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Dispositif de chauffage inductif.
Pour soumettre des pièces à un chauffage inductif dans un champ magnétique à haute fréquence, il est d'usage de disposer sur la partie à traiter de la pièce une bobine d'induction com- portant une ou plusieurs spires, branchée sur une source d'ali- mentation, par exemple sur l'enroulement secondaire d'un trans- formateur à haute-fréquence, la pièce étant glissée dans la bo- bine ou la .bobine logée dans la pièce lorsque celle-ci/est creuse.
Cependant, la forme des pièces à traiter est parfois si compliquée qu'il n'est pas possible ou pas désirable d'utiliser une bobine d'induction du genre décrit parce que les dimensions de celle-ci deviendraient anormalement grandes. C'est le cas par exemple pour les cadres de bicyclette dont les diverses parties, à assembler par soudure, sont disposées dans un gabarit. Ce système offre l'avantage que les organes occupent déjà leurs po- sitions relatives définitives avant l'assemblage. La forme fermée
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du cadre empêche cependant la mise en place et l'enlèvement d'une bobine. Comme exemple d'une pièce non fermée, dont la forme nécessiterait une bobine de trop grandes dimensions, on peut citer un arbre à tremper en un endroit flanque de parties de plus grand diamètre.
Pour chauffer par induction de telles pièces, on pour- rait entourer le ou les endroits à traiter d'une bobine consti- tuée par deux organes séparés parcourus en série par le courant de chauffage et qui sont assemblés au droit de leur jonction électrique; il suffit donc de les détacher pour permettre l'en- lèvement de la pièce. Cependant, comme la jonction électrique constitue en même temps l'assemblage mécanique entre les deux organes, ce système présente un inconvénient: l'enlèvement de la pièce nécessite l'interruption du circuit électriaue ce qui entraîne des difficultés pour le traitement de la pièce suivante par suite de la variation de la résistance de passage électrique à l'endroit du contact.
L'invention fournit un dispositif qui permet de chauf- fer par induction des pièces du genre mentionné tout en évitant les inconvénients précités.
Dans le dispositif conforme à l'invention, la pièce à traiter est placée entre deux ou un plus grand nombre de paires d'organes métalliques disposés de manière que les organes de chaque paire puissent être séparés et soient isolés électrique- ment entre eux et que les organes de chaque paire situés du même côté de la pièce à traiter soient parcourus en série par le courant à haute fréquence dans le sens inverse à celui du cou- rant dans les organes situés de l'autre côté de la pièce, chaque paire d'organes étant réalisée et montée sur l'endroit à tra.iter de manière que l'on puisse séparer les organes sans interrompre le circuit électrique.
Chaque paire d'organes est constituée par deux pièces qui constituent pour ainsi dire les deux moitiés séparées et
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alimentées séparément d'un seul enrovlement qui entoure la piè- ce à traiter avec un jeu si faible que le courant de chauffage nécessaire est induit dans cette pièce. L'isolement électrique entre les organes de chaque paire, nécessaire par suite du sens de courant indiqué dans les organes, peut s'obtenir par exemple en séparant les organes à l'aide d'un petit entrefer ou d'une couche de matériau isolant appliquée sur l'une ou les deux faces en regard d'un ou de deux organes.
La présence d'au moins deux paires d'organes dans le dispositif conforme à l'invention permet de placer dans ce dis- positif et d'en retirer facilement des pièces affectant une forme compliquée, par exemple la forme fermée spécifiée ci-dessus, sans que la séparation des organes de chaque paire ne provoque l'interruption du courant. Il serait difficile d'atteindre ce résultat à l'aide d'une seule paire d'organes (à l'endroit à traiter); le dispositif ne fonctionnerait pas convenablement, car pour faciliter la mise en place et l'énlèvement de la pièce à traiter les conducteurs de courant dans les deux organes de- vraient être disposés de manière que les champs électriques à haute fréquence qu'ils engendrent au droit de la pièce à traiter se compensent en grande partie ou ne soient pas suffisamment intenses.
L'emploi d'au moins deux paires d'organes qui assurent non seulement l'avantage mentionné du remplacement facile de la pièce à traiter, mais encore une utilisation aussi avantageuse que possible de l'énergie fournie à la pièce est donc essen- tielle pour assurer le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention. Ceci sera expliqué en détail à l'aide des figures jointes au présent mémoire.
L'emploi de plus de deux paires d'organes est recom- mandable lorsqu'on désire traiter la pièce simultanément en plus de deux endroits Voisins. Il va de soi que le dispositif confor- me à l'invention convient aussi pour les pièces dans lesquelles la bobine d'induction pourrait se glisser de la manière usuelle
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car ce déplacement est alors superflu ce qui constitue une no- table économie de temps pour le traitement simultané de plusieurs endroits.
On peut aussi utiliser deux paires d'organes pour ne traiter qu'un seul endroit de la pièce. Dans ce cas, deux paires consécutives sont si rapprochées qu'entre elles le pièce est chauffée toute 8ussi efficacement que la partie à traiter.
Les propriétés décrites du dispositif conforme à l'invention se marquent le mieux lorsque les organes de chadue jeu disposés du même côté de la pièce constituent un ensemble mécanique rigide et que la liaison mécanique constitue en même temps le conducteur électrique entre ces organes. Pour remplacer la pièce ou pour traiter d'autres endroits de celle-ci, une seule manoeuvre permet alors de séparer simultanément les organes de deux éléments sans interrompre le circuit électrique. Cette forme de réalisation présente encore un autre avantage: la dis- tance comprise entre les conducteurs parallèles traversés par des courants de sens opposés est très petite ce qui réduit les pertes électriques dans le circuit et assure au dispositif un rendement maximum.
Le dispositif peut être alimenté de manière que le courant d'alimentation tra.verse successivement les organes mon- tés en série disposés d'un côté de la pièce, puis les organes disposés de l'autre côté de le pièce. Dans une forme d'exécution ingénieuse du dispositifles organes de chaque paire montés en série et disposés du même côté de la pièce sont branchés sur des sources d'alimentation différentes. De cette manière, les circuits électriques des organes placés de part et d'autre de la pièce n'ont pas de parties communes ce qui permet de les séparer très facilement.
Dans une forme d'exécution avantageuse de ce type, les sources d'alimentation précitées sont constituées par les moitiés séparées d'une douille métallique faisant office d'enroulement secondaire d'un transformateur qui entoure de la
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même manière que les organes inductifs à l'endroit de la pièce, l'enroulement primaire. En général, ce transformateur pourra setrouver à proximité immédiate de la pièce, de sorte que l'ensemble rigide que peuvent alors constituer les enroulements secondaires du transformateur et les organes mentionnés.assure en même temps la conduction du courant.
Dans une autre forme d'exécution, uniquement les or- ganes situés d'un côté de la pièce sont branchés en série sur une source d'alimentation, et ceux disposés de l'autre côté cons- tituent avec les conducteurs de liaison respectifs un circuit fermé dans lequel le circuit branché sur la source de tension induit un courant de sens opposé à celui qui circule dans ce circuit. Cette forme d'exécution offre l'avantage qu'on peut utiliser, pour le remplacement de la pièce à traiter, une partie du dispositif non reliée à la source de tension. Lorsqu'on fait en sorte que cette partie constitue un-ensemble mécanique rigide, l'enlèvement devient très simple et très facile.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut tre réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig.l est une vue d'une pièce dont des parties doi- vent être assemblées par soudure.
La fig. 2 est une coupe transversale d'un dispositif qui ne fait pas partie de l'invention ; endroits indiqués par A et B sur la fig.l, ce dispositif doit réaliser un assemblage par soudure à l'aide d'un chauffage à haute fréquence.
La fig. 3 montre un dispositif ne faisant pas non plus partie de l'invention, qui doit réaliser aux mêmes endroits de la fig.l un assemblage par soudure.
La fig.4 montre un dispositif conforme à l'invention utilisé pour le même but.
La fig.5 est un dispositif conforme à l'invention pour
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réaliser simultanément deux assemblages par soudure situés dans le prolongement l'un de l'autre sur la pièce à traiter.
La fig.6 montre un autre dispositif conforme à l'inven- tion pour réaliser un assemblage par soudure en un seul endroit de la pièce.
Les figs.7, 8 et 9 sont des schéma du montage électri- que utilisé pour 1-'alimentation du dispositif conforme à l'inven- tion.
La fig.10 est un dispositif conforme à l'invention dans lequel est réalisé le montage montré sur la fig. 9.
La fig.ll montre un dispositif utilisé pour réaliser la soudure d'un cadre de bicyclette, dispositif dans lequel est appliqué le montage électrique montré sur la fig. 8.
La pièce montrée sur la fig.l consiste en une bague 1, interrompue en A et en B. En ces endroits, il faut réaliser une soudure entre les extrémités 2 et 3 à l'aide d'un chauffage in- ductif à haute fréquence. A cet effet, on a glissé sur les en- droits à souder un manchon 4 et la soudure est appliquée entre les extrémités de la. bague et ce manchon.
La forme de la, pièce est choisie aussi simple que pos- sible, car elle servira uniquement à expliquer le principe du dispositif conforme à l'invention. Dans ce cas, il est possible d'appliquer d'avance aux endroits A et B autour des manchons 4, la bobine d'induction usuelle qui fournit le courant de chauffa-- ge à haute fréquence, bobine qui est constituée par une ou plu- sieurs spires que des conducteurs branchent sur un générateur à haute fréquence. Cependant, la soudure étant réalisée, il n'est pas possible d'enlever la bobine, de sorte que ce dispositif ne convient pas pour la soudure de telle bagues. La même difficulté se présente dans le cas de pièces de forme plus compliquée, par exemple des cadres de bicyclettes fermés qui doivent être assem- blés en plusieurs endroits.
Dans cette application, il est même impossible d'appliquer d'avance les bobines. La même difficulté n
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se présente pour tremper localement certaines pièces, par exemple des vilebrequins.
On peut obvier à cette difficulté de la manière repré- sentée sur la fig.2, sur laquelle 4 est le manchon de la fig.l et 5, une des extrémités libres de la bague 1, en disposant autour des endroits à souder une bobine constituée par deux corps métalliques 6 et 7, montrés en'coupe transversale ; ces corps entourent la pièce et sont assemblés mécaniquement et électrique- ment aux endroits 8 et 9 par un boulon 10. Pour permettre d'en- gendrer dans la pièce la quantité de la chaleur nécessaire pour la soudure, les côtés'11 et 12 des corps 6 et 7 sont branchés sur' une source de tension à haute fréquence 13. Ces corps 6 et 7 sont donc traversés en série par le courant de chauffage à haute fréquence.
Pour réaliser l'assemblage par soudure, les organes branchés sur la source de tension, par exemple à l'aide de con- ducteurs souples 14, peuvent être disposés séparément autour de la pièce et être ensuite assemblés à l'aide de boulons. L'assem- blage par soudure étant réalisé, il faut procéder à la manoeuvre inverse et enlever la pièce pour réaliser un assemblage par soudure en un autre endroit de la pièce. Ces manipulations cons- tituent un inconvénient. La fermeture et l'interruption du cir- cuit électrique, chaque fois nécessaires, provoquent une va- riation de la résistance de passage entre les languettes 8 et
9 en chaque endroit de soudure. Comme cette résistance de pas- sage peut être de l'ordre de grandeur de la résistance du cir- cuit, il va de soi que ce dispositif n'assure pas des résultats reproductibles.
On pourrait obvier à cet inconvénient en constituant la bobine par deux organes métalliques 15 et 16 tels que les représente schématiquement la fig.3. Ces organes sont isolés électriquement entre eux et sont disposés de manière qu'on puisse les séparer sans interrompre le circuit électrique. L'isolement , électrique peut être constitué par exemple par un entre-fer ou
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par un matériau isolant,, par exemple du mica. Dans ce dernier cas, l'organe 15 peut reposer sur l'organe 16. Dans l'autre cas, les organes doivent être supportés séparément.
Comme le montrent les flèches qui indiquent le sens du courant, les organes sont parcourus par des courants de sens opposé, de sorte que le courant engendré dans la pièce, est iden- tique à celui obtenu dans le cas ou la pièce est entourée par une seule spire non interrompue. La subdivision de la bobine en deux organes que l'on peut séparer sans plus, par exemple en écartant l'organe 15, offre avec l'alimentation indiouée, un sé- rieux avantage: le remplacement de la pièce ne demande que peu de temps et de plus, le circuit électrique reste fermé, de sorte qu'on élimine les difficultés inhérentes aux variations de la résistance de passage.
Ce dispositif présente cependant un inconvénient. Comme le montre nettement la. figure, les conducteurs d'amenée et de sortie 18 et 19 doivent être repliés à partir de la connexion aux orga.nes 16 et 15 afin de permettre l'enlèvement de la. pièce., Par suite du sens opposé du courant dans les organes et dans les conducteurs précités, l'induction à haute fréquence dans la pièce sera donc nulle ou en tout cas très faible, car cette pièce se trouve dans un espace pratiquement exempt de champ. Le dispositif aura donc un très faible rendement au'on n'améliore pas en donnant aux conducteurs un trajet tel que représenté en pointillés.
En ce qui concerne le rendement, il est avantageux que les conducteurs 18 et 20, respectivement 19 et 21, soient parallèles et aussi rapprochés que possible pour éviter qu'il ne se produise un champ de dispersion entre eux.
Le dispositif conforme à l'invention obvie à l'incon- vénient inhérent à celui de la fig.2 ainsi qu'à l'inconvénient inhérent à celui représenté sur la. fig.3, tout en conservant leurs avantages, comme le prouvera d'ailleurs la description des figures 4a et 4b.
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Sur ces figures, 4 est de nouveau le manchon et 5, l'une des extrémités de la bague aux endroits A et B de la fig. l. Suivant l'invention, la pièce est entourée en deux endroits (A et B) par deux paires d'organes 22 et 23, respec- tivement 24 et 25, reliées entre elles par les conducteurs 26 et 27 et alimentées de la manière indiquée par les flèches. Aux endroits à souder, le jeu entre les organes et la bague est si petit que ces organes induisent dans la bague un courant de chauffage d'intensité suffisamment élevée.
Pour le reste,les organes de chaque paire sont réa- lisés et montés de la manière exposée ci-dessus pour les demi- bobines de la fig.3.
Tout comme dans le dispositif représenté sur la fig.3, malgré qu'elle soit fermée, la pièce peut s'enlever très facile- ment: il suffit de soulever les organes 22 et 24. Ceci ne provo- que pas l'interruption du circuit. Comme le montre'nettement la figure, la disposition des conducteurs ne suscite pas de diffi- culté car, contrairement au cas de la fig.3, ils ne doivent pas être pliés. Ceci est attribuable au fait que, conformément à l'invention, on utilise au moins deux paires d'organes.
De préférence, les organes de chaque jeu situés du même côté de la pièce sont assemblés à l'aide des entretoises 28 et 29, représentées schématiquement en pointillés, de manière à constituer un ensemble mécanique rigide qui, dans le cas repré- senté, permettent d'enlever simultanément les organes 22 et 24.
Si ces entretoises sont en métal, elles peuvent aussi faire office de conducteurs électriques.
La fig. 5 montre une forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention dans le cas où les endroits à souder de la pièce se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre.
On peut considérer la pièce comme constituée par un certain nom- bre de tronçons de tube à assembler, tronçons qui font partie- d'une construction fermée, de sorte qu'il est impossible de glis-
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ser sur les tubes des bobines d'induction à spires fermées. Les tronçons de tube sont indiqués par 30, 31 et 32. Sur les en- droits à souder on a glissé des manchons 33 et 34. En cet en- droit, les tubes sont entourés par des organes tels que décrits dans la forme d'exécution précédente. Pour faciliter la compré- hension du dessin, on n'y a représenté qu'un seul organe de chaque paire (l'organe supérieur 35, 36), La liaison électrique et mécanique entre les organes (35, 36) disposés du même côté de la pièce est constituée par la bande métallioue 37.
Il va de soi que tant la forme d'exécution montrée sur la fig.4 que celle représentée sur la. fig.5 peuvent aussi s'utiliser dans les cas où il est impossible de glisser en place une bobine d'induction normale. Les dispositifs offrent l'avantage que l'on peut alors effectuer simultanément deux soudures.
La fig.6 montre une forme d'exécution que l'on peut considérer comme issue de celle de la fig.5 en rapprochant les deux organes, disposés du même côté de la. pièce, de chaque paire (35 et 36). S'il faut réaliser dans une pièce un seul assemblage par soudure, on peut utiliser cette forme d'exécution très simple et très compacte en disposant les organes de part et d'autre de l'endroit à souder et suffisamment près l'un de l'autre pour que la zone qui les sépare soit efficacement chauf- fée.
Le montage schématiquement représenté sur la fig.7 montre le mode d'alimentation des divers organes électriques décrits. Les organes situés en deux endroits du même côté de la pièce sont indiqués par 38 et 39, respectivement par 40 et 41.
Le montage en série des organes 38 et 39, disposés d'un côté de la pièce et des organes 40 et 41 disposés de l'autre côté de la pièce est branché sur l'enroulement secondaire 42 d'un trans- formateur à haute fréquence dont l'enroulement primaire est in- diqué par 43. Comme il a déjà été mentionné, les organes 38 et 39, respectivement 40 et 41, peuvent être assemblés tant mé- caniquement qu'électriquement, par des pièces d'accouplement
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rigides 44, tandis que les autres connexions peuvent être constituées par des câbles souples. Pour enlever la pièce, il suffit alors tout simplement de soulever l'ensemble 38, 44, 49.
La fig.8 montre une forme d'exécution particulièrement avantageuse du montage ; organes de chaque paire 46 et 47, respectivement 48 et 49, disposés du même côté de la pièce, y sont branchés en série sur des sources d'alimentation différen- tes, dans ce cas les enroulements secondaires 50 et 51 d'un transformateur, dont chacun est constitué par une demi-douille métallique. L'ensemble de ces deux demi-douilles entoure l'en- roulement primaire 52 du transformateur. Ces demi-douilles peuvent être séparées de la même manière que les organes 38, 40 respecti- vement 39, 41 sans provoquer une interruption des circuits de courant correspondants. Ce fait est nettement illustré par la fig.8 sur laquelle le circuit de courant est indiqué par des flèches.
Cette forme d'exécution s'utilisera dans les cas où le transformateur a des dimensions telles qu'on peut le placer à proximité de la pièce. Il est alors possible et même très avan- tageux d'assembler en un ensemble mécanique très rigide chacun des deux éléments secondaires du transformateur et les organes correspondants de chaque jeu, et de réaliser cet assemblage, de préférence, à l'aide de liaisons qui font en même temps office de conducteurs électriques.
Si les organes sont reliés mécanique- ment et électriquement de la manière précitée, on obtient un dispositif dont l'alimentation est très simple et qui est mania- ble. Il y a lieu de noter que ces avantages en fait différents (simplicité de construction et grands maniabilité) sont obtenus par l'application du même principe, à savoir la subdivision des bobines d'induction ainsi que de l'enroulement secondaire du transformateur qui fournit deux circuits de courant séparables dans lequel les câbles souples sont superflus.
Il va de soi que les organes 50 et 51 peuvent éventuel- lement aussi être réalisés sous forme d'enroulements secondaires ---
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normaux. Les deux cas offrent l'avantage de circuits de courant totalement indépendants.
La fig.9 montre une telle forme d'exécution. Seuls les organes 53 et 54, disposés du même côté de la pièce,. sont bran- chés en série, par les conducteurs 55 et 56, sur l'enroulement secondaire 57 d'un transformateur. Les organes 58 et 59 disposés de l'autre côté de la pièce constituent avec les conducteurs d'interconnexion 60, 61 un circuit fermé. Comme le montrent les flèches, ce circuit est le siège d'un courant induit dont le sens est opposé à celui du courant qui circule dans le circuit branché sur l'enroulement 57 du transformateur. De préférence, ici aussi l'ensemble des organes (58, 59) et des conducteurs (60, 61) constitue un tout rigide que l'on peut séparer très facilement, pour remplacer la pièce, en soulevant l'ensemble.
Cette forme d'exécution offre un sérieux avantage: les organes à soulever constituent un ensemble très compact qui n'est pas branché sur une source de tension.
La fig.10 montre une forme de réalisation du schéma de la fig.9. Pour faciliter la compréhension, les mêmes organes por- tent sur les deux figures les mêmes chiffres de référence. Comme dans ce cas, toutes les connexions entre les organes supérieurs 58 et 59, et celles entre les organes inférieurs 53 et 54 sont constituées par des bandes plates et que, dans la position de fonctionnement, la partie supérieure 62 se trouve près de la partie inférieure 63 et est parallèle à celle-ci, on obtiendra un bon effet d'induction entre les deux parties.
La fig.11 montre la réalisation du montage représenté sur la fig.8 dans un dispositif servant à assembler par soudure les tubes d'un cadre de bicyclette. Ces tubes sont indiqués par 64, 65 et 66. Pour simplifier le dessin, on n'y a pas repré- senté le cadre entier: il va cependant de soi que le tube 64 est destiné à recevoir la tige du guidon et la fourche avant de la bicyclette. Sur ces parties sont glissés les manchons usuels 67
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et 68. En cet endroit, les parties doivent être assemblées par soudure à l'aide de soudure introduite entre ces parties et les manchons. Les parties 65 et 66 sont supportées dans un gabarit, qui n'est pas représenté sur le dessin, de manière qu'elles occu- pent la position requise entre elles et par rapport à la pièce 64.
Dans ce cas, le dispositif conforme à l'invention est constitué par deux parties identiques 69 et 70, entièrement en métal, par exemple en cuivre. Chacune de ces parties est consti- tuée par une gaine cylindrique 71 reliée, à l'aide des bandes 72 et 73 aux organes 74, respectivement 75. Les organes sont re- liés entre eux par des bandes 76. Dans les organes sont ménagés des creux 77 et 78, respectivement 79 et 80 que l'on ne voit entièrement que dans la partie inférieure 70. La figure montre nettement que la forme des creux dépend de la forme des manchons 67 et 68 du cadre de la bicyclette car, pendant la soudure, les organes doivent entourer le cadre en ces deux endroits. A cet effet, la partie 70 est disposée de manière que le cadre étant mis en place dans le calibre, les manchons se disposent dans les creux.
Ensuite on amène la.partie 69 du dispositif vers la partie inférieure de manière que les creux ménagés dans la partie 69 entourent aussi la partie supérieure des manchons. Il faut veil- ler à ce que les parties 69 et 70 soient isolés électriquement non seulement entre elles, mais aussi par rapport aux manchons, ce qui peut s'obtenir par un montage approprié des diverses par- ties, par exemple en interposant entre la partie 69 et la partie 70 des bandes de mica. Eventuellement on peut aussi garnir les creux 77 et 78, respectivement 79 et 80 d'un tel matériau isolant de manière que le cadre puisse aussi être supporté en cet endroit et que les organes 74 et 75 fassent aussi partie du gabarit.
Dans l'espace cylindrique compris entre les gaines 71 se trouve l'enroulement primaire d'un transformateur que l'on alimente par le courant à haute fréquence nécessaire pour déve- lopper la chaleur requise pour la soudure. Les gaines 71 consti-
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tuent donc les deux moitiés séparées d'un seul enroulement se- condaire. De ce fait, les courants dans les parties 69 et 70 seront toujours de sens opposés, comme le montrent d'ailleurs les flèches sur la figure. Le fonctionnement du dispositif se comprend sans plus à l'aide des explications relatives aux figu- res précédentes, en particulier aux figs.5, 6 et 8.
Si sur un cadre de bicyclette on veut réaliser en même temps que l'assemblage précité, des assemblages analogues au droit du pédalier et de la selle, on peut avantageusement utili- ser en chacun de ces endroits un dispositif conforme à l'inven- tion. Dans ce cas, les enroulements primaires des transformateur d'alimentation peuvent être montés en série (voir fig.S, 7 et 8).
Pour permettre de régler indépendamment le chauffage en chacun des endroits à traiter, il est recommandable de munir chacun des dispositifs d'un élément de réglage;, par exemple un shunt régla- ble. Il va de soi qu'un tel procédé convient aussi pour des piè- ces compliquées autres que les cadres de bicyclettes.
Par suite de la puissance mise en jeu, dans la plupart des cas il sera nécessaire de refroidir les organes décrits et éventuellement aussi les conducteurs, par exemple à l'aide d'un fluide. Pour simplifier les dessins, on n'y a pas représenté ce dispositif de refroidissement. Ce refroidissement peut être as- suré par exemple par des tuyauteries soudées sur les organes et les conducteurs et traversées par un liquide.
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Inductive heating device.
To subject parts to inductive heating in a high-frequency magnetic field, it is customary to place on the part to be treated of the part an induction coil comprising one or more turns, connected to a source of. power supply, for example on the secondary winding of a high-frequency transformer, the part being slid into the coil or the coil housed in the part when the latter is hollow.
However, the shape of the workpieces is sometimes so complicated that it is not possible or not desirable to use an induction coil of the kind described because the dimensions thereof would become abnormally large. This is the case, for example, for bicycle frames, the various parts of which, to be assembled by welding, are arranged in a template. This system offers the advantage that the members already occupy their final relative positions before assembly. The closed form
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of the frame, however, prevents the placement and removal of a coil. As an example of an unclosed part, the shape of which would require a coil of too large dimensions, there may be mentioned a shaft to be soaked in a place flanked by parts of larger diameter.
To inductively heat such parts, it would be possible to surround the place or places to be treated with a coil constituted by two separate members traversed in series by the heating current and which are assembled at their electrical junction; it is therefore sufficient to detach them to allow the part to be removed. However, as the electrical junction constitutes at the same time the mechanical assembly between the two bodies, this system has a drawback: the removal of the part requires the interruption of the electrical circuit which causes difficulties for the processing of the next part. as a result of the variation of the electrical flow resistance at the point of contact.
The invention provides a device which enables parts of the type mentioned to be heated by induction while avoiding the aforementioned drawbacks.
In the device according to the invention, the part to be treated is placed between two or a greater number of pairs of metal members arranged so that the members of each pair can be separated and are electrically isolated from each other and that the components of each pair located on the same side of the part to be treated are traversed in series by the high-frequency current in the opposite direction to that of the current in the components located on the other side of the part, each pair of 'organs being produced and mounted on the place to be treated so that the organs can be separated without interrupting the electrical circuit.
Each pair of organs consists of two parts which constitute, so to speak, the two separate halves and
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supplied separately from a single coil which surrounds the part to be treated with such a small clearance that the necessary heating current is induced in this part. The electrical insulation between the components of each pair, necessary due to the direction of current indicated in the components, can be obtained for example by separating the components using a small air gap or a layer of insulating material applied on one or both faces facing one or two organs.
The presence of at least two pairs of members in the device according to the invention makes it possible to place in this device and to easily remove therefrom parts having a complicated shape, for example the closed shape specified above, without the separation of the organs of each pair causing the interruption of the current. It would be difficult to achieve this result using only one pair of organs (at the site to be treated); the device would not function properly, because to facilitate the installation and the removal of the workpiece the current conductors in the two organs should be arranged so that the high frequency electric fields which they generate at the right of the part to be treated are largely offset or not sufficiently intense.
It is therefore essential to use at least two pairs of components which ensure not only the mentioned advantage of easy replacement of the part to be treated, but also as advantageous use as possible of the energy supplied to the part. to ensure the operation of the device according to the invention. This will be explained in detail with the aid of the figures attached to this memorandum.
The use of more than two pairs of organs is recommended when it is desired to treat the part simultaneously in more than two neighboring places. It goes without saying that the device according to the invention is also suitable for parts in which the induction coil could slip in the usual way.
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because this movement is then superfluous, which constitutes a significant saving of time for the simultaneous treatment of several places.
You can also use two pairs of organs to treat only one part of the room. In this case, two consecutive pairs are so close together that between them the part is heated as efficiently as the part to be treated.
The properties described of the device according to the invention are best marked when the components of each game arranged on the same side of the part constitute a rigid mechanical assembly and when the mechanical connection constitutes at the same time the electrical conductor between these components. To replace the part or to treat other parts of it, a single operation then makes it possible to simultaneously separate the components of two elements without interrupting the electrical circuit. This embodiment has yet another advantage: the distance between the parallel conductors crossed by currents in opposite directions is very small, which reduces the electrical losses in the circuit and ensures maximum efficiency of the device.
The device can be supplied so that the supply current passes successively through the members mounted in series arranged on one side of the part, then the members arranged on the other side of the part. In an ingenious embodiment of the device, the members of each pair mounted in series and arranged on the same side of the part are connected to different power sources. In this way, the electrical circuits of the components placed on either side of the room have no common parts, which makes it possible to separate them very easily.
In an advantageous embodiment of this type, the aforementioned power sources are formed by the separate halves of a metal sleeve acting as the secondary winding of a transformer which surrounds the
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same way as the inductive organs at the location of the part, the primary winding. In general, this transformer will be able to be located in the immediate vicinity of the part, so that the rigid assembly which can then constitute the secondary windings of the transformer and the mentioned members. At the same time ensures the conduction of the current.
In another embodiment, only the organs located on one side of the part are connected in series to a power source, and those arranged on the other side constitute with the respective connecting conductors a closed circuit in which the circuit connected to the voltage source induces a current in the opposite direction to that which flows in this circuit. This embodiment offers the advantage that one can use, for the replacement of the part to be treated, a part of the device not connected to the voltage source. When this part is made to constitute a rigid mechanical assembly, the removal becomes very simple and very easy.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of said invention.
Fig. 1 is a view of a part, parts of which are to be assembled by welding.
Fig. 2 is a cross section of a device which does not form part of the invention; places indicated by A and B in fig.l, this device must perform an assembly by welding using high frequency heating.
Fig. 3 shows a device not forming part of the invention either, which must achieve at the same places of fig.l an assembly by welding.
Fig.4 shows a device according to the invention used for the same purpose.
Fig. 5 is a device according to the invention for
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simultaneously carry out two welded assemblies located in the continuation of one another on the part to be treated.
FIG. 6 shows another device according to the invention for producing an assembly by welding in a single location of the part.
Figs. 7, 8 and 9 are diagrams of the electrical assembly used for the power supply of the device according to the invention.
FIG. 10 is a device according to the invention in which the assembly shown in FIG. 9.
Fig.ll shows a device used for welding a bicycle frame, device in which is applied the electrical assembly shown in fig. 8.
The part shown in fig.l consists of a ring 1, interrupted at A and B. In these places, it is necessary to make a weld between the ends 2 and 3 using high frequency induction heating. . For this purpose, a sleeve 4 has been slid over the places to be welded and the weld is applied between the ends of the. ring and this sleeve.
The shape of the part is chosen as simple as possible, since it will only serve to explain the principle of the device according to the invention. In this case, it is possible to apply in advance to the places A and B around the sleeves 4, the usual induction coil which supplies the high-frequency heating current, which coil consists of one or more - sieurs turns that conductors connect to a high frequency generator. However, the welding being carried out, it is not possible to remove the coil, so that this device is not suitable for the welding of such rings. The same difficulty arises in the case of parts of more complicated shape, for example closed bicycle frames which have to be assembled in several places.
In this application, it is even impossible to apply the coils in advance. The same difficulty n
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appears to locally soak certain parts, for example crankshafts.
This difficulty can be overcome in the manner shown in fig. 2, on which 4 is the sleeve of fig. 1 and 5, one of the free ends of the ring 1, by placing a coil around the places to be welded. constituted by two metal bodies 6 and 7, shown in cross section; these bodies surround the part and are assembled mechanically and electrically at locations 8 and 9 by a bolt 10. To enable the quantity of heat necessary for welding to be generated in the part, the sides' 11 and 12 of the bodies 6 and 7 are connected to a high frequency voltage source 13. These bodies 6 and 7 are therefore traversed in series by the high frequency heating current.
To achieve the assembly by welding, the members connected to the voltage source, for example using flexible conductors 14, can be arranged separately around the part and then be assembled using bolts. The assembly by welding being carried out, it is necessary to proceed in the reverse maneuver and remove the part in order to carry out an assembly by welding in another place of the part. These manipulations constitute a drawback. Closing and interrupting the electrical circuit, whenever necessary, causes a variation in the flow resistance between the tabs 8 and
9 at each weld location. As this passage resistance can be of the order of magnitude of the resistance of the circuit, it goes without saying that this device does not ensure reproducible results.
This drawback could be overcome by constituting the coil by two metal members 15 and 16 as shown schematically in fig.3. These components are electrically isolated from each other and are arranged so that they can be separated without interrupting the electrical circuit. The electrical insulation can be constituted for example by an inter-iron or
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by an insulating material, for example mica. In the latter case, the member 15 can rest on the member 16. In the other case, the members must be supported separately.
As shown by the arrows which indicate the direction of the current, the components are traversed by currents in the opposite direction, so that the current generated in the part is identical to that obtained in the case where the part is surrounded by a single uninterrupted coil. The subdivision of the coil into two parts which can be separated without further ado, for example by moving part 15 apart, offers a serious advantage with the indiouced power supply: the replacement of the part requires only a short time. and moreover, the electric circuit remains closed, so that the difficulties inherent in variations in the passage resistance are eliminated.
However, this device has a drawback. As the. Figure, the supply and output conductors 18 and 19 must be bent from the connection to orga.nes 16 and 15 to allow removal of the. part., As a result of the opposite direction of the current in the aforementioned components and conductors, the high-frequency induction in the part will therefore be zero or in any case very low, because this part is located in a space practically free of field . The device will therefore have a very low efficiency which is not improved by giving the conductors a path as shown in dotted lines.
As regards the efficiency, it is advantageous for the conductors 18 and 20, respectively 19 and 21, to be parallel and as close together as possible in order to prevent a scattering field from occurring between them.
The device according to the invention obviates the drawback inherent in that of FIG. 2 as well as the drawback inherent in that shown in. fig.3, while retaining their advantages, as the description of Figures 4a and 4b will prove.
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In these figures, 4 is again the sleeve and 5, one of the ends of the ring at locations A and B of FIG. l. According to the invention, the part is surrounded in two places (A and B) by two pairs of members 22 and 23, respectively 24 and 25, interconnected by conductors 26 and 27 and supplied in the manner indicated by the arrows. At the places to be welded, the clearance between the members and the ring is so small that these members induce a sufficiently high heating current in the ring.
For the rest, the members of each pair are made and mounted in the manner explained above for the half-coils of fig.3.
As in the device shown in fig. 3, although it is closed, the part can be removed very easily: it suffices to lift the members 22 and 24. This does not cause the interruption of the operation. circuit. As the figure clearly shows, the arrangement of the conductors does not give rise to any difficulty because, unlike in the case of fig.3, they must not be bent. This is attributable to the fact that, according to the invention, at least two pairs of organs are used.
Preferably, the members of each set located on the same side of the part are assembled using spacers 28 and 29, shown schematically in dotted lines, so as to constitute a rigid mechanical assembly which, in the case shown, allows simultaneously remove organs 22 and 24.
If these spacers are made of metal, they can also act as electrical conductors.
Fig. 5 shows an embodiment of the device according to the invention in the case where the places to be welded on the part are located in the continuation of one another.
One can consider the part as constituted by a certain number of sections of tube to be assembled, sections which form part of a closed construction, so that it is impossible to slide
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press on the tubes of the induction coils with closed turns. The tube sections are indicated by 30, 31 and 32. On the places to be welded, sleeves 33 and 34 have been slipped. In this place, the tubes are surrounded by members as described in the form of. previous run. To facilitate understanding of the drawing, only one member of each pair has been shown (the upper member 35, 36). The electrical and mechanical connection between the members (35, 36) arranged on the same side of the part is formed by the metal strip 37.
It goes without saying that both the embodiment shown in Fig.4 as that shown in. fig.5 can also be used in cases where it is not possible to slide a normal induction coil into place. The devices offer the advantage that it is then possible to perform two welds simultaneously.
Fig.6 shows an embodiment which can be considered as derived from that of fig.5 by bringing together the two members, arranged on the same side of the. piece, of each pair (35 and 36). If it is necessary to make a single assembly by welding in a part, this very simple and very compact embodiment can be used by placing the components on either side of the place to be welded and sufficiently close to one of the parts. the other so that the area between them is efficiently heated.
The assembly schematically represented in FIG. 7 shows the mode of supplying the various electrical components described. The components located in two places on the same side of the part are indicated by 38 and 39, respectively by 40 and 41.
The series connection of the members 38 and 39, arranged on one side of the part and of the members 40 and 41 arranged on the other side of the part, is connected to the secondary winding 42 of a high frequency transformer. the primary winding of which is indicated by 43. As has already been mentioned, the members 38 and 39, respectively 40 and 41, can be assembled both mechanically and electrically, by coupling parts
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rigid 44, while the other connections can be formed by flexible cables. To remove the part, it is then sufficient simply to lift the assembly 38, 44, 49.
Fig.8 shows a particularly advantageous embodiment of the assembly; members of each pair 46 and 47, respectively 48 and 49, arranged on the same side of the part, are connected there in series to different power sources, in this case the secondary windings 50 and 51 of a transformer, each of which consists of a metal half-socket. The assembly of these two half-sleeves surrounds the primary winding 52 of the transformer. These half-sockets can be separated in the same way as the members 38, 40 respectively 39, 41 without causing an interruption of the corresponding current circuits. This fact is clearly illustrated by Fig. 8 on which the current circuit is indicated by arrows.
This embodiment will be used in cases where the transformer has dimensions such that it can be placed near the room. It is then possible and even very advantageous to assemble each of the two secondary elements of the transformer and the corresponding components of each set into a very rigid mechanical assembly, and to carry out this assembly, preferably by means of links which at the same time act as electrical conductors.
If the members are connected mechanically and electrically in the aforementioned manner, a device is obtained whose power supply is very simple and which is manageable. It should be noted that these actually different advantages (simplicity of construction and great handling) are obtained by applying the same principle, namely the subdivision of the induction coils as well as of the secondary winding of the transformer which provides two separable current circuits in which flexible cables are superfluous.
It goes without saying that the members 50 and 51 can optionally also be produced in the form of secondary windings ---
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normal. Both cases offer the advantage of completely independent current circuits.
Fig.9 shows such an embodiment. Only the organs 53 and 54, arranged on the same side of the room ,. are connected in series, by conductors 55 and 56, to the secondary winding 57 of a transformer. The members 58 and 59 arranged on the other side of the part constitute with the interconnection conductors 60, 61 a closed circuit. As shown by the arrows, this circuit is the seat of an induced current, the direction of which is opposite to that of the current which circulates in the circuit connected to the winding 57 of the transformer. Preferably, here also the set of members (58, 59) and conductors (60, 61) constitutes a rigid whole which can be separated very easily, to replace the part, by lifting the assembly.
This embodiment offers a serious advantage: the members to be lifted constitute a very compact assembly which is not connected to a voltage source.
Fig.10 shows an embodiment of the diagram of fig.9. To facilitate understanding, the same components in the two figures have the same reference numerals. As in this case, all the connections between the upper members 58 and 59, and those between the lower members 53 and 54 are made by flat bands and that in the operating position the upper part 62 is near the part. lower 63 and is parallel to it, a good induction effect will be obtained between the two parts.
Fig.11 shows the embodiment of the assembly shown in fig.8 in a device for assembling by welding the tubes of a bicycle frame. These tubes are indicated by 64, 65 and 66. To simplify the drawing, the entire frame has not been shown: it goes without saying that the tube 64 is intended to receive the handlebar stem and the front fork. of the bicycle. On these parts are slipped the usual sleeves 67
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and 68. In this place, the parts must be assembled by welding using welding introduced between these parts and the sleeves. Parts 65 and 66 are supported in a jig, which is not shown in the drawing, so that they occupy the required position between them and in relation to part 64.
In this case, the device according to the invention consists of two identical parts 69 and 70, entirely made of metal, for example copper. Each of these parts is constituted by a cylindrical sheath 71 connected, by means of the bands 72 and 73 to the members 74, respectively 75. The members are connected to one another by bands 76. In the members are formed hollow 77 and 78, respectively 79 and 80 which can only be seen entirely in the lower part 70. The figure clearly shows that the shape of the hollows depends on the shape of the sleeves 67 and 68 of the frame of the bicycle because, during the welding, the components must surround the frame in these two places. For this purpose, the part 70 is arranged so that the frame being placed in the gauge, the sleeves are arranged in the hollows.
Next, la.partie 69 of the device is brought to the lower part so that the hollows formed in part 69 also surround the upper part of the sleeves. It must be ensured that the parts 69 and 70 are electrically insulated not only from each other, but also from the sleeves, which can be obtained by an appropriate assembly of the various parts, for example by interposing between the part 69 and part 70 of the mica bands. Optionally, the hollows 77 and 78, respectively 79 and 80 can also be lined with such an insulating material so that the frame can also be supported at this location and the members 74 and 75 also form part of the template.
In the cylindrical space between the sheaths 71 is the primary winding of a transformer which is supplied with the high frequency current necessary to develop the heat required for the welding. The sheaths 71 constitute
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therefore kill the two separate halves of a single secondary winding. As a result, the currents in parts 69 and 70 will always be in opposite directions, as shown by the arrows in the figure. The operation of the device can be easily understood with the help of the explanations relating to the preceding figures, in particular to figs. 5, 6 and 8.
If on a bicycle frame it is desired to produce, at the same time as the aforementioned assembly, similar assemblies to the right of the crankset and the saddle, it is advantageously possible to use in each of these places a device according to the invention. . In this case, the primary windings of the power supply transformers can be connected in series (see fig. S, 7 and 8).
To allow the heating to be adjusted independently in each of the places to be treated, it is advisable to provide each of the devices with an adjustment element, for example an adjustable shunt. It goes without saying that such a method is also suitable for complicated parts other than bicycle frames.
As a result of the power involved, in most cases it will be necessary to cool the components described and possibly also the conductors, for example using a fluid. To simplify the drawings, this cooling device has not been shown. This cooling can be ensured, for example, by pipes welded to the components and the conductors and through which a liquid passes.