Tratamiento térmico por inducción de piezas de trabajo.

Aparato para calentamiento por inducción de una pieza de trabajo continua o discreta, el aparato comprende: una fuente de alimentación

(10) que tiene una salida de CA con modulación de anchura de impulsos; un inductor (12) conectado a la salida de CA para generar un campo magnético de CA;

unos medios para producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo continua o discreta y el inductor para acoplar magnéticamente secciones transversales progresivas de la pieza de trabajo continua o discreta con el campo magnético; y

unos medios para la detección de las secciones transversales progresivas acopladas magnéticamente con el campo magnético de CA;

caracterizado por

unos medios para ajustar selectivamente la frecuencia de la salida de CA cuando cada una de las secciones transversales progresivas se acopla magnéticamente con el campo magnético de CA para el tratamiento térmico por inducción en respuesta a un cambio en la dimensión en sección transversal de las secciones transversales progresivas acopladas magnéticamente con el campo magnético de CA; y

unos medios para ajustar selectivamente la potencia de la salida de CA mediante el cambio del ciclo de trabajo de la salida de CA cuando cada una de las secciones transversales progresivas se acopla con el campo magnético de CA para el tratamiento térmico por inducción y la frecuencia de la salida de CA se ajusta en respuesta al cambio en la dimensión en sección transversal de las secciones transversales progresivas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/066353.

Solicitante: INDUCTOTHERM CORP..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 10 INDEL AVENUE P.O. BOX 157 RANCOCAS, NEW JERSEY 08073 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: FISHMAN, OLEG S., WEISS,Kuno.

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... > H05B6/04 (Fuentes de corriente)

PDF original: ES-2513825_T3.pdf

 

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Tratamiento térmico por inducción de piezas de trabajo.

Fragmento de la descripción:

Tratamiento térmico por inducción de piezas de trabajo Campo de la invención

La presente invención está relacionada con el tratamiento térmico por inducción de piezas de trabajo continuas o discretas en donde para controlar el tratamiento térmico por inducción de las piezas de trabajo se utiliza control de modulación o control de amplitud de anchura de impulso.

Antecedentes de la invención

Las piezas de trabajo alargadas, tales como árboles de accionamiento, requieren de un tratamiento térmico de características seleccionadas en la pieza de trabajo. Por ejemplo, en un extremo de un árbol de accionamiento puede proporcionarse una primera característica, tal como un piñón de engranaje, y en el otro extremo puede proporcionarse una segunda característica, tal como un acoplamiento universal. El engranaje y el acoplamiento tienen configuraciones físicas diferentes y necesitan diferentes patrones de tratamiento térmico para el endurecimiento metalúrgico de estos componentes. Además, después del tratamiento térmico, para liberar las tensiones metalúrgicas en el material de la característica, puede ser necesario templar una característica tratada térmicamente.

Un método para el tratamiento térmico de piezas de trabajo y características de las piezas de trabajo es el tratamiento térmico de exploración con Inducción eléctrica (o progresiva). En este proceso, la pieza de trabajo generalmente se mueve a través de uno o varios Inductores de exploración, aunque en otras disposiciones la pieza de trabajo puede ser estacionaria y el uno o varios Inductores (bobinas) de exploración pueden moverse a lo largo de la longitud de la pieza de trabajo. Se aplica energía de CA al Inductor de exploración para crear un campo magnético alrededor del inductor. El campo se acopla magnéticamente con la pieza de trabajo para calentar de manera inductiva la pieza de trabajo. La energía de CA al Inductor de exploración puede variarse a medida que la pieza de trabajo pasa a través del Inductor. Por ejemplo, la patente de EE.UU. n° 3.743.88 enseña cómo controlar la potencia de inducción y/o la velocidad de exploración del Inductor de exploración mediante la comparación de la potencia instantánea y la velocidad Instantánea con un perfil conocido de distribución de energía. El régimen al que se mueve la pieza de trabajo a través del Inductor (régimen de exploración) puede utilizarse para controlar el grado de calentamiento en la sección transversal de la pieza de trabajo que está acoplada con el campo magnético.

La profundidad de penetración térmica por inducción (profundidad de penetración, 6, de corriente inducida) de una pieza de trabajo se puede calcular con la fórmula:

dónde 6 está en metros; p es la resistividad eléctrica de la pieza de trabajo en ohmios-metro; p es la permeabilidad magnética relativa de la pieza de trabajo; y F es la frecuencia de la energía de inducción suministrada en Hertzios. Por lo tanto, la profundidad de penetración es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia de la corriente aplicada. Si la pieza de trabajo tiene dos características con una primera característica que necesita calentamiento a poca profundidad de penetración (p. ej. 2,5 mm) y una segunda característica que necesita calentamiento a una mayor profundidad de penetración (p. ej. 4,5 mm), el método convencional utiliza un inversor con una frecuencia de salida fija, por ejemplo 1. Hercios, para conseguir la profundidad de penetración menos profunda. A partir de la ecuación anterior, la frecuencia de salida del inversor debería ser inferior a 1. Hz para la profundidad de penetración más honda de la segunda característica de la pieza de trabajo, pero como la frecuencia es fija la exploración térmica por inducción de la segunda característica debe ralentizarse para permitir una penetración térmica más profunda por conducción térmica en la segunda característica. Además, debido al régimen de exploración más lento, debe reducirse la potencia de salida del inversor hacia la bobina de inducción para evitar un sobrecalentamiento de la superficie de la segunda característica. Además, la característica tratada térmicamente puede necesitar un templado de la característica tratada térmicamente para reducir las tensiones en la característica. Normalmente la característica se trata térmicamente primero en una primera exploración con baja potencia y alta frecuencia fija para el tratamiento térmico a la profundidad de penetración requerida, y luego se calienta en una segunda exploración con una frecuencia fija baja para templar la característica.

El documento US 26/91136-A1 describe un aparato para el calentamiento por inducción de piezas de trabajo discretas que incluye una fuente de alimentación de salida de CA controlada por modulación de anchura de impulso con un inductor conectado a la salida de la fuente de alimentación. El aparato Incluye unos componentes para producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo discreta y el inductor para acoplar magnéticamente las partes seleccionadas de la pieza de trabajo con un campo magnético generado por flujo de corriente en el inductor, y para percibir la posición relativa del Inductor y de la pieza de trabajo. La frecuencia de salida de la fuente de

alimentación se ajusta a una frecuencia de tratamiento térmico cuando las partes seleccionadas de la pieza de trabajo discreta se acoplan con el campo magnético, y la potencia de salida de la fuente de alimentación se ajusta cambiando el ciclo de trabajo de la salida de la fuente de alimentación según la frecuencia de tratamiento térmico.

Un objetivo de la presente invención es variar la frecuencia de salida del inversor al tiempo que se ajusta el nivel de potencia de salida del inversor por modulación de anchura de impulsos, según se necesite para tratar térmicamente de manera inductiva y/o templar diversas características de una pieza de trabajo a diferentes profundidades de penetración en una exploración de inducción de la pieza de trabajo.

Otro objeto de la presente invención es controlar la frecuencia de salida de la fuente de alimentación para lograr un calentamiento óptimo por inducción mediante el control de la profundidad de penetración.

Otro objeto de la presente invención es variar la frecuencia de salida del inversor mientras se ajusta el nivel de potencia de salida del inversor mediante modulación de anchura de impulsos o control de amplitud, según sea necesario para templar y/o tratar térmicamente por inducción una pieza de trabajo en diversos grados.

Breve compendio de la invención

En un aspecto, la presente invención es un aparato y un método para el suministro de energía de CA con frecuencia variable y un ciclo de trabajo a una bobina de inducción de exploración sobre la base de los requisitos de calentamiento de la sección transversal de una pieza de trabajo que se mueve a través de la bobina de exploración. Se pueden utilizar unos medios de detección de posición, tal como un servomotor, para proporcionar una entrada a un procesador que compara la posición instantánea aportada de la pieza de trabajo con una tabla almacenada de valores de posición de pieza de trabajo, cada uno de esos valores de posición de pieza de trabajo puede ponerse en correlación con la frecuencia, el nivel de potencia y la duración temporal que corresponden a la energía térmica aplicada y necesaria en esa posición. En una realización de la invención, el procesador utiliza un algoritmo que genera una orden de modulación de anchura de impulso para los circuitos de entrada de conmutación de un inversor, de manera que una disminución de anchura de impulso del voltaje del inversor de impulso tiene como resultado una potencia de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para calentamiento por inducción de una pieza de trabajo continua o discreta, el aparato comprende:

una fuente de alimentación (1) que tiene una salida de CA con modulación de anchura de impulsos;

un inductor (12) conectado a la salida de CA para generar un campo magnético de CA;

unos medios para producir un movimiento relativo entre la pieza de trabajo continua o discreta y el inductor para acoplar magnéticamente secciones transversales progresivas de la pieza de trabajo continua o discreta con el campo magnético; y

unos medios para la detección de las secciones transversales progresivas acopladas magnéticamente con el campo magnético de CA;

caracterizado por

unos medios para ajustar selectivamente la frecuencia de la salida de CA cuando cada una de las secciones transversales progresivas se acopla magnéticamente con el campo magnético de CA para el tratamiento térmico por inducción en respuesta a un cambio en la dimensión en sección transversal de las secciones transversales progresivas acopladas magnéticamente con el campo magnético de CA; y

unos medios para ajustar selectivamente la potencia de la salida de CA mediante el cambio del ciclo de trabajo de la salida de CA cuando cada una de las secciones transversales progresivas se acopla con el campo magnético de CA para el tratamiento térmico por inducción y la frecuencia de la salida de CA se ajusta en respuesta al cambio en la dimensión en sección transversal de las secciones transversales progresivas.

2. Un aparato según la reivindicación 1, que incluye unos medios para ajustar selectivamente el periodo de tiempo que cada una de las secciones transversales progresivas se acopla con el campo magnético de CA para el tratamiento térmico por inducción.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, en donde el cambio de la dimensión en sección transversal comprende un cambio del diámetro en sección transversal de la pieza de trabajo continua o discreta.

4. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye un dispositivo de coincidencia de impedancia (4) conectado entre la salida de CA de la fuente de alimentación y el inductor.

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la fuente de alimentación es un inversor que tiene una entrada de CC y una salida de CA y los medios para ajustar selectivamente la potencia de la salida de CA comprenden además el cambio de la amplitud de la entrada de CC al inversor.

6. Un método para el tratamiento térmico por inducción de una pieza de trabajo continua o discreta, que comprende las etapas de:

suministrar energía eléctrica a por lo menos un inductor (12) para generar un campo magnético de CA alrededor del por lo menos un inductor;

colocar secuencialmente la pieza de trabajo continua o discreta en secciones transversales progresivas de la pieza de trabajo continua o discreta con respecto al por lo menos un inductor para someter las secciones transversales progresivas a un tratamiento térmico al llevar las secciones transversales progresivas a las inmediaciones del campo magnético de CA; y

detectar las secciones transversales progresivas con respecto al por lo menos un inductor que se someten al tratamiento térmico;

caracterizado por

variar selectivamente la frecuencia de la energía eléctrica mientras cada una de las secciones transversales progresivas se somete secuencialmente al tratamiento térmico; y

variar selectivamente la magnitud de la energía eléctrica mediante el cambio del ciclo de trabajo de la energía eléctrica mientras cada una de las secciones transversales progresivas de la pieza de trabajo continua o discreta se coloca secuencialmente en las inmediaciones del campo magnético de CA y se ajusta la frecuencia de la energía eléctrica.

7. Un método según la reivindicación 6, que incluye la etapa de variar selectivamente el tiempo de tratamiento térmico que cada una de la una o más secciones transversales progresivas se acopla inductivamente con el campo magnético.

8. Un método según la reivindicación 6 o 7, en donde el tratamiento térmico es un tratamiento térmico superficial, un tratamiento térmico de penetración en sección transversal o un tratamiento térmico de adhesión.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, que incluye la etapa de hacer coincidir la impedancia del suministro de energía eléctrica con la impedancia de la pieza de trabajo continua o discreta.