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Dispositif pour le chauffage électro-inductif des pièces métalliques.
Comme on le sait, on emploie pour le chauffage électro- inductif des pièces métalliques.des bobines d'induction connectées directement ou par l'intermédiaire d'un transformateur. à la source de courant électrique. A cet effet on emploie comme source de courant un convertisseur à moteur, une génératrice à éclateur ou à tubes ou un changeur de fréquence statique.
Lorsque, au moyen des inducteurs susmentionnés, on doit traiter des pièces de formes et de dimensions différentes, l'utili- sation de l'installation une fois établie se heurte à des difficul- tés car les sources de courant et transformateurs n'admettent une utilisation maximum, c'est-à-dire le débit de la puissance maximum, que dans une très petite gamme de tensions. Or'l'utilisation d'une source de courant considéré est maximum quand, pour une valeur
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maximum de la puissance, la tension de l'inducteur, déterminée par la forme de la pièce, correspond à la tension nominale de la source de courant.
Naturellement, quand on emploie un transforma- teur intermédiaire, la tension primaire du transformateur, qui elle aussi dépend de la forme de la pièce, doit correspondre à la tension nominale de la source de courant.
Quand on traite au moyen d'un dispositif déterminé des pièces de petit diamètre et de grande largeur et que dans ces conditions la source de courant fournit la puissance maximum, il n'est point possible de traiter à l'aide du même dispositif des pièces de grand diamètre et de faible largeur en employant la puissance maximum en soi disponible. En effet, alors que dans le premier cas la tension appliquée à l'inducteur, déterminée par la forme de la pièce, est relativement faible,' la dernière forme men- tionnée de la pièce exige une puissance relativement élevée. Tou- tefois, comme on ne dispose que de la même puissance que dans le premier cas, on ne peut prendre à la source de courant qu'une fraction de la puissance maximun.
Jusqu'à présent, pour répondre à ces conditions de service ou à des conditions de service analogues, on remplaçait le trans- formateur employé ou on changeait les connexions de la source de courant ou de l'enroulement du transformateur. Toutefois, un chan- gement de connexions de l'enroulement primaire signifie que le transformateur doit être surdimensionné dans une mesure telle qu'on puisse transmettre sous la tension minimum la puissance maximum. Un changement de connexions de l'enroulement secondaire du transformateur ne peut en général pas être exécuté en raison des intensités de courant extrêmement élevées. Les expédients pré- cités causent naturellement une perte de temps et des frais no- tables et, en outre, diminuent dans une mesure non négligeable le rendement de l'installation.
Suivant l'invention, pour obvier à ces difficultés que .l'on rencontre avec les dispositifs pour le chauffage électro- @
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inductif des pièces métalliques, où l'appareil de chauffage proprement dit (bobine) est alirnenté par la source de courant directement ou par l'entremise d'un transformateur, on monte en amont de l'appareil de chauffage des distributeurs intermé- diaires interchangeables. Ces distributeurs interchangeables ont pour but de commuter les spires de l'appareil de chauffage en série ou en parallèle, individuellement ou par groupes de plusieurs, en conformité des conditions imposées ou existantes.
Par ce moyen il devient possible d'adapter l'ensemble de l'instal- l.ation à toute forme des pièces en intercalant dans tout cas particulier le distributeur intermédiaire remplaçable correspondant.
Il n'est alors plus nécessaire de remplacer le transformateur ou de recourir à des changements de connexions compliqués, et malgré cela on assure le rendement maximum pour toute puissance débitée allant jusqu'à la puissance maximum. Par le choix d'un distributeur approprié on peut aussi influencer dans une large mesure l'opéra- tion de chauffage en elle-même.
Dans les cas où le dispositif est équipé d'un transforma- teur intermédiaire, on peut prévoir un second distributeur qui est monté en aval de l'enroulement secondaire du transformateur. Le distributeur groupe les différentes spires de l'enroulement secon- daire en conformité des conditions données.
Suivant l'invention, on constitue ces distributeurs in- termédiaires, servant à l'adaptation de la commutation,, par deux ou plusieurs longerons isolés les uns des autres et percés de trous pour des boulons d'attache. Les longerons sont tous plats ou ils sont coudës pour une part et plats pour l'autre et alter- nent alors entre eux, tous étant de même isolés les uns des autres.
On décrira ci-après plusieurs exemples d'exécution de l'invention en se référant aux dessins annexés.
La fig. 1 montre le schéma d'une installation complète- conforme à l'invention. L'enroulement primaire à plusieurs spires 1 d'un transformateur est connecté par des conducteurs d'amenée 2
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à une source de courant electrique 3. L'enroulement primaire 1 est entouré par un enroulement secondaire à plusieurs spires 4 auquel est connecté un distributeur intermédiaire 5. Le distributeur 5 alimente une bobine d'induction 6. Les distributeurs intermédiaires interchangeables 5 peuvent établir toute connexion voulue en série, en série-parallèle ou en parallèle des spires de la bobine d'in- duction 6 ou grouper de manière appropriée les spires de l'enrou- lement secondaire 4 du transformateur.
La fig. 2, qui est une vue suivant la direction de la flè- che 15 de la vue en plan de la fig. 3, montre un distributeur ' auquel sont connectées les différentes spires de la bobine d'in- duction servant à chauffer une pièce cylindrique 1. La bobine d'induction 2 est constituée de spires 3 refroidies par eau, dont le diamètre et la hauteur sont adaptés aux conditions du traite- ment voulu. Les spires distinctes comportent à leurs extrémités des éléments de connexion 4 établis creux de manière à être par- courus dans le sens des flèches 5 et 6 par l'agent de refroidisse- ment. Des boulons 7 servent en même temps à tenir ensemble les spires distinctes et à les connecter à des longerons distributeurs
8.
Les boulons 7 doivent être insérés avec interposition d'isolant, par exemple en disposant en-dessous des écrous des épaisseurs d'isolant 16 ou en employant des boulons en matière isolante.
Dans la forme d'exécution des figs. 2 et 3, choisie à titre d'exemple, le distributeur intermédiaire, qu'on connecte au transformateur au moyen de trous à boulons 12, commute en série les spires distinctes 3. La tension inductrice correspond ainsi à la somme des tensions appliquées aux spires distinctes.
En employant des distributeurs de ce genre on peut exécu- : ter les sortes de traitement les plus différentes. Quand la pièce cylindrique 1 est notablement plus longue que la bobine, on peut opérer le chauffage en produisant un mouvement relatif entre la pièce et l'appareil de chauffage. Lorsque pour produire par exemple . une trempe superficielle on ne doit chauffer la pièce qu'à la sur-
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face, toutes les huit spires peuvent être commutées en parallèle de manière que si la tension de la source de courant est élevée un courant intense circule dans l'inducteur.
Toutefois, il peut aussi être avantageux, pour d'autres sortes de chauffage, de grouper respectivement quatre spires ou deux spires et de commuter en série ou en parallèle ces différents groupes de spires. Il est possible par ailleurs de choisir le.nombre de spires de manière qu'il soit différent, par exemple d'employer, sur huit spires, trois ou quatre seulement. Il est clair aussi qu'au lieu des spi- res représentées, d'une ouverture déterminée, on peut naturelle- ment employer un groupe de spires d'une autre ouverture, pour per- mettre ainsi d'adapter l'ensemble de l'installation au traitement de pièces de grandeurs différentes.
L'intercalation de ces distri- buteurs donne ainsi la possibilité d'utiliser une installation donnée de façon complète pour le chauffage de pièces des formes les plus différentes tout en se conformant dans la plus large mesure possible aux constantes, électriques de la source de cou- rant.
Les figs. 4 et 5 représentent respectivement en élévation et en plan un distributeur intermédiaire servant à commuter en parallèle les spires distinctes du conducteur chauffant. Le distri- buteur est constitué par deux longerons d'amenée de courant 9 et 10 qui ont la forme de plaques et qui sont isolés l'un de l'autre par une couche intercalaire 11. Les trous 12 servent à.connecter le distributeur à la source de courant, les trous 13 à fixer les spires distinctes de l'appareil de chauffage.
Les figs. 6 et 7. représentent respectivement en élévation et en plan un distributeur servant à réunir des groupes distincts de spires de l'inducteur. Les spires juxtaposées respectivement du côté droit et du côté gauche sont commutées en parallèle par les longerons 9 et 10. On constitue de la sorte deux spires com- posées qu'on commute entre elles en série par un longeron coudé 14 qui est isolé en 11 par rapport aux longerons 9 et 10. Le @
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distributeur représenté sur les figs. 8 et 9 en élévation et en plan commute en parallèle respectivement deux spires distinctes qu'à leur tour on commute en série.
Le distributeur représenté sur les figs. 10 et 11 sert à commuter les huit spires distinctesén série comme elles sont employées par exemple dans le montage représenté sur les figs. 2 et 3.
Les distributeurs permettent naturellement aussi d'omettre différentes spires ou différents groupes de spires et par consé- quent il est possible, en employant des distributeurs comme ceux représentés sur les figures des dessins annexés, de mettre en oeuvre tout nombre voulu de spires entre un et huit selon tout mode de commutation voulu. Au lieu d'un distributeur prévoyant la possibilité de connecter huit spires on peut naturellement aussi employer des distributeurs qui fournissent la possibilité de connecter un nombre plus grand ou un nombre plus petit de spires distinctes.
Pareillement, un montage comme celui représenté à titre d'exemple sur les figs. 2 et 3 peut aussi servir à commuter l'en- roulement secondaire du transformateur intermédiaire. Les spires 3, qui sur les figs. 2 et 3 représentent les spires de l'inducteur, seraient alors évidemment les spires secondaires du transformateur intermédiaire. Quand on emploie tant un distributeur pour l'enrou- lement de l'inducteur qu'un distributeur pour l'enroulement secon- daire du transformateur, on raccorde directement entre eux les deux longerons distributeurs au moyen de trous à boulon 12. Il est également possible d'omettre le distributeur pour la bobine d'in- duction et de travailler exclusivement avec un distributeur pour l'enroulement secondaire du transformateur.
Les dispositifs pour le chauffage électro-inductif des pièces métalliques, qui conformément à l'invention sont équipés de pareils distributeurs, peuvent être utilisés pour les traitements les plus différents de pièces ayant les formes les plus diverses.
Pour les différentes sortes de traitement et les différentes formes de pièces il importe seulement de choisir à l'avenant la bobine
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d'induction connectée à la source de courant. C'est ainsi qu'on peut exécuter par exemple toutes les sortes de chauffage requi- ses à propos de la trempe en surface et on peut à l'avenant utili- ser un tel dispositif également pour la soudure à haute fréquence.
De manière générale, l'emploi de l'invention est avantageux, à l'avenant dans tous les cas où la tension du consommateur est fortement différenciée et où pour conserver un rendement avanta- geux il faut que le débit de puissance de l'installation électrique soit le plus grand possible.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Dispositif pour le chauffage électro-inductif des pièces métalliques, dans lequel l'appareil de chauffage proprement dit (bobine) est alimenté par la source de courant directement ou par l'entremise d'un transformateur intermédiaire, caractérisé par des distributeurs intermédiaires interchangeables destinés à être montés en amont de l'appareil de chauffage, qui permettent de com- muter les spires de l'appareil de chauffage en série ou en paral- lèle, individuellement ou par groupes de plusieurs, en conformité des conditions imposées ou existantes.
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Device for electro-inductive heating of metal parts.
As is known, for the electro-inductive heating of metal parts, induction coils connected directly or through a transformer are used. to the source of electric current. For this purpose, a motor converter, a spark gap or tube generator or a static frequency changer is used as the current source.
When, by means of the aforementioned inductors, parts of different shapes and sizes have to be processed, the use of the installation once established is fraught with difficulties because the current sources and transformers do not admit a maximum use, that is, the flow of maximum power, only in a very small range of voltages. However, the use of a current source considered is maximum when, for a value
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maximum power, the inductor voltage, determined by the shape of the part, corresponds to the nominal voltage of the current source.
Of course, when using an intermediate transformer, the primary voltage of the transformer, which again depends on the shape of the part, must match the rated voltage of the current source.
When parts of small diameter and large width are treated by means of a specific device and that under these conditions the current source provides maximum power, it is not possible to process parts using the same device. of large diameter and small width by using the maximum power available per se. Indeed, while in the first case the voltage applied to the inductor, determined by the shape of the part, is relatively low, the last mentioned shape of the part requires relatively high power. However, since only the same power is available as in the first case, only a fraction of the maximum power can be taken from the current source.
Until now, in order to meet these or similar service conditions, the transformer used has been replaced or the connections of the current source or of the transformer winding have been changed. However, a change in the connections of the primary winding means that the transformer must be oversized to such an extent that the maximum power can be transmitted under the minimum voltage. A change in the connections of the secondary winding of the transformer generally cannot be performed due to the extremely high currents. The aforementioned expedients naturally cause a waste of time and considerable costs and, moreover, to a considerable extent reduce the efficiency of the installation.
According to the invention, in order to obviate these difficulties which are encountered with devices for electro- @ heating
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inductive metal parts, where the actual heating device (coil) is supplied by the current source directly or via a transformer, interchangeable intermediate distributors are fitted upstream of the heating device. . The purpose of these interchangeable distributors is to switch the turns of the heater in series or in parallel, individually or in groups of several, in accordance with the imposed or existing conditions.
By this means it becomes possible to adapt the entire installation to any shape of the parts by inserting in any particular case the corresponding replaceable intermediate distributor.
It is then no longer necessary to replace the transformer or to resort to complicated connection changes, and despite this the maximum efficiency is ensured for any power output up to the maximum power. The choice of a suitable distributor can also greatly influence the heating process itself.
In cases where the device is equipped with an intermediate transformer, a second distributor may be provided which is mounted downstream of the secondary winding of the transformer. The distributor groups the different turns of the secondary winding in accordance with the given conditions.
According to the invention, these intermediate distributors, serving to adapt the switching, are formed by two or more side members isolated from each other and pierced with holes for attachment bolts. The side members are all flat or they are bent on the one hand and flat on the other and then alternate with each other, all of them likewise isolated from each other.
Several exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows the diagram of a complete installation according to the invention. The primary winding with several turns 1 of a transformer is connected by supply conductors 2
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to an electric current source 3. The primary winding 1 is surrounded by a secondary winding with several turns 4 to which is connected an intermediate distributor 5. The distributor 5 supplies an induction coil 6. The interchangeable intermediate distributors 5 can establish any desired series, series-parallel or parallel connection of the turns of the induction coil 6 or group the turns of the secondary winding 4 of the transformer in an appropriate manner.
Fig. 2, which is a view taken in the direction of arrow 15 of the plan view of FIG. 3, shows a distributor 'to which are connected the different turns of the induction coil serving to heat a cylindrical part 1. The induction coil 2 consists of water-cooled turns 3, the diameter and height of which are adapted to the conditions of the desired treatment. The separate turns have at their ends connection elements 4 established hollow so as to be traversed in the direction of arrows 5 and 6 by the coolant. Bolts 7 are used at the same time to hold together the separate turns and to connect them to distributor side members
8.
The bolts 7 must be inserted with the interposition of insulation, for example by arranging thicknesses of insulation 16 below the nuts or by using bolts of insulating material.
In the embodiment of FIGS. 2 and 3, chosen by way of example, the intermediate distributor, which is connected to the transformer by means of bolt holes 12, switches the separate turns in series 3. The inductive voltage thus corresponds to the sum of the voltages applied to the turns. distinct.
By employing distributors of this kind one can carry out the most different kinds of treatment. When the cylindrical part 1 is significantly longer than the coil, the heating can be carried out by producing a relative movement between the part and the heater. When to produce eg. surface quenching, the part should only be heated to excess
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face, all eight turns can be switched in parallel so that if the voltage of the current source is high an intense current flows through the inductor.
However, it may also be advantageous, for other types of heating, to group respectively four turns or two turns and to switch these different groups of turns in series or in parallel. It is also possible to choose the number of turns so that it is different, for example to use, on eight turns, three or four only. It is also clear that instead of the turns shown, with a determined opening, it is naturally possible to use a group of turns with another opening, in order thus to adapt the whole of the installation for the treatment of parts of different sizes.
The intercalation of these distributors thus gives the possibility of using a given installation in a complete way for the heating of rooms of the most different shapes while conforming to the greatest possible extent to the constants, electrical of the source of neck. - rant.
Figs. 4 and 5 respectively show in elevation and in plan an intermediate distributor serving to switch the separate turns of the heating conductor in parallel. The distributor consists of two current feed rails 9 and 10 which have the shape of plates and which are isolated from each other by an intermediate layer 11. The holes 12 serve to connect the distributor to the distributor. the current source, the holes 13 to fix the separate turns of the heater.
Figs. 6 and 7. respectively show in elevation and in plan a distributor serving to join together distinct groups of turns of the inductor. The juxtaposed turns respectively on the right side and on the left side are switched in parallel by the side members 9 and 10. In this way, two composite turns are formed which are switched between them in series by an angled side member 14 which is isolated at 11. in relation to the side members 9 and 10. The @
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distributor shown in figs. 8 and 9 in elevation and in plan respectively switch two separate turns which in turn are switched in series.
The distributor shown in figs. 10 and 11 serves to switch the eight separate turns in series as they are used for example in the assembly shown in FIGS. 2 and 3.
The distributors naturally also make it possible to omit different turns or different groups of turns and consequently it is possible, by employing distributors such as those shown in the figures of the accompanying drawings, to implement any desired number of turns between one and the other. eight according to any desired switching mode. Instead of a distributor providing for the possibility of connecting eight turns, it is of course also possible to employ distributors which provide the possibility of connecting a larger number or a smaller number of separate turns.
Similarly, an assembly such as that shown by way of example in FIGS. 2 and 3 can also be used to switch the secondary winding of the intermediate transformer. The turns 3, which in figs. 2 and 3 represent the turns of the inductor, would then obviously be the secondary turns of the intermediate transformer. When both a distributor for the inductor winding and a distributor for the secondary winding of the transformer are used, the two distributor side members are connected directly to each other by means of bolt holes 12. It is also possible to omit the distributor for the induction coil and to work exclusively with a distributor for the secondary winding of the transformer.
The devices for electro-inductive heating of metal parts, which according to the invention are equipped with such distributors, can be used for the most different treatments of parts having the most diverse shapes.
For the different types of treatment and the different shapes of parts, it is only important to choose the appropriate coil.
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induction connected to the current source. Thus, for example, all kinds of heating required in connection with surface hardening can be carried out and such a device can be used accordingly also for high frequency welding.
In general, the use of the invention is advantageous, correspondingly in all cases where the voltage of the consumer is highly differentiated and where, in order to maintain advantageous efficiency, the power flow of the installation must be electric is as large as possible.
CLAIMS ---------------------------
1.- Device for electro-inductive heating of metal parts, in which the actual heating device (coil) is supplied by the current source directly or through an intermediate transformer, characterized by intermediate distributors interchangeable devices intended to be fitted upstream of the heating device, which allow the turns of the heating device to be switched in series or in parallel, individually or in groups of several, in accordance with imposed or existing conditions .