Brevet FR2533793A1 — publié le 19840330

La présente invention se rapporte, d'une manière géné- à un appareil de chauffage par induction et elle a trait plus particulièrement à un appareil de chauffage par induc- tion qui comporte une commande de positionnement pour assu- rer un espacement optimal entre l'inducteur et la pièce pen- dant le cycle de chauffage. Pour obtenir un fonctionnement de plus longue durée et plus économique des moteurs à combustion interne et, en par- ticulier,de ceux qui fonctionnent avec un carburant ayant une teneur en plomb réduite, on durcit les sièges des soupapes du moteur En l'absence d'un durcissement des sièges de soupape, les gaz d'échappement à très haute température expulsés à travers les soupapes des cylindres provoquent une usure ex- cessive des sièges de soupape, ce qui réduit la durée de vie utile du moteur Le procédé le plus couramment utilisé pour accroître la dureté des sièges de soupape des moteurs à com- bustion interne consiste à chauffer le siège de soupape à une très haute température puis à le tremper avec un fluide de refroidissement Pour effectuer un tel chauffage à haute température des sièges de soupape de moteurs à combustion interne, on utilise couramment des dispositifs de chauffage par induction. Un dispositif de chauffage par induction caractéris- tique utilisé pour chauffer par induction les sièges de sou- pape de moteurs à combustion interne comprend un inducteur ayant une configuration complémentaire de celle du siège de soupape Lorsque l'inducteur a été placé dans une relation opérante avec le siège de soupape, un courant alternatif haute fréquence est appliqué à l'inducteur ce qui provoque la génération par l'inducteur d'un champ magnétique variant en fonction du temps qui est induit dans la partie du bloc moteur qui entoure le siège de soupape Les courants de Fou- cault en circulation qui sont engendrés par le champ magné- tique induit dans le bloc moteur sont soumis à des pertes par résistance élevées qui provoquent le chauffage du siège de soupape En pratique, on obtient le couplage magnétique optimal entre l'inducteur et le siège de soupape lorsque l'inducteur est séparé par un entrefer petit mais fini du siège de soupape L'espacement de cet entrefer est critique étant donné qu'un très grand entrefer se traduit par un mé- diocre couplage magnétique et, par conséquent, par un mau- vais chauffage tandis qu'une distance d'entrefer trop petite entre l'inducteur et le siège de soupape se traduit par chauffage inégal du siège de soupape En pratique, un entre- fer compris entre 0,02 et 0,06 mm est habituellement satis- faisant. Dans le passé, on a obtenu la distance d'entrefer cor- recte entre l'inducteur et le siège de soupape du bloc moteur en montant élastiquement l'inducteur sur un châssis qui est monté coulissant sur une plateforme de façon à pouvoir effec- tuer un mouvement de va-et-vient en rapprochement et en éloi- gnement du bloc moteur suivant l'axe de l'inducteur Le chas- sis et l'inducteur sont sollicités en direction de la pièce de façon à amener l'inducteur en contact avec le siège de soupape du bloc moteur et,à ce moment,on verrouille l'induc- teur au châssis et on déplace le châssis et l'inducteur en éloignement du moteur sur une distance d'entrerfer préréglée de sorte que l'inducteur est séparé du siège de soupape du bloc moteur de la distance d'entrefer voulue Bien que de tels dispositifs de chauffage par induction de la technique antérieure soient satisfaisants pour produire le durcisse- ment des sièges de soupape des moteurs à combustion interne, ils présentent néanmoins cet inconvénient que la totalité du châssis doit être écarté de la pièce pour produire l'es- pacement voulu entre l'inducteur et le siège de soupape du bloc moteurce qui accroît le risque d'une séparation impré- cise entre l'inducteur et la pièce. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de réaliser un appareil de chauffage par induction per- fectionné pour durcir les sièges de soupape de moteue à com- bustion interne dans lequel l'espacement entre l'inducteur et le siège de soupape du bloc moteur puisse être commandé avec précision. Un autre but de la présente invention est de réaliser 3, un appareil de chauffage par induction perfectionné pour durcir les sièges de soupape de moteurs à combustion interne qui effectue un positionnement précis de l'inducteur par rap- port au siège de soupape du bloc moteur en commandant avec précision le déplacement de l'inducteur par rapport au sup- port de l'inducteur. Conformément à l'invention, il est prévu un appareil de chauffage par induction particulièrement agencé pour posi- tionner avec précision l'élément d'induction par rapport au siège de soupape d'un bloc moteur avant de commencer le pro- cessus de chauffage L'appareil comporte un socle portant un chariot qui peut se déplacer suivant un trajet linéaire. Un arbre porte-inducteur est porté par la chariot de façon à pouvoir effectuer un mouvement axial limité et il porte l'inducteur à une extrémité Un ressort sollicite l'arbre porte-inducteur en direction de la pièce L'extrémité oppo- sée de l'arbre est assemblée à un accouplement qui accouple l'arbre à un actionneur Le chariot déplace l'inducteur en appui contre la pièce et il effectue un léger dépassement de course pour provoquer le déplacement de l'arbre porte- inducteur par rapport au chariot à l'encontre de la pression du ressort Ceci désaccouple l'arbre del'accouplement créant un intervalle entre l'arbre porte-inducteur et l'accouplement. Cet intervalle est mesuré par un instrument de mesure et des données représentant-la dimension de cet intervalle sont transmises à une unité de commande Cette dernière provoque l'excitation d'un moteur pas à pas de façon qu'il déplace l'accouplement d'une distance suffisante pour fermer l'inter- valle et ré-accoupler l'arbre porte-inducteur avec l'accou- plement Le moteur pas à pas continue alors de fonctionner pour déplacer l'accouplement et, de ce fait, l'arbre porte- inducteur et l'élément d'induction qui lui est associé de la distance requise pour obtenir l'espacement voulu entre l'élément d'induction et la surface-du siège de soupape. Les caractéristiques de l'invention considérées comme nouvelles sont précisées dans les revendications annexées Cependant, on comprendra mieux l'invention tant en ce qui 2533793 ' concerne son organisation que son mode de fonctionnement ainsi que d'autres buts et avantages qui luisont propres en se référant à la description détaillée donnée ci-après considérée à la lumière des dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est une vue en coupe de la machine de chauf- fage par induction perfectionnée de la présente invention; la Fig 2 est une vue en bout de la machine de chauf- fage par induction de la Fig 1; et la Fig 3 est une vue de détail en coupe à une plus grande échelle d'une partie de la machine de chauffage par induction de la Fig 2. La Fig 1,à laquelle on se référera maintenant,repré- sente la machine ou appareil 10 de chauffage par induction perfectionné de la présente invention conçu pour chauffer par induction une pièce 12, telle qu'un siège de soupape de moteur à combustion interne, afin de provoquer son durcisse- ment L'appareil 10 de chauffage par induction comprend un chariot 14 qui est monté coulissant sur un socle 15 de façon à pouvoir être déplacé le long du socle suivant un trajet rectiligne en rapprochement et en éloignement d'une pièce 12. Un vérin hydraulique 16 est monté entre le chariot 14 et le socle 15 pour déplacer le chariot en va-et-vient par rapport à la pièce Une butée d'arrêt 17 est fixée au socle sur le trajet de déplacement du chariot pour limiter le déplacement du chariot sur le socle en direction de la pièce. Sur le dessus du chariot 14 est fixée une semelle 18- qui porte un châssis 20 qui a été plus particulièrement re- présenté sur la Fig 2 Le châssis 20 porte une série d'en- sembles d'électrode 22 axialement mobiles en va-et-vient, l'extrémité arrière d'un de ces ensembles étant représentée dans la partie arrachée de la Fig 2 Chaque ensemble d'é- lectrode est parallèle à un ensemble d'électrode adjacent dont il est espacé Bien que la présente machine de durcis- sement par induction comporte quatre ensembles d'électrode, les spécialistes de la technique reconnaîtront que le nombre des ensembles d'électrode portés par le châssis dépend natu- rellement de la configuration de la pièce Les ensembles d'é- lectrode 22 ont tous la même construction et, par consé- quent, on n'en décrira qu'un seul en détail. Nous référant à nouveau à la Fig 1, chaque ensemble d'électrode 22 est composé d'un fourreau 26 qui est monté coulissant defaçon à pouvoir se déplacer axialement dans le châssis 20 au moyen d'une paire de paliers 28 qui sont sé- parés l'un de l'autre par une pièce d'espacement 30 Les paliers sont repoussés en appui contre les extrémités de la - pièce d'espacement 30 par des chapeaux de palier 32 fixés à chaque extrémité du châssis 20. Le fourreau 26 est traversé par un alésage 33 s'4 ten- dant axialement qui reçoit un arbre 34 L'alésage 33 a un diamètre suffisant pour permettre un mouvement de pivotement limité de l'arbre 34 A cette fin, l'arbre 34 est porté à son extrémité avant dans le fourreau 26 par une portée sphé- rique ou rotule 36 fixée à l'arbre 34 et disposée dansune partie de plus grand diamètre 37 formée dans l'extrémité avant du fourreau 26 au voisinage de la pièce 12. La portée 36 est formée de deux parties hémisphériques accouplées qui sont fixées à l'arbre 34 de façon à former une sphère ou rotule qui peut tourner à l'intérieur de la partie 37 de plus grand diamètre du fourreau 26 Grâce à cet agencement, l'arbre 34 peut pivoter autour du centre de la sphère dans une direction quelconque pour effectuer un ajus- tement radial de l'inducteur 40 et de la pointe 44 qui lui est associée afin de les adapter à la position du siège de soupape Un tel ajustement radial est effectué en déplaçant la pointe 44 en appui contre le siège de soupape pendant que l'arbre 34 est libre de pivoter. Cependant, une fois que l'ajustement radial a été effec- tué, la portée sphérique 36 est serrée contre le four- reau 26 par un piston creux 38 pour verrouiller l'arbre 34 dans sa position de pivotement et fixer, de ce fait, la pointe 44 de l'inducteur 40 dans la position radiale ajustée en alignement exact avec le siège de soupape sur lequel elle doit opérer. Le piston 38 est retenu dans la partie avant du fourreau 26 par un organe de retenue 39 qui est fixé à l'extrémité du fourreau L'arbre 34 s'étend à travers un alésage axial formé dans le piston 38, alésage qui a un diamètre suffisant pour ne pas entraver le mouvement de pivotement de l'arbre 34 La périphérie extérieure du piston 38 est en appui contre l'alésage interne de l'organe de retenue 39 dans lequel le piston peut ainsi coulisser. Le piston 38 comporte une collerette radiale 43 qui forme une surface annulaire à laquelle une pression hydrau- lique est appliquée pour serrer en position la portée sphé- rique ou rotule 36 La pression hydraulique est admise par un orifice 42 dans l'espace situé entre la face annulaire de la collerette 43 et l'extrémité intérieure de l'organe de re- tenue 39 La pression repousse le piston 38 vers la droite, en considérant la Fig 1, de façon qu'il agisse contre la portée sphérique 36 afin de la serrer contre le fourreau 26. Une telle action sert à verrouiller l'arbre 34 dans sa posi- tion de pivotement pour maintenir la pointe 44 de l'induc- teur dans sa position radiale ajustée. La configuration de la pointe 44 de l'inducteur 40 cor- respond à la configuration des sièges de soupape qui sont durcis Par conséquent, le champ magnétique qui varie en fonction du temps, produit par l'inducteur 40 lorsqu'il est excité par un courant alternatif haute fréquence transporté jusqu'à l'inducteur par des conducteurs 47 a et 47 b provenant de la source 48 de courant alternatif haute fréquence,est ainsi concentré dans le siège de soupape provoquant l'induc- tion dans le siège d'un champ magnétique variant en fonction du temps de polarité opposée Le champ magnétique variant en fonction du temps induit dans le siège de soupape provoque la circulation de courants de Foucault dans le siège de soupape ce qui provoque un chauffage dû aux pertes par effet Joule élevées subies par les courants de Foucault. Pour obtenir le couplage magnétique optimal entre la pointe 44 de l'inducteur et la pièce 12, il est habituelle- ment souhaitable que la pointe 44 de l'inducteur 40 soit sé- parée de la pièce 12 d'une distance ou entrefer petit mais fini, typiquement de l'ordre de 0,02 à 0,06 mm Pour obte- nir l'espacement désiré entre la pointe 44 de l'inducteur- et la pièce 12 de manière à assurer le couplage magnétique optimal, la machine 10 est munie d'un nouvel appareil de commande de positionnement qui comporte une paire de plaques a et 50 b verticalement orientées qui sont séparées l'une de l'autre par une série de tiges 52 (comme représenté sur la Fig 2) Chaque tige comporte une extrémité filetée qui s'étend à travers la plaque 50 a pour se visser dans un alé- sage fileté complémentaire formé dans l'extrémité droite d'une tige 54 correspondante Ces dernières tiges 54 sont vissées dans le châssis 20 de façon que chacune soit co axiale avec la tige 52 correspondante Chacune des tiges 52 est fixée à son extrémité droite à la plaque 50 b par un bou- lon 55 respectivement correspondant (dont l'un a été repré- senté) qui s'étend à travers la plaque 50 b pour venir se visser dans l'alésage de la tige 52 correspondante. Un moteur pas à pas 56 est fixé sur la face droite de la plaque 50 b de façon que son arbre 58 s'étende à travers un alésage formé dans la plaque, coaxialement avec l'arbre 34 et le fourreau 26 Comme plus particulièrement représenté sur la Fig 3, l'arbre 58 du moteur pas à pas est accouplé à une vis mère 60 Cette dernière engrène avec un écrou 62 qui comporte une extrémité 63 munie d'une collerette disposée dans une ouverture 64 formée dans l'extrémité droite d'un accouplement 65 à tenon en forme de C qui est accouplé par vissage à l'extrémité arrière (droite) de l'arbre 34 Une goupille 66 (Fig 1 et 3) s'étend à travers un trou formé dans la paroi de l'accouplement 65 à tenon et dans un trou formé radialement dans l'extrémité de l'arbre 34 pour empê- cher l'accouplement à tenon de se dévisser de l'arbre 34. Le diamètre de l'ouverture-65 formée dans l'accouplement à tenon est plus grand que-le diamètre de l'extrémité 63 munie d'une collerette de l'écrou de vis mère Une plaque 68 est fixée à l'extrémité droite de l'accouplement 65 à te- non par des boulons 70 et elle est traversée par un alésage suffisamment grand pour recevoir le corps 62 de l'écrou mais plus petit que le diamètre extérieur de la collerette 63 de sorte qu'il n'existe qu'un degré de liberté limité entre l'é- crou et l'accouplement à tenon. Sur la Fig 1 à laquelle on se référera à nouveau, on peut voir que l'accouplement 65 à tenon est sollicité vers l'arrière par un ressort 76 en appui contre une collerette 74 qui entoure l'arbre 34 de façon à solliciter l'arbre 34 porte-inducteur vers l'arrière par rapport au fourreau 26 de façon que la partie sphérique 36 de l'arbre 30 porte- inducteur soit maintenue en appui contre son siège fixe afin qu'il n'y ait aucun mouvement longitudinal de l'arbre 34 porte-inducteur par rapport au fourreau 26 lorsque le piston 38 est desserré La collerette 74 est sollicitée vers l'a- vant en éloignement de la plaque 50 par une paire de ressorts 78 a et 78 b dont chacun a ses extrémités opposées respective- ment en appui dans un évidement formé dans la collerette et dans un évidement formé dans la plaque Les ressorts 78 a et 78 b servent à solliciter le fourreau 26 et, par conséquent, l'arbre 34 porte-inducteur vers l'avant mais leur permet de se déplacer vers l'arrière à l'encontre de la pression des ressorts lorsque l'inducteur 40 vient en appui contre la pièce 12. Lorsque le fourreau 26 est repoussé vers l'arrière, comme ceci se produit lorsque la pointe 44 de l'inducteur est déplacée en contact avec la pièce 12, l'accouplement 65 se déplace vers l'arrière d'une même distance Lorsque l'ac- couplement 65 se déplace vers 1 'arrière,la plaque 68 qui lui est associée s'écarte de la collerette 63 de l'écrou 62 pour créer: un intervalle "X" entre la face droite, en con- sidérant la Fig 1, de la collerette 63 et la face gauche de la plaque 68 Cependant, lorsque le moteur pas à pas 56 est excité pour visser la vis mère 60 dans l'écrou 62, ce dernier se déplace vers l'arrière pour déplacer la colle- rette 63 en direction de la plaque 68 de manière à réduire la dimension de l'intervalle qui se ferme lorsque la col- lerette 63 entre en contact avec la plaque 68 La poursuite de l'excitation du moteur provoque le déplacement de l'ac- 25337:93 couplement 65 et, par conséquent, de l'inducteur 40 vers l'arrière par suite du mouvement de l'écrou Sil'oncommande l'excitation du moteur 56 de façon que l'écrou 62 soit dépla- cé vers l'arrière de la distance "Xl' de l'intervalle, plus une distance supplémentaire, l'inducteur est également dépla- cé vers l'arrière d'une distance égale à la distance supplé- mentaire au-delà de la distance "X"'. La mesure de la distance de l'intervalle "'X" entre la plaque 68 et la collerette 63 de l'écrou de vis mère est ef- fectuée par un transducteur 80 qui, dans le mode de réalisa- tion actuellement préféré,est un transformateur différentiel à variation linéaire fixé à la plaque 68 Le transformateur différentiel 80 à variation linéaire est couplé,ainsi que le moteur pas à pas 56,à un appareil de commande 82 qui est typiquement une unité de commande programmable d'un type bien connu dans la technique Un interrupteur de fin de course 83 monté à l'extrémité avant de la semelle 18 est actionné par le mouvement de retour vers l'arrière du four- reau 26 à la suite du contact de la pointe de l'inducteur avec la pièce L'actionnement de l'interrupteur 83 est un signal qui indique que l'inducteur est en contact avec la pièce et l'unité de commande programmable 82 excite alors le moteur pas à pas 56 en fonction du signal de sortie du transformateur différentiel 80 à variation linéaire Ainsi, la vis mère 60 est vissée dans l'écrou 62 pour déplacer l'écrou vers l'arrière d'une distance d'intervalle "X" plus une distance prédéterminée égale à l'espacement désiré entre la pointe 44 de l'inducteur et la pièce. L'appareil de chauffage par induction 10 de la présente invention fonctionne pour chauffer par induction les sièges de soupape d'un bloc moteur de la manière suivante En pre- mier lieu, le chariot 14 est déplacé vers l'avant sur le socle 15 pour positionner la pointe 44 de l'inducteur de chaque ensemble d'électrode 22 dans un siège de soupape cor- respondant du bloc moteur 12 Par suite du déplacement vers l'avant du chariot, l'inducteur 40, l'arbre 34 porte-induc- teur et, par conséquent, le fourreau 26 de chaque ensemble d'électrode 22 sont déplacés vers l'arrière par rapport au châssis de façon à créer l'intervalle "X" entre la plaque 68 et la collerette 63 de l'écrou 62 Ce déplacement vers l'arrière du fourreau actionne l'interrupteur de fin de course 83 pour signaler que la pointe 44 de l'inducteur est en contact avec la pièce En réponse à l'actionnement de l'interrupteur de fin de course 83, du fluide hydrau- lique est admis par l'orifice 42 à fluide pour repousser le piston 38 en appui contre la portée sphérique 36 en deux pièces de façon à serrer l'arbre 34 porte-inducteur contre le fourreau 26 A la suite de la solidarisation de l'arbre 34 porte-inducteur et du fourreau 26, le moteur 56 est excité par l'unité de commande programmable 82 pour visser la vis mère 60 dans l'écrou 62 afin de déplacer l'écrou Le déplace- ment est égal à la dimension de l'intervalle tel que détectée par le transformateur 80,plus une distance prédéterminée qui est égale à la séparation désirée entre la pointe de l'induc- teur et la pièce,de sorte que l'arbre porte-inducteur est dé- placé vers l'arrière de cette distance prédéterminée Le dé- placement en retour vers l'arrière de l'arbre porte-induc- teur de la distance prédéterminée a pour effet que la pointe de l'inducteur est espacée de la pièce de la distance prédé- terminée Une fois que la pointe de l'inducteur est espacée de la pièce de la distance d'entrefer prédéterminée, l'induc- teur est excité pour chauffer le siège de soupape. On a décrit ci-dessus une machine de chauffage par induction perfectionnée munie d'un appareil de commande de positionnement perfectionné pour assurer l'espacement opti- mal entre l'inducteur et la pièce pendant le processus de chauffage. Bien qu'on ait décrit d'une manière très détaillée le mode de réalisation illustratif de l'invention dans le but de divulguer complètement une structure fonctionnent en pra- tique incorporant l'invention, il est bien entendu que l'ap- pareil particulier décrit et représenté ne l'a été qu'aux fins de l'illustration et que les diverses caractéristiques 1-1 nouvelles de l'invention peuvent être incorporées à d'autres formes de structures sans sortir du cadre ni s'écarter de l'esprit de l'invention telle que définie dans les revendica- tions annexées. REVENDICATIONS 1 Appareil ( 10) de chauffage par inductioncaractérisé en ce qu'il comporte: un socle ( 15), un chariot ( 14) monté sur le socle de façon à pouvoir se déplacer suivant un trajet de déplacement en rapprochement et en éloignement de la pièce ( 12) à chauffer, un inducteur ( 40) porté par le cha- riot de façon à pouvoir se déplacer par rapport à ce dernier, des moyens de sollicitation ( 78 a, 78 b) sollicitant l'induc- teur vers l'avant sur le chariot, un actionneur ( 56), un accouplement ( 65) agencé de manière à accoupler l'inducteur à l'actionneur, de façon que l'excitation de l'actionneur provoque un déplacement axial de l'inducteur, des moyens ( 16) pour déplacer le chariot dans une direction appropriée pour déplacer l'inducteur-en appui contre la pièce et pour déplacer l'inducteur par rapport au chariot à l'encontre de l'action des moyens de sollicitation de façon-ainsi à désaccoupler l'accouplement de l'inducteur de manière à créer un intervalle (X) entre l'inducteur et l'accouplement, des moyens de mesure ( 80) agencés pour mesurer la dimension de cet intervalle et des moyens de commande ( 82) connectés pour recevoir les don- nées des moyens de mesure représentant la dimension de l'in- tervalle et pour exciter l'actionneur ( 56) de façon à dépla- cer l'accouplement de manière à supprimer l'intervalle puis à déplacer l'accouplement d'une distance supplémentaire de manière à déplacer l'inducteur d'une distance prédéterminée de façon à l'espacer de la distance voulue de la pièce. 2 Appareil de chauffage par induction selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'inducteur ( 40) est porté par l'extrémité d'un arbre (-34) qui est monté pivotant sur le chariot ( 14) de sorte que l'inducteur peut être ajusté ra- dialement lorsqu'il entre en contact avec la pièce de façon à être exactement en appui contre la région à chauffer et en ce qu'il comporte des moyens de serrage ( 38) pour immobiliser l'arbre dans la position ajustée en pivotement pendant le processus de chauffage. 3 Appareil de chauffage par induction selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un fourreau ( 26) por- té par le chariot ( 14) de façon à pouvoir effectuer un mou- vement axial limité par rapport au chariot, le fourreau com- portant un alésage axial ( 33) dans lequel est monté un arbre de façon à pouvoir se déplacer à l'unisson avec le fourreau, l'inducteur ( 40) étant monté sur une extrémité de l'arbre à l'extérieur du fourreau de façon à pouvoir venir en appui contre la pièce, l'extrémité opposée de l'arbre étant accou- plée à l'accouplement-( 65). 4 Appareil de chauffage par induction selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'inducteur a une configuration conique pour chauffer la surface conique d'un siège de sou- pape et en ce qu'il comporte un joint universel ( 36, 37) portant l'arbre ( 34) dans le -fourreau ( 26) pour permettre l'ajustement radial de l'inducteur lorsqu'il pénètre dans l'ouverture conique du siège de soupape et des moyens de serrage ( 38) pour immobiliser l'arbre dans la position radia- lement ajustée pendant le processus de chauffage.