<Desc/Clms Page number 1>
APPAREIL DE CHAUFFAGE PAR HAUTE FREQUENCE.
L'invention concerne le chauffage à haute fréquence et spéciale- ment des perfectionnements aux appareils de chauffage haute fréquence de pièces tubulaires, c'est-à-dire de pièces à ouverture centrale dans laquelle on peut introduire un'conducteur de courant électrique.
L'invention a principalement pour but de procurer un appareil de chauffage pariinduction pour le chauffage dune pièce tubulaire,\) telle quun petit arbre creux ou un manchon, caractérisé en ce qu'il est capable de chauffer simultanément les surfaces intérieure et extérieure de la pièceo
L'invention prévoit une paire de conducteurs intérieur et exté- rieur concentriques de chauffage connectés électriquement de façon à être parcourus tous deux parle courant dans le sens axial ou longitudinale Les conducteurs sont écartés l'un de 1?autre et le conducteur intérieur est pla- cé dans 1?ouverture de la pièce tubulaire à chauffer, celle-ci se trouvant de préférence hors de contact des conducteurs.
Quand les conducteurs sont parcourus par le courante la pièce est chauffée aussi bien à 1?intérieur qu'à l'extérieur.
Dans le cas d'une pièce en fer, 1?appareil peut être agencé en vue de la trempe superficielle de la pièce en fer en perforant une paroi ou les deux parois des conducteurs et en faisant passer un liquide de trempe par ces perforations ou ouvertures au moment voulu.
Plusieurs formes dexécution de l'invention sont'représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés.
La figo 1 est une vue quelque peu schématique d'un appareil de chauffage par induction conforme à l'invention.
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Figo 1.
<Desc/Clms Page number 2>
La Fig. 3 est une coupe verticale montrant la construction de 1-'appareil de chauffage inducteur, prise suivant la ligne en traits interrom- pus III-III de la fig. 4.
La figo 4 est une vue en plan de 1?appareil de la fig. 3
La figo 5 est une coupe substantiellement suivant la ligne V-V de la Fig. 3 ; et
La fig. 6 est une coupe substantiellement suivant la ligne VI-VI de la Fig. 4.
Les figs. 1 et 2 représentent un appareil de chauffage par induc- tion simplifié pouvant être utilisé pour le chauffage de manchons et donnant le principe général de l'invention. L'appareil comprend un inducteur de chauffage portant la référence générale 2. Il est composé d'un conducteur de chauffage rectiligne intérieur 4 et un conducteur de chauffage rectiligne extérieure. Ces conducteurs ont une section circulaire et sont construits en une matière très conductrice telle que le cuivre.
Le conducteur extérieur 6 est creux et on peut placer le conducteur intérieur 4 à l'intérieur du pre- mier, de préférence parallèle et concentriqueo Les extrémités inférieures des conducteurs de chauffage 4 et 6 sont intimement réunies au point de vue électrique par un dispositif conducteur comprenant un conducteur électrique de liaison électrique représenté sous la forme d'une plaque annulaire 8 éga- lement en un métal très conducteur.
Les conducteurs de chauffage 4 et 6 sont écartés l'un de l'autre dans le sens radial, c'est-à-dire qu'ils sont séparés dans le sens perpendi- culaire à leur axe commun de manière abaisser entre eux un vide la' dans lequel on place la pièce à traiter. Cet espace 10 a généralement une section annu- laire; il est délimité par la surface extérieure ou active du conducteur de chauffage intérieur 4, la surface intérieure ou active du conducteur de chauffage extérieur 6 et la surface intérieure ou active de la plaque de connexion 8.
Une pièce tubulaire 12 ayant la forme d'un tube cylindrique., est maintenu dans 1-'espace de chauffage 10 d'une manière appropriée quelconque en vue du traitement thermique. Un support de pièce est représenté comme consistant en plusieurs colonnettes espacées 14 montées sur laplaque de con- nexion 8. Chaque colonnette est pourvue d'une encoche ou siège sur lequel repose une extrémité de la pièce tubulaire 12. Les colonnettes sont faites en une matière résistant à de hautes températures; le molybdène a été trouvé satisfaisant à cette fin.
Des connexions d'alimentation 16 et 18 sont attachées aux extré- mités des conducteurs de chauffage 4 et 6 opposées à celles réunies par la plaque de connexion 8,.la connexion 16 étant intimement réunie au conducteur de chauffage intérieur 4 et la connexion 18 étant réunie de même au conduc- teur de chauffage extérieur 6. La connexions d'alimentation isolées entre elles 16 et 18 reçoivent de l'énergie haute fréquence d'un générateur haute fréquence 20 qui envoie le courant produit, soit directement, soit par un circuit convenable 22 pouvant comprendre un dispositif équilibreur ou un transformateur ou un autre élément d'amélioration de circuit connu.
Un moyen d'introduire un objet à traiter dans l'espace de chauf- fage 10 et de l'enlever ensuite après chauffage doit être prévu. A cet ef- fet, on peut rendre amovible la connexion 16 au conducteur de chauffage in- térieur 4, mais d'autres moyens peuvent être utilisés.
Afin de faire comprendre le fonctionnement de 1?inducteur de chauffage 2, on supposera le générateur 20 en marche, envoyant de l'énergie électrique haute fréquence aux connexions 16 et 18. On peut admeytre qu'à un moment donné, le courant circule de la connexion 16 vers le bas le long de la surface du conducteur intérieur 4, puis radialement vers 15'extérieur le long de la surface intérieure de la plaque de connexion 8 et vers le haut le long de la surface intérieure du conducteur extérieur 6 à la connexion 18.
<Desc/Clms Page number 3>
Chaque conducteur de chauffage a ainsi une paire de points de connexion es-' pacés axialement, un à chaque extrémité, où des liaisons du circuit sont réa- lisées (plaque 8 et connexion 16 ou 18).
Ces points sont espacés axialement sur chaque conducteur, une paire de points espacés (tels que 16 et 18) se trouvant à une extrémité axiale de 1-'espace de chauffage 10 et l'autre paire de points espacés (tels que 4-8 et 6-8) se trouvant à l'autre extrémité.
Le courant alternatif circulant dans les conducteurs 4 et 6, in- duit des courants -de chauffage dans la pièce tubulaire métallique 12 portée par les colonnettes 14, de préférence concentriquement aux conducteurs de chauffage. Les courants induits circulent dans chaque surface cylindrique de la pièce tubulaire, dans un sens opposé au sens de circulation du courant le long des surfaces travaillantes des conducteurs de chauffage faisant face.
Au moment considéré, le courant monte donc le long de lasurface intérieure de la pièce tubulaire et descend le long de sa surface extérieureo Le par- cours du courant est complétée radialement aux extrémités des pièces tubulai- res. Le courant induit chauffe les surfaces de la pièce,traitée de manière connue
Il est entendu que le courant circule dans une mince pellicule superficielle ayant une épaisseur ou profondeur qui dépend, entre autres, de la fréquence de l'énergie produite par le générateur haute fréquence.
Si on juge nécessaire de refroidir les conducteurs de chauffage
4 et 6, on peut enrouler hélicoïdalement un tube de refroidissement 24 autour de la face extérieure du conducteur extérieur 6, de manière à assurer un bon contact, athermique et on peut disposer une spirale de refroidissement intérieu- re 26 en contact avec la face intérieure du conducteur intérieur 4 qui peut être creux dans ce but, comme le montrent les Figs. 1 et 2. La spirale ex- térieure 24 est munie d'une entrée 28 et d9une sortie 30 d'eau, tandis que la spirale intérieure 26 a une entrée 32 et une sortie 34 d'eau passant à travers le fond ouvert du conducteur de chauffage 4.
Les figso 3 - 6 représentent une exécution plus pratique de l'in- ducteur de chauffage portant la référence générale 40. L'inducteur 40 com- prend un conducteur de chauffage intérieur en cuivre 42 et un conducteur de chauffage extérieur en cuivre 44.
Dans la forme d'exécution préférée de lin- vention que montre la figo 3, le diamètre extérieur du conducteur intérieur
42 est doun pouce (2,,5 cm) et le diamètre intérieur du conducteur extérieur 44 est de trois pouces (7,5 cm). L'extrémité inférieure du conducteur inté- rieur 42 est prolongée radialement par un rebord extérieur ou plaque de con- nexion 46 à laquelle est fixée fermement l'extrémité inférieure du conducteur de chauffage extérieur 44, afin d'obtenir un contact électrique intime. Les conducteurs 42 et 44 sont espacés radialement de manière à constituer un es- pace annulaire de travail 48 semblable à l'espace de chauffage 10 de la Fige
1 (figo 3).
Le conducteur intérieur 42 est creux avec une extrémité ,inférieu- re ouverte et une extrémité supérieure obturée 50 prolongée vers le haut par une partie filetée 52 qui passe au-dessus de l'extrémité supérieure du con- ducteur de chauffage extérieur 44. La partie creuse du conducteur intérieur
42 constitue une conduite 54 définie par la paroi cylindrique 56 du conduc- teur 42 et perforée de façon à présenter des ouvertures pour le passage d'un liquide de trempe amené d'une manière convenable quelconque dans la conduite
54. Celle-ci peut, par exemple, être alimentée en liquide de trempe par une tuyauterie 58.
Le conducteur de chauffage intérieur 42 peut, si on le désire, être refroidi par une spirale de refroidissement 60 en contact avec la paroi intérieure 56 et munie de tuyaux d'admission et d'évacuation 62 et 64, res- pectivenent, passant vers le bas à travers l'extrémité inférieure du conduc- teur de chauffage intérieur 42.
Le conducteur de chauffage extérieur 44 est construit de façon à permettre la trempe de;la surface extérieure de la pièce à traiter. Dans ce but, le conducteur de chauffage extérieur 44 est creux., pour constituer
<Desc/Clms Page number 4>
une conduite. Plus précisément? le conducteur extérieur 44 comprend une paroi tubulaire extérieure pleine non perforée 70 et une paroi tubulaire in- térieure perforée 72. Le liquide de trempe est amené à la conduite annulai- re 68 du conducteur de chauffage extérieur 44 par un ou plusieurs tuyaux d'a- limentation 76. La paroi intérieure 72 du conducteur de chauffage extérieur 44 est refroidie par une spirale réfrigérante 74 entourant le conducteur;, en contact thermique intime avec lui.
Cette spirale réfrigérante est pourvue de tuyaux d'admission et d'évacuation qui traversent la paroi extérieure 70 du conducteur de chauffage extérieur moyennant un joint hermétique au liqui- de.
La pièce à traiter est représentée aux figs. 3 - 5, sous la for- me d'un manchon en fer 78 posé sur des colonnettes entaillées 80 qui sont logées elles-mêmes de manière amovible et sans serrage dans des rainures pra- tiquées dans une table tournante 82 pouvant tourner autour de l'extrémité inférieure du conducteur de chauffage intérieur 42. La table tournante est entraînée par une courroie 84 qui passe dans des tubes 86 traversant le con- ducteur de chauffage extérieur 44.
L'extrémité supérieure du conducteur de chauffage extérieur est épanouie en un rebord ou plaque de cuivre 90 qui couvre 1-'extrémité supérieu- re de la conduite annulaire 68 du dit conducteur 44. Cette plaque supérieu- re 90 a une ouverture centrale dont le diamètre correspond au diamètre inté- rieur de la paroi 72. Une connexion conductrice 92 est attachée à la face inférieure de cette plaque supérieure 90. Celle-ci est recouverte d'une cou- che de matière isolante 94 qui sépare cette plaque d'une seconde connexion conductrice 96. Les connexions 92 et 96 correspondent aux connexions 18 et 16 de la figo 1.
Comme le montre la Figa 4, l'isolant 94, la plaque de con- nexion inférieure 92 et la plaque de connexion supérieure 96 ont des évide- ments en U 98 dépassant le bord du conducteur de chauffage extérieur 44, d'un cote.
La liaison électrique de la connexion 96 au conducteur de chauf- fage intérieur 42 se fait au moyen d'une étroite barre de fixation 100 en cuivre mùnie de trois trous espacés, le trou central étant traversé par le prolongement fileté 52 du conducteur intérieur 42, et-les trous extérieurs recevant des boulons filetés 102 et 104 venant de la connexion 96. Des écrous 106 serrent la barre de fixation 100 en contact intime avec la connexion 96 et avec un rebord 108 au haut du conducteur de chauffage intérieur 42. Il faut donc d'abord enlever la barre de fixation 100 avant d'introduire une pièce dans l'espace de chauffage 48 ou de l'en enlever.
En supposant que la pièce à chauffer vient d'être placée dans 1?espace 48, on serre à fond la barre de fixation 100 et on alimente les con- nexions isolées entre elles 92 et 96 au moyen d9une source appropriée quel- conque d'énergie haute fréquence. On fait tourner la table tournante 82 et, par le fait même, la pièce à traiter posée sur les colonnettes 80. Après le temps de chauffage requis, le liquide de trempe est amené dans les condui- tes 54 et 68 pour tremper les surfaces intérieure et extérieure du manchon.
Le liquide de trempe peut s'échapper de l'espace de travail 48 par une série d'ouvertures espacées 109 pratiquées dans la plaque de connexion inférieure 46. On remarquera de plus que la barre de fixation 100 a une largeur infé- rieure au diamètre intérieur du conducteur de chauffage extérieur 44. Par conséquent, le liquide de trempe peut aussi si/échapper vers le haut par l'ou= verture correspondante, sans oublier les découpages 98.
On peut utiliser un inducteur de chauffage conforme à l'invention avec pratiquement toute fréquence courante utilisée pour le chauffage par induction. On peut employer l'énergie électrique provenant des alternateurs tournants et des générateurs à oscillateurs à tubes. Dans un cas particulier tel que représenté à la figa 3, les deux surfaces d'un manchon d'une longueur de six pouces (15 cm) ont été trempées avec succès en utilisant du courant à une fréquence d'environ dix mille cycles par seconde et une intensité de huit mille ampères. Un appareillage semblable a été utilisé pour tremper au moyen de courants à des fréquences considérablement plus élevées.
Les
<Desc/Clms Page number 5>
longueurs d'onde des courants utilisés sont beaucoup plus grandes que la lon- gueur de la pièce traitée 12 ou 78, afin d'éviter les ondes stationnaires qui provoqueraient un échauffement irrégulier de la pièce traitée.
En général, les surfaces courbes étendues socialement de la'pièce à traiter doivent être également espacées, dans le sens radial, des deux conducteurs de chauffage. Un espacement radial non uniforme sera la cause d'une distribution irrégulière du courant. En faisant tourner la pièce trai- tée comme le montre la fige 3, on obtient un échauffement uniforme même' dans le cas d'un espacement radial non uniforme. C'est pourquoi il est utile de faire tourner la pièce.
REVENDICATIONS.
1. Appareil de chauffage haute fréquence comprenant un conducteur intérieur et un conducteur tubulaire extérieur dirigés dans le même sens gé- néral longitudinal, les conducteurs étant écartés l'un de l'autre dans le sens radial de manière à laisser entre eux un espace pour le traitement des pièces, un dispositif support de pièce pour maintenir, dans cet espace, les objets à chauffer et un dispositif de circuit pour faire circuler du courant haute fréquence axialement et en sens opposés dans les deux conducteurs.
2. Appareil de chauffage haute fréquence par induction, compor- tant un support pour maintenir une pièce creuse cylindrique conductrice à chauffer à l'intérieur d'un espace pour le traitement des pièces, et un dis- positif de circuits haute fréquence, adjacent à la pièce, pour soumettre cette pièce à des champs inducteurs de courant haute fréquence de manière à indui- re dans la pièce des courants haute fréquence superficiels qui circulent axia- lement et en sens opposés le long des surfaces intérieure et extérieure de la pièce et radialement aux extrémités de la pièce.