Brevet FR2045587A1 — publié le 19710305

La présente-invention concerne La manutention à l'aide de dispositifs de préhénsion à aimant d'objets ou de matériaux ferromagnétiques. De tels dispositifs peuvent être suspendus à des engins de levage grâce auxquels ils sont manoeuvrés pour saisir et transférer les charges. On connais depuis bien longtemps les appareils de ce genre à électroaimants; ces appareils présentent des inconvénients quant à la complexité de leur installation et à leur sécurité. En effet, ils neces- sitent toujours, c'est-à-dire même lorsque la source principale d'énergie de l'engin de levage et de transfert.ntest pas ltéLectricité, des câbles d'alimentation électrique, un générateur de courant continu et un dispositif de commutation permettant de faire agir ou cesser à volonté le courant électrique. Ils supposent en outre la prévision de dispositifs de sécurité pour éviter les conséquences graves d'une coupure accidentelle de courant au cours de la manipulation de. la charge. Pour ces raisons, on a déjà-proposé de remplacer les électroaimants par des aimants permanents; les progrès récents considérables de ces derniers et leur simplicité permettent d'envisager leur application à la manutention de lourdes charges. Diverses-solutions ont été avancées pour faire cesser l'attraction de ces aimants permanents sur la charge transportée afin de libérer cette dernière. Dans certains dispositifs, la surface de levage est ellemême aimantée de façon permanenteet ils sont équipés de butées mobiles qui viennent, sur commande, en contact avec l'objet collé à la-surfate de levage pour l'obliger à s'en détacher. Un grand effort de séparation peut être obtenu en manoeuvrant les butées à l'aide de leviers. Toutefois, ces dispositifs présentent l'inconvénient de ne fonctionner qu'avec des objets en une seule pièce; leur emploi n'est pas envisageable avec des corps divisés qu'vil serait impossible de décoller aisément de la surface de levage. On peut éviter cet inconvénient en dissociant la surface de levage proprement dite et le système aimanté. Dans une réalisation connue, l'appareil a la forme d'une cloche fermée à sa base qui porte la surface de levage. A l'intérieur de la cloche est monté un équipage mobile, portant un ou plusieurs aimants permanents, qui peut être rapproché ou éloigné verticalement de la surface de levage.Cet équipage mobile est commandé par le mouvement vertical relatif de l'organe de suspension de la cloche à un engin de levage : grâce à un mécanisme de verrouillage alternatif, une première traction sur cet organe pour soulever la cloche provoque l'abaissement de l'équipage mobile avec excitation de la surface de levage; lorsqu'on repose la cloche au sol, l'organe de suspension s'abaisse et une nouvelle traction a alors effet d'éloigner l'équipage mobile de la surface de levage et de désexciter ainsi cette dernière. Ce dispositif fonctionne donc uniquement par la manoeuvre de l'engin de levage auquel il est suspendu; il ne fait appel à aucune source extérieure d'énergie pour attirer ou libérer la charge et il permet de manipuler des corps sous forme divisée. Il présente cependant le défaut grave de ne pas permettre d'abandonner sa charge en l'air : il est en effet nécessaire, pour désexciter la surface de levages de reposer la charge et la cloche à laquelle elle est retenue pour actionner le système de commande de l'équipage mobile à aimant permanent. I1 est également complexe et le mécanisme de commande peut être délicat. En outre, afin de donner au circuit magnétique une efficacité aussi grande qué possible pour la prise de la charge, il est souhaitable de réduire 'les entrefers autant que possible.L'appareil connu, avec son dispositif dè manoeuvre de l'équipage mobile, ne permet de remplir cette condition de façon aussi satisfaisante que possible, notamment en raison de la présence d'entrefers entre les surfaces de coulissement. de pieces mobiles l'une par rapport à l'autre. Le but visé par la présente invention consiste a éliminer ces inconvénients en construisant un appareil de manutention à aimant per- manient pour toutes charges ferromagnétiques, robuste,. de fonctionnement sur et permettant de lâcher ces -charges en. tout lieu sans manoeuvre spéciale. A cet effet, la présente invention a pour objet un appareil de manutention de charges ferromagnétiques à aimant permanent, comprenant un carter pourvu de moyens de suspension à un engin de levage, une surface por- teuse fermant la partie inférieure du carter, un équipage à aimant permanent mobile à -I- 'intérieur du carter par rapport à la@ surface porteuse, au moins deux pièces..polaires affleurant au niveau de la surface porteuse, des moyens de commande de l'équipage mobile caractérisé en ce que ces moyens de commande comportent un vérin alimenté par une source d'énergie extérieure à l'appareil. Lorsqu'on rapproche l'équipage mobile à aimant permanent des pièces polaires, un circuit magnétique continu peut s'établir qui se ferme sur une charge en matériau ferromagnétique placée contre la surface porteuse en contact avec les deux pièces@polaires : il assure donc la prise de cette charge. Inversement si on commande à l'aide du vérin le recul de équipage mobile portant le ou les aimants permanents par rapport aux-pieces polaires, les charges en contact avec la surface porteuse vont se détacher par suite de l'interruption du circuit magnétique. Ainsi, on peut rapprocher et éloigner à volonté l'équipage mobile à aimant permanent de la surface de levage pour provoquer le décro chage des matériaux en toute circonstance, tout en bénéficiant pour leur accrochage de la sécurité et de la simplicité des aimants permanents. Nais la présence d'un vérin apporte d'autres avantages et permet des utilisations et réalisations intéressantes indiquées ci-après. Selon un mode de réalisation préféré, la surface porteuse - est la face inférieure d'un bouclier fermant le carter dans lequel sont logées les pieces polaires; contre la face interne de ces pièces polaires, peuvent venir s'appliquer en butée basse les pièces correspondantes du circuit magnétique portées par l'équipage mobile. Quand l'équipage mobile est dans cette position, la surface porteuse est excitée et retirent toutes les pièces ferromagnétiques qui se trouvent à son contact. Dans cette position, l'entrefer entre les pièces polaires et les parties correspondantes de l'équipage mobile est d'autant plus faible qu'elles-sont plaquées avec force les unes contre les autres.Le vérin permet d'y parvenir et la continuité du circuit magnétique est, dans ces conditions, bien meilleure que si le contact était coulissant entre l'équipage mobile et les pièces polaires. Une réalisation hydraulique du vérin de manoeuvre de l'équipage mobile est particulièrement indiquée. En effet, il existe actuellement un grand nombre d'engins de levage, grues, ponts roulants, potences disposant d'une centrale hydraulique sous pression qui leur fournit leur énergie. L'appareil selon l'invention, équipé d'ut vérin hydraulique, est parfaitement adapté 8 ces engins auxquels son vérin peut entre raccordé par un au plusieurs flexibles; d'une façon générale, il permet d'utiliser l'énergie disponible sur l'engin auquel il est affecté sans nécessiter une installation particulière à l'inverse des appareils à électroaimants. La description suivante fera bien comprendre l'invention; elle est faite en référence au dessin annexé sur lequel --la figure 1 représente une vue en coupe par un plan diamétral d'un premier mode de réalisation permettant notamment la reprise de matériaux divers; - la figure. 2 représente une vue analogue drun deuxième mode de réalisation. Suivant la figure 1, le repère 1 désigne un a.imant per- manent cylindrique, monobloc ou constitué d'aimants parallélépipédiques de même hauteur, accolés l'un contre l'autre verticalement de façon à s inscrire approximativement dans un cylindre. L'ensemble est ceinturé par un enrubannage toilé autocollant formant gaine de maintien. Cet aimant 1, est monté dans l'axe d'une culasse. 2 en forme de cloche à parois latérales extérieures cylindriques en fer doux par une bride cylindrique assez épaisse en fer doux 13 à sa partie inférieure, dont les bords dépassent autour de l'aimant et sont assemblés à la culasse par des tirants 23. Outre ce rôle de fixation, cette bride a un autre roule qui sera précisé plus loin. La forme-de la partie supérieure 2a de la niasse est calculée pour que la section de passage dans cette culasse du flux magnétique issu de la face supérieure 1" de l'aimant soit sensiblement constante et suffisante pour éviter la saturation magnétique, jusqu'à la jupe 2b de cette coulasse. En revanche, cette section se rétrécit le long de la jupe 2b dont la face interne est légèrement conique, jusqu'au bord inférieur 2' de la culasse 2. Il en résulte une concentration du flux vers la base de la culasse. Pour préciser, on indiquera que les surfaces de passage en trait mixte tronconique 24, cylindrique 25, et en forme de couronne 26 ont des aires égales à celles de la face 1" de l'aimant permanent 1. L'ensemble aimant 1 et culasse 2 est lié à un vérin hydraulique 3 de manoeuvre vertiçale par une tige 9 à rotule 4 bloquée sur la culasse 2 par un étrier 5 également cylindrique et fixé par des vis 6. Le vérin 3 à double effet possède deux alimentations 7a et 7b et un conduit 8 de drainage des fuites d'un presse-étoupe au passage de la tige 9-. Lorsque l'huile est admise en 7a, la culasse 2 monte et lorsqu'elle est admise en 7b, la culasse descend. -Une valve double 22 reliée aux conduites 7a et 7b permet-le réglage de la pression. Le vérin 3 dans cet exemple est à double effet, mais on peut bien entendu utiliser un vérin à simple effet pour manoeuvrer la culasse vers le haut, celLe-ci étant constamment sollicitée vers le bas par un ressort antagoniste. La culasse 2 est montée coulissante par sa jupe 2b dans un carter cylindrique 14 d'un diamètre de 1 mètre dans cet exemple fermé à sa partie supérieure 1.4' à laquelle est fixe par des vis 30 le cylindre 3' du vérin 3. Ce carter 14 est constitué en un matériau amagnétique.et il est largement renforcé par des nervures extérieures 16 qui lui procurent une bonne résistance aux chocs et aux déformations permanentes qui risqueraient de s'opposer au coulissemént correct de la culasse 2. Le long de l'arête supérieure du carter 14 sont prévues trois oreilles 17 disposées à 1200 qui sont reliées par trois élingues ou chaînes 18 à un anneau 19 par lequel l'appareil peut être suspendu comme un simple fardeau en bout de câble ou de flèche d'un engin de levage et de manutention. Une autre version figurée en trait mixte consiste à disposer directement au-dessus du vérin 3 une chape 19' reliée à l'appareil de levage par une double chape 19'! à axes perpendiculaires, dite à la cardan. La face supérieure du carter 14 est surmontée d'un capot de protection 20 du vérin 3 et de ses conduits d'alimentation hydrauliques 7a et 7b. Ce capot est fixé par des vis 21 sur la face supérieure 14'. La face inférieure du carter 14 est fermée par un bouclier circulaire 10 dont la périphérie est constituée par un segment de liaison 10d en matériau amagnétique attaché à une bride du carter 14 par des vis 15 de façon à rendre l'intérieur du carter 14 étanche vis-à-vis de l'extérieur. Le dessous du bouclier 10 constitue la surface porteuse de l'appareil. Cette surface, plane et circulaire dans l'exemple choisi, peut naturellement épouser une autre forme spécialement adaptée au type de charges à manipuler ou aux conditions particulières d'utilisation de L'appa- reil. I1 en va de même pour la culasse 2 et le carter 14. Le bouclier 10 est une plaque qui, outre le segment lod, présente deux pièces polaires concentriques 10a et lOc séparées par une couronne lOb en matériau amagnétique. La pièce polaire toua, en fer deux, est circulaire et fait face du côté de l'intérieur du carter 14 à la face terminale l' de la bride. 13. Son diamètre, égal -à celui de l'aimant 1 à l'intérieur du carter 14, va en se rétrécissant vers le bas, ce qui lui donne une section diamétrale conique qui permet une concentration de l'induction au niveau de la surface porteuse. La pièce polaire 10c, en fer doux également, a une forme annulaire et sa largeur est égale à celle de la partie correspondante du circuit magnétique porte par la culasse 2, c'est-à-dire à La largeur de la face terminale périphérique 2' de cette culasse 2. La largeur de cette pièce 10b peut se rétrécir également en allant vers la surface porteuse à la base du bouclier 10. Lorsque la culasse 2 est descendue vers. le bouclier 10 sous l'action du vérin 3, les faces terminales 1' et 2i viennent s'appliquer en butée contre les faces intérieures correspondantes des pièces polaires lOa et lOc.La présence d'une masse ferromagnétique au contact des pièces polaires ,lOa et 10c sur la surface porteuse boucle un circuit magnétique comprenant la pièce polaire lOa, la bride 13, l'aimant permanent 1, le sommet 2a et la jupe latérale 2b de la culasse 2 et la pièce polaire 10c. Dans ce circuit magnétique, certaines pièces font partie du bouclier 10 et d'autres appartiennent à l'équipage mobile que constituent l'aimant I et la culasse 2. L'entrefer exisant entre les pièces polaires lOa et 10c du bouclier 10 et les faces 1' et 2' estaussi faiblie que le permet la précision d'usinage des machines-outils pour leur fabrication. De plus, gracie à l'action du vérin 3, ou d'un ressort si l'on utilise un vérin à simple effet, les faces en regard de cet entrefer sont fortement appliquées l'une contre l'autre. I1 n'y a pas d'entrefer à contact coulissant. Il faut noter qu'un vérin à double effet permet, à pression équivalente, de disposer d'une force maximale plus importante au collage, c'està-dire pour appliquer l'équipage mobile vers le bas, qu'au décollage du fait que la pression d'huile agit sur la plus grande face du vérin. Par cet effort, le bouclier 10 est sollicité élastiquement et participe à la réduction de l'entrefer à une valeur aussi faible que possible. La transmission des efforts du vérin par rotule facilite leur répartition optimale à cet effet. La couronne amagnétique tob séparant les pièces polaires lOa et lOc, supporte un shunt magnétique annulaire 11 par l'intermédiaire d'une série de plots caoutchoutés 12 tels que les dispositifs connus sous la marque "silent bloc". Le shunt 11 est logé à l'intérieur de la culasse 2 qui peut se mouvoir par rapport à lui, L'aimant permanent cylindrique 1 passant au centre de l'anneau. Une pièce annulaire de. dérivation en fer doux 13' est fixée à l'intérieur de la jupe 2b à la base de la culasse 2, vis-à-vis de la bride 13. La largeur du shunt.Il est: juste égale-à l'écartement entre les faces cylindriques en regard. de la pièce 13' et de la bride 13 de telle sorte que quand la culasse 2 est relevée au maximum au-dessus du bouclier 10, le shunt ll vienne se loger exactement entre ces deux pièces.Dans cette position, le circuit magnétique constitué par la culasse. 2, l'aimant 1, la bride 13 et la pièce 13t se referme sur Te shunt 11, la surface de levage se trouvant alors totalement désexcitée. Les hauteurs de la bride 13,des la pièce 13' et du shunt -11 sont suffisantes pour que le flux magnétique soit entièrement dérivé et canalisé à travers ces pièces.La largeur- des pièces -13, 13' et 11 est telle que, lorsque la culasse est abaissée, la somme des épaisseurs des entrefers E1 et E2 entre le shunt ll et les parois internes de la culasse 2 et de Itaimant 1 soit égale à l'éc-artement E des pièces 13 et 13'. Le montage élastique du shunt 11 lui permet de se centrer sans difficulté lorsque la culasse ae relève grâce à des chanfreins d'entrée 11'. En position haute, le circuit magnétique fermé par ce shunt 11 passe par deux entrefers cylindriques limités au Jeu fonctionnel de coulissement des pièces 13 et 13' d'une part et du shunt 11 d'autre part. L'épaisseur de ces deux entrefers est très faible par rapport à celle de l'entrefer qui s'établit entre les parties magnétiques de l'équipage mobile 1, 2 et le bouclier 10. Dans cette position, la masse primitivement attirée contre la surface porteuse du bouclier 10 sera relâchée, n'étant plus soumise à aucun champ magnétique, même si-elle se trouve sous une forme finement divisée et sans augmenter de façon inconsidérée l'entrefer. Par ailleurs, des parties cules de matériaux ferromagnétiques manipulés ne peuvent entrer dans le carter 14 rendu étanche par la présence du bouclier 10. Ainsi, l'appareil décrit est applicable à la manutention de tôles,lingots, brames, profilés, billettes, mais aussi de copeaux broyés mitraille, etc... On a indiqué que l'aimant permanent-pouvait être monobloc ou constitué d'une pluralité d'aimants élémentaires accolés. On peut également appliquer l'invention avec plusieurs aimas permanents ou groupes d'aimants, par exemple répartis circulairement sur la culasse. I1 est par ailleurs évident que plusieurs vérins peuvent être- utilisés pour la manoeuvre de la culasse. En référence à la figure 2, on va maintenant décrire une application de l'invention à la constitution dtun aimant élémentaire, partie constitutive d'un ensemble d'aimants, de dimensions réduites, identiques assemblés ou suspendus sur un cadre. De tels dispositifs élémentaires, appelés ventouses à l'instar de leurs homologues électromagnétiques ou pneumatiques, servent à la manutention de tales, de profilés ou de containers qui possèdent en commun la propriété d'avoir une épaisseur de paroi en contact avec les aimants élémentaires faible en regard des autres dimensions; L'aimant élémentaire de la figure 2, destiné à attirer des masses pleines et planes, ne comporte pas de shunt et se compose comme le précédent d'un carter 34 d'un diamètre 25 centimètres dans cet exemple fermé à sa partie inférieure par un bouclier 40 identique à celui de la figure 1.Dans le carter coulisse une culasse 32 en forme dé cloche supportant un aimant permanent 31 dans son axé assemblé par collage. fi n'y a pas de bride 13 à -la base de l'aimant 1. La culasse- 32 est manoeuvrée par un vérin hydraulique intégré à la structure même de l'appareil en ce sens que cette culasse 32 fait office de piston et le carter 34-de cylindre, les états de surface étant prévus en conséquence. La culasse 32 porte deux joints d'étanchéité 33. Une lumière 36 à la base de la culasse 32 permet l'entrée du fluide admis sous pression par une conduite 37 et par une gorge 38 à l'intérieur de cette culasse pour la manoeuvre vers le haut. A la partie supérieure du carter 34, une conduite 39 et une gorge 41 jouent le même rôle pour la descente de la culasse. Dans les deux types d'appareils qui viennent d'être décrits, l'attraction sur des charges ferromagnétiques est considérable, et ne peut être supprimée que par l'intervention de l'énergie hydraulique. Une conséquence directe est qu, en cas de panne de moteur actionnant la pompe de la centrale hydraulique de commande, il n'y a pas de risque de chute de la 'charge véhiculée. Le maintien.de la force d'attraction n'est pas lié à la production entretenue d'une énergie extérieure à l'appareil, celle-ci n'intervenant qu'au moment de la séparaeion de la charge. Ce dispositif peut être utilisé dans l'eau, dans l'air ou en atmosphère particulière et, moyennant un choix convenable des matériaux bien connus, peut fonctionner jusqu'à des températures de 3000C environ. R E-V'E N D- I C A T I O N S I. Appareil de manutention de charges ferromagnétiques à aimant permanent comprenant un carter pourvu de moyens de suspension à un engin de levage, une surface porteuse fermant la partie inférieure du carter, un équipage à aimant permanent mobile à l'intérieur du carter par rapport à la surface porteuse, au moins deux pièces polaires affleurant au niveau de la surface porteuse et des moyens de commande de l'équipage mobile caractérisé en ce que ces moyens de commande comportent au moins un vérin alimenté par une source d'énergie extérieure à l'appareil. 2. Appareil selon la revendication I, caractérisé- en ce que la surface porteuse est constituée par la face inférieure d'un bouclier fermant le carter dans lequel sont logées les pièces polaires, la face intérieure au carter de ces dernières formant butée pour les parties correspondantes du circuit magnétique portées par l'équipage mobile 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'équipage mobile comprend une culasse magnétiquement conductrice en forme de cloche coulissant dans le carter et un aimant permanent monté au centre de la cloche, le bouclier portant une première pièce polaire périphérique en regard des bords inférieurs de la culasse et une deuxième pièce polaire en face de l'aimant permanent; 4.Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la forme de la culasse est déterminée à sa partie supérieure pour que la section de passage du flux magnétique issu de aimant permanent reste constante au moins jusqu'au niveau des parois latérales coulissantes de la culasse. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section de passage du flux dans la culasse se rétrécit le long des parois latérales de la culasse jusqu'd ses bords inférieurs en regard de la pièce polaire périphérique. 6. Appareil selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que la section dtau moins l'une des pièces polaires se rétrécit vers la surface porteuse. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le vérin de commande de l'équipage mobile est un vérin hydraulique 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le vérin de commande de l'équipage mobile est à double effet. 9. Appareil selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la transmission des efforts du vérin à l'équipage mobile comprend un joint à rotule. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le vérin est monté au sommet du carter. 11. Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le vérin est constitué par le montage de l'équipage mobile coulissant de façon étanche dans le carter. 12. Appareil selon ltune des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un shunt magnétique annulaire solidaire-du bouclier et logé dans la partie interne de la culasse, cette culasse étant munie à sa partie inférieure de pièces -conductrices de dérivation qui viennent se placer en regard du shunt quand- elle est relevée au-dessus du bouclier pour que le circuit magnétique se ferme sur le .shunt. 13. Appareil selon la revendication 12 précédente, caractérisé en ce que,quand la culasse est abaissee au contact des pièces polaires1 les épaisseurs d'entrefer existant entre les pièces de dérivation portées par la culasse dtune-part et entre le shunt et les bords internes de la culasse et de l'aimant d'autre part sontségales. 14. Appareil selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de suspension à l'engin de levage comportent une double chape à la cardan montée au sommet du carter.