Brevet FR2306559A1 — publié le 19761029

L'invention concerne l'empilage de segments de tôle pour constituer le circuit magnétique d'une machine electrique, plus particulièrement d'un stator d'alternateur de grande puissance. Un tel circuit magnetique est constitué par l'empilement en couronne d'un nombre de segments de tôle qui est de l'ordre de 400.000 pour les turbo-alternateurs actuels associés a des reacteurs nucleaires. La mise en place de ces segments la main est une operation coûteuse. La présente invention se propose de reduire le coût et le delai de fabrication des machines electriques de grande puissance en realisant empilage des segments de tôle de maniere automatique. On a trouvé que l'on pouvait, dans la mecanisation, eviter a la fois de longs deplacements entre des tas de segments de tôle prêts a être mis en place et l'emplacement de la machine électrique où chacun des segments de ces tas devait être apporté, et l'amenée à chaque position de depose d'un segment, d'une lourde structure portant des tas de segments de tôle. Pour cela, on a combine un mouvement continu de rotation d'un corps porteur de tas de segments avec un mouvement alternatif de prise des segments dans ces tas et de depose a l'emplacement desire. L'invention a ainsi tout d'abord pour objet une machine à empiler des segments de tôle dans une carcasse de machine électrique disposee avec son axe vertical, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps coaxial à la carcasse et place l'interieur de celle-ci, porteur de magasins pour segments de tôle, des moyens de sustentation dudit corps et d'entraînement de celui-ci en rotation continue autour dudit axe et en translation progressive axiale, des organes de prehension et depose des segments de tôle, montes sur ledit corps mais deplaçables par rapport a celui-ci, des moyens, disposes sur ledit corps, de déplacement dans le sens circonferentiel de ces organes de prehension et depose, ecartant ceux-ci dans le sens oppose à celui de la rotation dudit corps pour les amener en position circonférentielle de dépose et les ramenant rapidement, dans le sens de rotation dudit corps, dans une position circonférentielle de préhension, fixe par rapport audit corps, et des moyens de maintien des organes de préhension et dépose dans une position circonférentielle déterminée par rapport à la carcasse de la machine electrique pendant la depose des segments de tôle. Ainsi, le corps de la machine qui porte de lourds paquets de segments de tôle est anime d'un mouvement de rotation continue tandis que les organes de prehension et depose qui sont animes d'un mouvement alternatif retour rapide ne sont que faiblement charges. Les moyens de sustentation du corps de la machine sont avantageusement constitues par des trains de roues verticales portant le corps et roulant sur l'empilement de segments de tôle deja réalisé. Ces moyens de sustentation assurent en même temps la translation axiale du corps. Les moyens d'entraînement du corps en rotation sont, de préférence, constitués par des roues motrices horizontales portées par le corps dans des positions radialement reglables, entraînées par des moto-reducteurs et prenant appui contre la paroi de l'alésage de l'empilement de segments de tôle déja réalisé. On rea- lise, de cette manière, un auto-centrage de la machine h empiler. Les organes de préhension et dépose peuvent être montes sur un anneau porté par le corps de la machine, par l'intermédiaire de galets de support et de centrage. Les moyens de déplacement dans le sens circonférentiel de ces organes de préhension et dépose peuvent être constitues par des vérins à double effet fixés sur le corps de la machine et agissant sur ledit anneau. Le maintien des organes de préhension et dépose en position circonférentielle de dépose peut être obtenu au moyen d'un levier pivotant porté par ledit anneau qui vient, lors de la rotation de celui-ci, frapper des butées portees par l'empi- lement de segments de tôle déjà réalisé et s'efface lorsque l'anneau a le même sens de rotation que le corps tandis qu'il arrête ledit anneau lorsque celui-ci a le sens de rotation inverse. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être donné, à titre non limitatif, à l'aide des figures schématiques ci-jointes. La figure 1 représente une coupe axiale d'une machine 8 empiler des segments de tôle d'un stator d'alternateur. La figure 2 représente la vue en plan de cette machine. La figure 3 montre, à plus grande échelle et en perspective, une rampeguide servant a l'entrée d'entailles pratiquées 3 la périphérie radialement externe des segments de tôle, dans des barreaux supports longitudinaux de la carcasse du stator d'alternateur. La figure 4 montre, 3 plus grande echelle et en perspective, un dispositif servant notamment de butée pour le maintien en position circonférentielle de dépose, de l'anneau sur lequel sont montés les organes de préhension et dépose. Sur les figures 1 et 2, on n'a représenté, de la carcasse cylindrique I d'un alternateur en cours de montage, que les barreaux 2 destinés à recevoir, sur leur périphérie 3 dirigée vers le centre de l'alternateur et découpée en queue d'aronde, les entailles 4 de forme complémentaire de segments de tôle 5. On a supposé sur la figure 1 qu'un certain nombre de paquets de tôles 6 avait déjà été déposé. Le mode d'entraînement en rotation continue du corps de la machine empiler nécessite qu'un paquet de tôles ait déjà été déposé à la main, à moins que l'on ne dispose sous le stator d'une piste d'appui des roues motrices pour le début de l'empilement. La machine à empiler comprend essentiellement un corps 7 mécano-soudé en forme de couronne à section en L et un anneau 8 de support des organes de prehension et dépose, suspendu et centré par six trains de galets 9 et 10 portés par le corps 7. Le corps 7 est muni de trois bras 11 en tôle mécano-soudée, vissés sur le corps. L'extrémité de chaque bras constitue un caisson rigide 12 dans lequel prennent place deux trains 13 de roues verticales jumelées pivotantes qui reposent sur les paquets de segments de tôle 6 déjà mis en place. Chacun de ces caissons 12 est prolongé par des fourches 14 servant a maintenir en porte-à-faux un magasin 15 de segments de tôle. Le nombre et la position des magasins 15 dépendent du type d'empilement choisi, qui a été supposé ici être à trois couches en hélice avec un recouvrement d'un tiers entre segments de tôle de couches successives. Les magasins sont constitués par une tôle pliée en L, munie de taquets de centrage des segments et de positionnement sur les fourches, qui n' ont pas été représentés. Les magasins reposent à la fois sur les fourches 14 et sur le corps 7. L'entraînement du corps 7 en rotation continue s'effectue au moyen de trois roues horizontales 16 entraînées chacune par un moto-réducteur 17 alimenté en courant continu, ce qui permet une grande souplesse dans le réglage de la vitesse. Les roues 16 prennent appui sur la face cylindrique interne des paquets de segments de tôle déjà mis en place, mais par l'intermédiaire d'un chemin de roulement constitué comme on le décrira plus loin. Chaque moto-réducteur 17 est fixé sur un coulisseau, non représenté, pouvant se mouvoir radialement sur deux glissières 18, sous l'action d'un volant 19 solidaire d'une vis 20. Ce système permet le centrage de la machine a empiler dans l'alésage des paquets de tôles 6 et aussi l'effacement des trois roues 16 lorsqu'on veut retirer la machine à empileur. Les alimentations en électricité et en air de la machine à empiler s'effet tuent au centre de la machine par un raccord tournant 21. Un plancher 22, fait d'une tôle antidérapante, suspendu au corps 7 par des pattes de repos de la machine à empiler, supporte l'opérateur 23, une armoire a relais 24 et le raccord tournant 21 ; il est muni d'une trappe 25. L'anneau 8 peut être entraîné en rotation par rapport au corps 7, dans un sens ou dans l'autre, par trois vérins 26. L'anneau 8 porte un levier pivotant 27 qui est rappelé, par un ressort de torsion non représenté, contre un arrêt 28. Les paquets de tôles 6 portent, de la maniere qui sera indiquée plus loin, des butées 29 que vient frapper l'extrémité du levier 27. Lorsque le levier 27 se déplace dans le même sens de rotation que celui du corps 7, représenté par la flèche 30, le levier 27 s'efface au moment où il rencontre une butée 29 puis il est rappelé dans sa position normale par le ressort de torsion après franchissement de l'obstacle, tandis que, lorsqu'il se déplace en sens inverse, il est arrêté par la butée 29 quVil rencontre. Lorsque les vérins 26 agissent en sens inverse de la flèche 30, l'anneau 8 prend ainsi une position fixe définie par le levier 27 et la butée 29 concernée, position dans laquelle s'effectue une dépose de segments de tôle. L'anneau 8 porte trois vérins verticaux 31 fixés sous l'anneau par des equerres 32 et actionnant chacun une tige de commande 33 qui est représentée sur la figure I et qui porte - son extrémité un poussoir libre 34 pour déplacer alternativement de bas en haut un bloc coulissant 35 guidé par deux tiges rectifiées 36, visibles sur la figure 2, par l'intermédiaire de bagues ?t billes non représentées. Les tiges 33 et 36 traversent le corps 7 dans des lumières 37. A chaque bloc coulissant 35 est juxtaposée une contre-plaque 38 solidaire d'une potence 39.La contre-plaque 38, guidée par deux tiges rectifiées 40, peut être déplacée dans le sens radial par un vérin 41 où l'admission de fluide agit vers l'extérieur et un ressort assure le retour vers l'intérieur. te magasin 15 étant placé en retrait vers le centre de la machine par rapport a la position radiale dans laquelle doivent être présentés les segments de tôle avant leur descente dans les barreaux 2, ces vérins 41 permettent de rattraper l'écart radial entre ces deux positions. Un plateau de préhension et dépose 42 est suspendu par quatre ressorts à boudin 43 à la potence 39. Ces ressorts permettent au plateau 42 de se mouvoir dans tous les sens, notamment au moment de l'accrochage de la tôle. Ce plateau 42 présente une armature en profilé d'aluminium qui définit un plan contre lequel les segments de tôle viennent se plaquer sous l'effet d'aspiration de quatre ventouses pneumatiques 42'. Des poussoirs, non représentés, solidaires de la potence 3a, viennent en fin de dépose, lorsque les ressorts sont déformés, au contact du segment de tôle pour assurer à celui-ci une sollicitation répartie. Les barreaux 2 qui présentent un profil 3 en queue d'aronde mâle sont munis de place en place, suivant leur longueur, d'encoches 44 en forme, par exemple, de demi-lune, comme le montre la figure 3, de manière à permettre aux entailles femelles 4 des segments de tôle 5 de venir s'ajuster sur la queue d'aronde mâle 3. On a trouvé préférable de ne pas chercher à atteindre au moyen des vérins 41 la position radiale des segments de tôle 5 correspondant à une pénétration des barreaux 2 dans les entailles 4, mais de disposer au niveau des encoches 44 des rampes de guidage qui effectuent le déplacement radial final des segments. Ces rampes sont constituées chacune par une lame d'acier 45 fixée sur un cavalier 46 qui enserre un barreau 2 et qui est maintenu en position par une vis de blocage 47. Elles ont une forme cambrée et cintrée qui impose au segment de tôle 5 un mouvement combiné de déport circonférentiel. et de transfert radial nécessaire a son engagement sur le barreau 2. L'extrémité supérieure de la rampe de guidage est effilée pour admettre un écart de positionnement du servent de tôle par rapport au barreau.Quand le segment de tôle est en prise complète sur la rampe, la lame 45 occupe toute la largeur de l'entaille 4 en queue d'aronde et c'est a ce monent-li que le guidage commence. Ouand le niveau de l'enpilement de segments de tôle arrive a la hauteur des rampes on remonte toutes celles-ci au niveau des encoches 44 suivantes. La figure 4 montre le montage des butées 29. Celles-ci sont constituées par des bossages solidaires de guides d'empilage en acier 48 qui viennent se loger dans une sur trois des cannelures 49 (figure 2) des paquets de segments de tôle déja mis en place. Ces guides d'empilage 48 assurent, en outre, le positionnement des segments de tôle les uns par rapport aux autres de manière plus précise que ne le feraient les seuls assemblages en queue d'aronde 3, 4. Le bossage 29 fait saillie dans l'alésage en présentant une face d'appui 50 pour le levier 27 pendant la phase de dépose d'un segment de tôle et une face de glissement 51 facilitant l'effacement de ce levier 27 lorsque les potences 39 sont rappelées circonférentiellement vers les magasins 15 sous l'action de retour rapide exercée par les vérins 26. La face inférieure 52 du bossage 29 est attaquée à chaque tour du corps 7 par un galet 53 (figure 1) porté par ce corps, de sorte que le relevage du guide d'assemblage 48 et de la butée 29 s'effectue de manière automatique. Pour empêcher le guide 48 de retomber par son propre poids dans la cannelure, on équipe sa face inférieure d'un arrêtoir unidirectionnel 54 n'autorisant la progression du guide que vers le haut. Cet arrêtoir est composé, par exemple, d'au moins une lamelle cintrée qui s'arc-boute sur les faces latérales de la cannelure 49. Le guide d'empilage 48, qui porte la butée 29, joue encore un autre rôle celui de support, par une tige 55, d'un segment de piste annulaire 56, constitué d'une tôle cintrée s'étendant, de part et d'autre du guide, jusqu'au milieu de la cannelure 49 voisine. La succession circonférentielle de segments 56 forne une piste complète sur laquelle les roues motrices 16 prennent appui et qui remonte au fur et h mesure que l'empilage des segenrits de tôle progresse. Le fonctionnement de la machine a empiler est le suivant. On dépose à la main des segments de tôle sur une certaine hauteur, par exemple 40 cm. On met en place les guides d'empilage 48 dans les cannelures 49 devant en recevoir, on règle les rampes de guidage 45 sur chaque barreau 2 au droit des premières encoches en demi-lune 44 au-dessus de la zone déja empilée. La machine à empiler, suspendue par les bras 11, est descendue avec les roues motrices 15 reculées, jusqu a ce que les roues 13 arrivent au contact des segments de tale déjn mis en place. Puis, elle est centrée au moyen des volants 19. tes magasins 15, approvisionnés pour permettre la dépose d'un paquet complet de segments de tôle, sont descendus sur les fourches 14. On fait les branchements air-électricite sur le raccord tournant 21, après quoi la machine est prête Eonctionner. Au démarrage, on commande aux plateaux 42 de venir prendre le premier segment de tôle dans les magasins 15 et de s'arrêter au point haut, la verticale des magasins. Puis, on fait démarrer lentement les trois moteurs 17, jusqu' la vitesse de rotation choisie, en agissant sur un rhéostat commandant ces trois moteurs simultanément. Rien d'autre ne fonctionne jusqu'au moment où l'opérateur commande la dépose. Les trois vérins 25 sont alimentés et font tourner l'anneau 8 en sens inverse de la flèche 30. Lorsque le levier 27 rencontre une butée 29, l'anneau R se trouve immobilisé, les vérins 26 restant alimentés, malgré la rotation continue du corps 7, et un dispositif de détection de fin de course commande les vérins 41 qui provoquent un déplacement radial vers l'extérieur des potences 39 pour amener des entailles 4 des segments de tôle qu'elles portent n la verticale de l'extrémité supérieure des rampes de guidage 45. Un détecteur solidaire de l'anneau 8 détermine le moment on l'aire de depose des segments de tôle n'est plus masquée par les magasins 15, et il commande aax vérins 31 la descente des potences 39. Au cours de cette descente, les segments de tôle portés par les plateaux 42 sont accrochés par leurs entailles trapézoldales 4 sur les rampes de guidage 45. Ces segments s'engageant ensuite dans les encoches 44 en forme de demi-lune et continuent leur course de descente pour s'enclencher sur le profil mâle en queue d'aronde 3 des barreaux 2. En fin de course, les ventouses pneumatiques de plateaux 42 relâchent leur effort et les vérins 31 sont commandés pour remonter les potences 39 au point haut. Les vérins 26 rappellent les potences vers la position circonférentielle des magasins 15 respectifs. Les vérins 41 cessent d'être alimentés et reviennent sous la poussée de leur propre ressort dans leur position radialement arrière, rame nant les plateaux 42 à la position radiale des magasins 15. Le levier 27 franchit le bossage 29 suivant et un nouveau cycle recommence avec la descente des potences 39, la prise de nouveaux segments de tôle et le retour au point haut des potences 9 puis l'immobilisation de 11 anneau 8 contre une butée 29 sous l'effet des verins comnandés en contre-rotation. Le circuit de commande pneumatique et électrique de la machine n empiler n'a pas été représenté car il peut être aisément mis en oeuvre par un home de l'art à partir de la définition, donnée précédemment, des opérations successives à réaliser. La machine empiler est prévue pour recevoir dans les magasins 15 portés par l'anneau 8 le nombre de segments de tôle nécessaire pour un paquet complet entre évents du circuit r.agnétique de l'alternateur, un nouveau chargement de la machine à empiler étant ensuite effectué pour déposer le paquet suivant, apres mise en place de la couronne d'évents. Les tôles évents et contre-évents sont déposées 11 de la machine, puis on installe une rampe inclinée devant chaque train de roues 13 pour permettre si la machine de franchir le seuil créé par l'épaisseur des évents, on fait tourner la machine pour que les roues 13 montent sur les tôles évents et contre-évents déjà déposées, après quoi on retire les rampes inclinées et on complète la couronne évents. En cas de danger ou d'anomalie grave, on peut arrêter la machine à empiler à tout instant. Pour un arrêt normal, il est souhaitable d'intervenir au moment où les plateaux 42 ont lâché le segment de tôle qu'ils portaient et commencent a remonter. On peut ainsi changer les magasins 15 sans être gêné par les potences 39 et les plateaux 42. Pour retirer la machine à empiler, ce qui est indispensable notamment lors d'un serrage intermédiaire du circuit magnétique, on effectue les opérations suivantes. On débranche les circuits d'air et d'électricité dans le raccord tournant 21. A l'aide des volants de manoeuvre 19, on ramène les moto-réducteurs 17 vers le centre pour dégager les roues 16. On amarre la machine à empiler par ses trois bras 11 et on la soulève en prenant garde que le galet 53 n'accroche pas un bossage 29. Pour des raisons de sécurité, il est bon d'enlever préalablement les magasins 15. La machine à empiler peut reposer à terre sur ses pattes, prévues suffisamnent longues pour protéger le raccord tournant 21. REVENDICATIONS l Machine à empiler des segments de tôle dans une carcasse de machine électrique disposée avec son axe vertical, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (7) coaxial à la carcasse (1) et placé à l'intérieur de celle-ci, porteur de magasins (15) pour segments de tôle, des moyens de sustentasion (13) dudit corps (7) et d'entraînement de celui-ci en rotation continue (16) autour dudit axe et en translation axiale progressive, des organes (39, 42) de préhension et dépose des segments de tôle, montés sur ledit corps mais déplaçables par rapport celui-ci, des moyens (26), disposés sur ledit corps, de déplacement dans le sens circonférentiel de ces organes de préhension et dépose, écartant ceux-ci dans le sens opposé à celui (30) de la rotation dudit corps pour les amener en position circonférentielle de dépose et les ramenant rapidement, dans le sens de rotation dudit corps, dans une position circonférentielle de préhension, fixe par rapport audit corps, et des moyens (27, 29) de maintien des organes de préhension et dépose dans une position circonférentielle déterminée par rapport à la carcasse de la nachine électrique pendant la dépose des segments de tôle. 2/ Machine à empiler selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de sustentation sont constitués par des trains de roues verticales (13) portant ledit corps (7) et roulant sur l'empilement de segments de tôle déjà réalisé (6). 3/ Machine à empiler selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement dudit corps en rotation sont constitués par des roues motrices horizontales (16) portées par le corps dans des positions radialement réglables (19), entraînée par des moto-reducteurs (17) et prenant appui contre la paroi de l'alésage de l'empilement de segments de tôle déjà réalisé (6). 4/ machine à empiler selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits organes de préhension et dépose (39, 42) sont montés sur un anneau (8) porté par le corps (7) de la machine par l'intermédiaire de galets de support et de centrage (9, 10). 5/ Machine à empiler selon la revendication 4, caractrisée en ce que les moyens de déplacement dans le sens circonférentiel des organes de préhension et dépose sont constitués par des vérins à double effet (26) fixés sur le corps de la machine et agissant sur ledit anneau 6/ crachine à empiler selon la revendication 5, caractérisee en ce que les moyens de maintien des organes de préhension et dépose, en position de dépose, sont constitués par un levier (27) pivotant, porté par ledit anneau, et par des butées (29) portées par l'empilement de segments de tôle déjà réalisé (6), frappes par ledit levier qui s' efface lorsque l'anneau (8) a le même sens de rotation que le corps (7), tandis qutil est arrêté lorsque ledit anneau a le sens de rotation inverse. 71 machine ;;; empiler selon la revendication 6, caractrisée en ce oue lesdites butées (29) sont portées par des guides (48) d'empilage des segments de tôle, insérés dans des cannelures (49) de l'empilenent de segments de tôle déjà réalisé (6). 8/ Machine à empiler selon la combinaison des revendications 3 et 7, caractérisée en ce que les guides d'empilage (48) portent aussi des segments de tôle cintrée (56) dont la succession circonférentielle forme une piste complète sur laquelle les roues motrices horizontales (16) prennent appui. 9j ?'achaine à empiler selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que ledit corps (7) porte un galet (53) qui attaque, a chaque tour dudit corps, la face inférieure (52) des butées (29) de manière à provoquer une remontée automatique des guides d'empilage (48), au fur et à mesure de l'empilage. 10/ Machine à empiler selon la revendication 9, caractérisée en ce que les guides d'empilage (48) portent à leur partie inférieure un arrêtoir unidirectionnel prenant appui contre les parois desdites cannelures (49). Iii Machine à empiler selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits organes de préhension et dépose sont munis de moyens (31) de dépla cement axial pour les amener successivement dans des positions basses ajustées à a position des segments de tôle stocks dans les nagasins (15) et n celle de lçempilement (6) déjà réalisé, et pour les amener dans une position haute où leur déplacement circonférentiel est libre. 12/ Machine à empiler selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits organes de préhension et dépose sont munis de moyens (41) de déplacement radial pour ajuster leur position successivement à celle des magasins (15) et à celle de la carcasse (1) de la machine électrique. 13/ Machine à empiler selon la revendication 11, caractérisée en ce que lesdits moyens (41) de déplacement radial n'amènent pas les segnents de tôle qu'ils portent jusqu'a leur position radiale de dépose, des rampes de guidage (45) fixées sur des barreaux (2) de la carcasse (1) de la machine électrique en face d'une portion encochée de ces barreaux accrochant des entailles (4) des segments de tôle en cours de dépose et les déplaçant radialement vers l'extérieur au niveau de ladite portion encochée (44) pour les engager dans lesdits barreaux (2). 14/ Machine à empiler selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits organes de préhension et dépose comprennent un plateau de préhension et dépose (42) suspendu par des ressorts (43) à une potence (39).