus prolon- , gée que les arêtes perpendiculaires AD et BC et produiraient un surchauffage local.
Cette possibilitéde surchauffage est compensée par le débordement de la gueule du four qui estre- présenté sur la figuré, le four comprendra évidemment d'autres pièces ac- cessoires non figurées, telles que des gale.ts ou des patins de guidage du four sur la pièce, pour régler d'une façon précise la position du four par rapport à la pièce chauffée, ce qui ptésente une importance considérable si l'on veut obtenir une trempe bien uniforme.
Pcurun rail'le four se présente également sous forme prismatique avec un profil de gueule s'adaptant exac- tement a la portion du rail à tremper. La figure 14a est une représentation schématique en profil du rail et du four, ce dernier étant montré en perspective figure 14b. Le.trait fort indique leprofil de la gueule, Les mêmes repères dans les figures 13 et 14 correspondent aux mêmes pièces.
Une troisième application du système est la trempe des, billes de roulements. A titre d'exemples nen limitatifs on décrira deux systèmes de four convenant à cette application.
Le premier est constitué par un four prismatique double représenté schématiquement en perspective cavalière par la figure 15 sur laquelle on retrouve les références des figures 8, 13 et 14, désignant les mêmes organes*
Entre les spires d, dans la région de concentration de champ, on introduit un tube de quartz ou de matière aéra- mique, animé d'un mouvement de rotation et convenablement incliné, La bille passe dans le tube,la parcourt temps tient en même que le pouvement de rotation du tube lui fait
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présenter successivement toute la surface de la bille au champ.
La bille chaude tombe ensuite dans un bain à sa sortie du tube;
La figure 16 est une vue en coupe radiale de l'en- semble, le Tube de quartz est désigné par i, et la bille trai- tée par j. L'ensemble des pièces h est incliné sur la verticale pour tenir compte de l'entraînement des billes par les parois du tube en rotation.
Le deuxième système de four est constitué par une chaîne de fours couplés à un même circuit primaire .Chaque four est représenté en perspective sur la figure 17. Dans ce cas la surface conique h a été remplacée par une surface plane por- tant la même référence, cette forme pouvant, être considérée (comme indiqué au début) comme un cas particulier de cône à angle spatial de 180 .
La chaîne de ces fours est représentée en coupe longitudinale par la figure 18 dans laquelle a indi- que le circuit primaire, b.la chaine de fours dont les gueules enveloppent par place un tube de quartz ou de matière cérami- que i animé d'un mouvement de rotation entraînant par frotte- ment la bille j qui, se déplaçant par ailleurs d'un mouve- ment cycloïdal, présente au champ durant son parcours la to- talité de sa surface. La bille à sortie du tubé tombe dans un bain de trempe w.
On peut également prévoir dans l'un ou l'autre cas le déplacement forcé de la bille par un sillon hélicoïcal tracé dans le tube. @
Pour citer quelques autres applications auxquelles le système de fours de l'invention s'applique particulièrement, on indiquera, toujours à titre non limitatif:
- la soudure de tubes bord à bord - la soudure de.tubes en angle, - la soudure longitudinale continue d'un cylindre ouvert pour constituer un tube
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- la soudure continue de deux plaques de tôle - la soudure verre métal entrant plus particulièrement dans la construction des tubes électroniques - l'utilisation de fours basée sur les principes de réalisation décrits ci-dessus pour créer des champs haute fréquence intenses à l'intérieur d'un tube électronique afin d'obtenir -dès déviations de trajectoires electroniques.
On n'a pas décrit des réalisations particulières d'appareillage correspondant à ces applications, car leur établissement, en'suivant les indications ci-dessus données, ne présente aucune difficulté pour un homme de l'art chargé . d'établir l'outillage nécessaire. Il doit cependant être en- tendu que toutes ces réalisations possibles tombent dans le cadre d'invention du moment qu'elles utilisent le principes constructif général qui a été exposé.