Dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo fabricadas de un material conductor de electricidad.

Dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo (24) fabricadas de un material conductor de electricidad con al menos una bobina de inducción

(20) que está sometida a una corriente alterna y presenta una pluralidad de espiras fabricadas de un alambre de bobina, presentando las espiras (32) de la bobina de inducción (20) al menos un grupo de secciones de espira seleccionadas (34, 34') que están dispuestas en paralelo una al lado de otra, definiendo una superficie de inducción útil (36, 36') dirigida hacia la pieza de trabajo que se va a calentar, así como están atravesadas por la corriente en la misma dirección, se encuentran unidas entre sí mediante otras secciones de espira (38, 38', 40) en forma de un devanado en espiral y encierran un espacio de aire abierto (42), caracterizado por que el grupo de secciones de espira seleccionadas (34, 34') está delimitado al menos parcialmente por medios de guía de flujo magnéticos (52) en su lado exterior opuesto a la superficie de inducción útil.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/066433.

Solicitante: Bauer, Helmut K.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Bergstrasse 10 74679 Weissbach ALEMANIA.

Inventor/es: BAUER,HELMUT K, BAUER,MARTIN U.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/10 (Aparatos de calefacción por inducción, distintos de los hornos, para aplicaciones específicas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por campos eléctricos, magnéticos... > H05B6/36 (Disposiciones de las bobinas)

PDF original: ES-2464766_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo fabricadas de un material conductor de electricidad

La invención se refiere a un dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo fabricadas de un material conductor de electricidad y móviles preferentemente a lo largo de una trayectoria de movimiento con al menos una bobina de inducción, que está sometida a una corriente alterna y presenta una pluralidad de espiras fabricadas de un alambre de bobina, del tipo genérico indicado en el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 11.

En interés de una mejor comprensión de las realizaciones, que aparecen a continuación, se ha de llevar a cabo en primer lugar lo siguiente en relación con el modo de funcionamiento de una bobina de inducción: Un alambre de bobina atravesado por la corriente se ha de envolver con un campo magnético de forma anular. En caso de una bobina con una pluralidad de espiras, los campos de las espiras individuales se superponen para crear un campo magnético común. El recorrido del campo magnético se puede describir a modo de ejemplo mediante la observación de las líneas de campo. Las líneas de campo indican la dirección de la fuerza que actuaría en un polo norte externo. En el caso de la bobina atravesada por la corriente, las líneas de campo salen del polo norte, están orientadas en el espacio exterior en dirección del polo sur, vuelen a entrar en la bobina por el polo sur y quedan cerradas en el interior de la bobina. Los polos magnéticos representan aquí las zonas con el flujo magnético máximo, de las que sale el campo magnético hacia el espacio exterior o en las que entra el campo magnético. La cantidad de líneas de campo es una cuestión de escala. Una densidad mayor de las líneas de campo ocupa un campo magnético mayor y viceversa. La regla básica es que las líneas de campo discurren en una bobina esencialmente en paralelo a la superficie, definida por las espiras contiguas, en transversal a la dirección de la corriente en las espiras.

Para el calentamiento por inducción de una pieza de trabajo conductora de electricidad se genera un campo alterno magnético como resultado de la excitación de la bobina con una corriente alterna de alta frecuencia. Un campo magnético, variable en el tiempo, induce a su vez un campo eléctrico, cuyas líneas de campo se cierran alrededor de las líneas de campo magnético. Este campo eléctrico induce tensiones y, por consiguiente, corrientes que se presentan en una pieza de trabajo conductora de electricidad en forma de corrientes parásitas. Las corrientes parásitas provocan un calentamiento de la pieza de trabajo debido a la resistencia óhmica. Estas corrientes parásitas generan simultáneamente campos magnéticos que provocan un desplazamiento, dependiente de la frecuencia, de los campos electromagnéticos desde el interior de la pieza de trabajo hacia las zonas del borde. Este llamado efecto skin provoca por último una concentración de los campos en una pequeña capa marginal sobre la superficie exterior de la pieza de trabajo.

En la aplicación técnica, los devanados presentan a menudo una culata más o menos completa que está fabricada de un material magnético. Esta culata se utiliza para guiar el flujo, así como para apantallar determinadas zonas de los campos magnéticos. El campo magnético se concentra en las zonas magnéticas de la guía de flujo y atraviesa el espacio de aire por entrehierros o por zonas de dispersión.

Es conocido un dispositivo de inducción del tipo mencionado al inicio (documentos US-2, 052, 010, DE-29700645U1) , en el que las espiras de la bobina de inducción presentan al menos un grupo de secciones de espira seleccionadas que están dispuestas en paralelo una al lado de otra, definiendo una superficie de inducción útil dirigida hacia la pieza de trabajo que se va a calentar, así como están atravesadas por la corriente en la misma dirección y se 45 encuentran unidas entre sí mediante otras secciones de espira. Por superficie de inducción útil se ha de entender una superficie definida por el grupo de las secciones de espira seleccionadas, en cuyo espacio de aire contiguo discurren las líneas del campo magnético utilizadas para el calentamiento de la pieza de trabajo. Por consiguiente, con medios simples es posible adaptar la bobina de inducción desde el punto de vista constructivo a piezas de trabajo con un diseño complicado.

Partiendo de esto, la invención tiene el objetivo de mejorar un dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo del tipo mencionado al inicio al elevarse la eficiencia en la zona de la superficie de inducción útil y evitarse calentamientos inadmisibles en la zona exterior.

Para la consecución de este objetivo se proponen las combinaciones de características indicadas en las reivindicaciones 1 y 11. De las reivindicaciones dependientes se derivan configuraciones y variantes ventajosas de la invención.

De acuerdo con una primera variante de realización de la invención, la solución según la invención consiste en que las secciones de espira están unidas entre sí formando un devanado en espiral y encierran un espacio de aire abierto, así como consiste en que el grupo de secciones de espira seleccionadas está delimitado al menos parcialmente por medios de guía de flujo magnéticos en su lado exterior opuesto a la superficie de inducción útil.

Una configuración preferida de la invención prevé que la bobina de inducción presente dos grupos de secciones de 65 espiras seleccionadas, cuyas superficies de inducción útiles están dirigidas una hacia otra a una distancia lateral mutua y delimitan conjuntamente un espacio de aire en forma de entrehierro para alojar las piezas de trabajo que se van a calentar.

A este respecto resulta particularmente ventajoso que las secciones de espira seleccionadas y las demás secciones de espira formen en un corte plegado imaginario una espiral rectangular plana con un orificio rectangular central,

cuyas secciones de espira adyacentes de cada espira están dobladas una respecto a otra en 90º respectivamente por los extremos de los lados del rectángulo, formando una línea de inglete común. En el estado derecho, los dos grupos de las secciones de espira seleccionadas, que forman la superficie de inducción útil, están doblados a partir del plano de corte imaginario junto con las líneas de inglete y una parte de las demás secciones de espira alrededor de una línea de doblado que discurre en paralelo a las secciones de espira seleccionadas y en transversal a las demás secciones de espira. La línea de doblado discurre aquí convenientemente a una distancia del borde del orificio y en paralelo al mismo a través del orificio central. Una particularidad de este diseño radica además en que las demás secciones de espira pueden definir en su lado dirigido hacia el interior del entrehierro superficies de inducción útiles adicionales que están dirigidas hacia la pieza de trabajo que se va a calentar.

Dos lados del rectángulo opuestos entre sí de las secciones de espira, que forman un rectángulo, son ventajosamente en cada caso más largos que los otros dos lados del rectángulo. En este sentido es ventajoso además que secciones de espira seleccionadas, que forman dos lados del rectángulo opuestos entre sí, estén dobladas junto con las líneas de inglete esencialmente en 90º hacia un lado y delimiten el espacio de aire en forma de entrehierro con sus superficies de inducción útiles dirigidas una hacia otra, así como con las demás secciones de espira que se unen a las líneas de inglete. De esta manera se consigue un espacio de aire alargado en forma de entrehierro, a través del que se puede mover la pieza de trabajo durante el proceso de calentamiento.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo (24) fabricadas de un material conductor de electricidad con al menos una bobina de inducción (20) que está sometida a una corriente alterna y presenta una 5 pluralidad de espiras fabricadas de un alambre de bobina, presentando las espiras (32) de la bobina de inducción (20) al menos un grupo de secciones de espira seleccionadas (34, 34’) que están dispuestas en paralelo una al lado de otra, definiendo una superficie de inducción útil (36, 36’) dirigida hacia la pieza de trabajo que se va a calentar, así como están atravesadas por la corriente en la misma dirección, se encuentran unidas entre sí mediante otras secciones de espira (38, 38’, 40) en forma de un devanado en espiral y encierran un espacio de aire abierto (42) , caracterizado por que el grupo de secciones de espira seleccionadas (34, 34’) está delimitado al menos parcialmente por medios de guía de flujo magnéticos (52) en su lado exterior opuesto a la superficie de inducción útil.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las demás secciones de espira (38, 38’, 40)

están delimitadas al menos parcialmente por medios de guía de flujo magnéticos (54, 56) en su lado exterior opuesto al espacio de aire (42) .

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la bobina de inducción presenta dos grupos de secciones de espira seleccionadas (34, 34’) , cuyas superficies de inducción útiles (36, 36’) están dirigidas una hacia otra a una distancia lateral mutua y delimitan conjuntamente un espacio de aire (14’) en forma de entrehierro para alojar las piezas de trabajo (24) que se van a calentar.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que las secciones de espira seleccionadas (34, 34’) y las demás secciones de espira (38, 38’, 40) forman en un corte plegado imaginario una espiral rectangular

plana con un orificio rectangular central (42) y las secciones de espira adyacentes entre sí de cada espira (32) están dobladas una respecto a otra en 90º respectivamente por los extremos de los lados correspondientes del rectángulo, formando una línea de inglete común (44) .

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que los dos grupos de secciones de espira seleccionadas (34, 34’) , que forman las superficies de inducción útiles (36, 36’) , están doblados en su estado derecho a partir del plano de corte imaginario (50) junto con las líneas de inglete y con una parte de los grupos de las demás secciones de espira (38, 38’) alrededor de una línea de doblado (48) que discurre en paralelo a las secciones de espira seleccionadas (34, 34’) y en transversal a las demás secciones de espira (38, 38’) .

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la línea de doblado (48) discurre a una distancia del borde de orificio a través del orificio central (42) .

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que las demás secciones de espira (38, 38’) definen superficies de inducción útiles adicionales en su lado dirigido hacia el interior de entrehierro (14’) .

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado por que dos lados de rectángulo (46) , opuestos entre sí, dentro de la superficie de inducción útil son en cada caso más largos que los otros dos lados de rectángulo.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que los grupos de las secciones de espira seleccionadas están doblados junto con las líneas de inglete (44) esencialmente en 90º hacia un lado y delimitan el espacio de aire (14’) en forma de entrehierro con sus superficies de inducción útiles (36, 36’) dirigidas una hacia otra, así como con una parte de las demás secciones de espira (38, 38’) que se unen a las líneas de inglete (44) .

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que las espiras (32) dentro de las superficies de inducción útiles (36, 36’) presentan distancias al menos parcialmente diferentes una de otra.

11. Dispositivo para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo (124) fabricadas de un material conductor de electricidad con al menos una bobina de inducción (120) que está sometida a una corriente alterna y presenta

una pluralidad de espiras fabricadas de un alambre de bobina, presentando las espiras (132) de la bobina de inducción (120) al menos un grupo de secciones de espira seleccionadas (134) que están dispuestas en paralelo una al lado de otra, definiendo una superficie de inducción útil (136) dirigida hacia la pieza de trabajo que se va a calentar, así como están atravesadas por la corriente en la misma dirección y se encuentran unidas entre sí mediante otras secciones de espira (138, 140) , caracterizado por que las espiras (132) de la bobina de inducción (120) están enrolladas de forma helicoidal en un marco de bobina (136) de contorno rectangular con dos lados transversales (129) y dos lados longitudinales (130) , por que las espiras (132) adyacentes entre sí están situadas una al lado de otra en dirección transversal del marco de bobina (116) y se extienden en su dirección longitudinal, por que el marco de bobina (116) comprende un núcleo de bobina (142) fabricado de un material magnético y delimitado por polos de bobina (114) en sus extremos y por que las demás secciones de espira (138, 140) están 65 delimitadas al menos parcialmente por medios de guía magnéticos (154) en su lado exterior opuesto al núcleo de bobina (142) .

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que la anchura del marco de bobina (116) , que corresponde a la dimensión transversal de la superficie de inducción útil (132) , es menor que la longitud del marco de bobina (116) que corresponde a la dimensión longitudinal de la superficie de inducción útil.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la bobina de inducción (20; 120) presenta una o varias capas de espiras al menos dentro de las superficies de inducción útiles.

14. Utilización del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 para el decapado o la eliminación de puntura de piezas de trabajo metálicas revestidas (24) en un procedimiento continuo. 10

15. Utilización del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 para el sellado de costuras superpuestas y costuras a tope en cuerpos de chapa metálicos, calentándose las costuras (123) por inducción mediante el movimiento de los cuerpos de chapa (124) por delante de la superficie de inducción útil (136) y revistiéndose aquí con un medio de revestimiento fundible.

16. Utilización de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada por que los cuerpos de chapa (124) están configurados como latas de chapa cilíndricas que se sellan en una costura periférica (123) .