Brevet FR2802949A1 — publié le 20010629

La présente invention concerne un marteau électromagnétique à masse ferromagnétique mobile. De tels marteaux sont par exemple utilisés dans les chantiers de travaux publics pour l'enfoncement de pieux ou de palplanches par percussion, et ceci dans des types de terrain très différents. On connaît un marteau électromagnétique à masse ferromagnétique mobile comprenant un tube portant un bobinage et, au voisinage d'une de ses extrémités, une enclume, comme cela est décrit par exemple dans le document JP-A-56 153018. Ce type de marteau présente de nombreux inconvénients, dont le principal est le manque de support rigide du bobinage de sorte que, lors du soulèvement de la masse, ledit bobinage subit un effort de réaction considérable provoquant son tassement. En cours d'utilisation, ces déformations successives du bobinage engendrent une baisse des performances du marteau électromagnétique et peuvent conduire à une détérioration du bobinage. On pourra également se référer au titre de l'arrière-plan technologique aux documents US-A-4799 557, US-A-4 468 594, et US-A-4 215 297. Plus récemment, il a été proposé un marteau électromagnétique plus performant, dans lequel le bobinage est réalisé par enroulement autour du tube du marteau, ledit tube étant en matériau amagnétique et comprenant des moyens de reprise des efforts axiaux, et de transmission de ces efforts à l'enclume lors de la remontée de la masse. Un tel marteau électromagnétique est décrit dans le document FR-A-2 765 904 cédé à la demanderesse. Dans un mode de réalisation particulier, il est prévu un bobinage additionnel réalisé par enroulement autour du même tube central, à une position axiale située entre le bobinage et l'enclume, ledit bobinage additionnel étant raccordé au bobinage principal pour être alimenté par le courant induit dans ce dernier lors de la descente de la masse. L'enroulement direct du bobinage sur le tube du marteau électromagnétique précité présente toutefois certains inconvénients qui vont être exposés ci-après. - L'utilisation d'un tube intérieur monobloc, dont la longueur est de l'ordre de 4 à 5 mètres, ne permet pas de prévoir une imprégnation avec du vernis électrique, car la longueur d'un tel tube dépasse largement la capacité des cuves d'imprégnation classiquement utilisées. Par suite, le tube intérieur du marteau électromagnétique est relativement vulnérable à l'humidité, et au blocage mécanique par suite d'un gonflement du tube. En outre, on s'est aperçu que la partie inférieure du bobinage enroulé directement sur le tube était extrêmement sollicitée en cours d'utilisation. A titre indicatif, l'écrasement de la bobine lors de la remontée de la masse correspond à un effort de l'ordre de 20 tonnes. Or, les bobinages habituellement utilisés sont constitués par un enroulement d'un conducteur dont la section à la forme d'un méplat rectangulaire disposé dans le sens de la hauteur. Par suite, une pression très élevée exercée verticalement sur les enroulements du bobinage risque de générer une déformation plastique du matériau (en général du cuivre). Cette déformation a pour effet d'écraser l'isolant concerné, et d'aboutir progressivement à une mise en court- circuit de spire à spire. Le phénomène s'amplifie rapidement, car la diminution de la résistance électrique provoque une augmentation de l'échauffement, et par suite une destruction de l'isolant par courtcircuit ou surchauffe. Enfin, on s'est aperçu que la structure du marteau électromagnétique précité était relativement vulnérable à l'humidité, par suite d'une étanchéité extrêmement difficile à maintenir au niveau du bobinage. Dans ce cas, si le bobinage est détérioré, on est obligé de suspendre l'utilisation du marteau électromagnétique, puis de dégager le bobinage du tube central, ce qui ne peut se faire qu'avec un appareillage adapté lourd et encombrant, avec l'inconvénient d'un arrêt de fabrication prolongé. La présente invention vise à résoudre le problème précité, en concevant un marteau électromagnétique ne présentant pas les inconvénients ou limitations ci-dessus, tout en conservant les avantages de la structure exposée dans le document précité FR-A-2 765 904. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à un marteau électromagnétique à masse ferromagnétique mobile, du type comportant un tube en matériau amagnétique destiné à reposer sur un élément à enfoncer dans le sol, ledit tube étant entouré par un bobinage périphérique relié à des moyens d'alimentation en énergie électrique et recevant à coulissement la masse mobile, ledit marteau étant remarquable en ce que le bobinage périphérique est divisé en une pluralité de bobines indépendantes, chaque bobine étant logée dans un caisson associé en étant enroulée autour d'une paroi intérieure cylindrique dudit caisson, les parois intérieures cylindriques des caissons étant superposées pour constituer le tube dans lequel coulisse la masse mobile, chaque caisson comprenant en outre des moyens de reprise des efforts axiaux, ainsi qu'un boîtier permettant de raccorder la bobine concernée à des câbles d'alimentation électrique associés. La réalisation du bobinage en une pluralité de bobines indépendantes logées dans un caisson associé permet de répartir les efforts exercés sur la zone inférieure de chaque bobine, l'effort total supporté étant divisé par le nombre de bobines utilisées. On est ainsi assuré de limiter considérablement la sollicitation des enroulements de chaque bobine, tout en évitant le risque d'écrasement de l'isolant et la mise en court circuit du bobinage. De préférence, chaque bobine est logée de façon étanche dans son caisson associé, le logement de réception étant délimité par des couronnes d'extrémité et par une paroi extérieure cylindrique. En particulier, chaque bobine est calée dans son logement de réception par une résine de remplissage. Ainsi, chaque enroulement est parfaitement protégé des agressions extérieures, et on peut prévoir un fonctionnement du marteau électromagnétique dans un milieu très chargé en humidité. Avantageusement alors, chaque caisson est délimité par des couronnes inférieure et supérieure dont l'une est une couronne d'extrémité délimitant le logement de réception de la bobine, et dont l'autre est agencée à distance de l'autre couronne d'extrémité, avec interposition d'entretoises de renfort, lesdites couronnes et entretoises constituant lesdits moyens de reprise des efforts axiaux. Le calage de la bobine à l'intérieur du caisson associé permet à la fois de reprendre et de limiter les écrasements axiaux des enroulements concernés. Avantageusement encore, le boîtier de raccordement de chaque caisson est externe et étanche. De préférence alors, chaque boîtier de raccordement est disposé entre deux couronnes du caisson, et comporte un logement scellé associé au raccordement des entrée et sortie de la bobine et duquel saille une boîte à bornes recevant les éléments de raccordement aux câbles concernés. En particulier, le logement scellé associé au boitier de raccordement est rempli d'un matériau d'enrobage, par exemple du silicone liquide. L'utilisation de tels boîtiers externes permet de tester chaque bobine séparément et d'identifier un éventuel défaut. De préférence encore, les caissons superposés sont reliés entre eux par des liaisons démontables, en particulier par boulonnage, de façon que chaque caisson soit interchangeable individuellement. En particulier, les bobines sont agencées pour permettre un fonctionnement dudit marteau en mode dégradé au cas o l'une des bobines est détériorée. Ainsi, en cas de défaut détecté, la bobine défectueuse peut être mise électriquement hors service par le biais d'une modification externe du câblage, sans que ceci n'interrompe le fonctionnement du marteau alors en mode dégradé, c'est-àdire avec des tensions et des cadences de battage réduites. En outre, en cas de défaut dans un caisson, l'interchangeabilité mécanique et électrique externe permet un échange standard rapide par le personnel de chantier, évitant d'immobiliser trop longtemps l'outil de production. Grâce à la construction modulaire, il est alors possible de réparer uniquement le caisson endommagé, et donc de réduire le coût et le délai du reconditionnement. Conformément à un mode d'exécution particulier, les n bobines sont électriquement en série ou en parallèle, avec un raccordement des 2n câbles concernés à une boite de raccordement à barrettes. Ce systèmes de raccordement permet de réaliser un by-pass très rapide d'une bobine endommagée. En variante, on pourra prévoir que les n bobines sont électriquement en série, avec un raccordement des deux câbles concernés à une boite extérieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures o: - la figure 1 est une coupe axiale d'un marteau électromagnétique conforme à l'invention, comportant ici trois bobines indépendantes constituant le bobinage périphérique, lesdites bobines étant électriquement en parallèle, la figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1 à plus grande échelle, permettant de mieux distinguer la zone du boîtier de raccordement, - la figure 3 est une coupe axiale illustrant, à plus grande échelle, un caisson avec sa bobine et son boîtier de raccordement associé, - les figures 4 et 5 sont des détails à plus grande échelle, en coupe selon un plan respectivement passant par l'axe du marteau et perpendiculaire audit axe, dans la zone du boîtier de raccordement d'une bobine. La figure 1 illustre un marteau électromagnétique 10 conforme à l'invention, du type comportant un tube 11 en matériau amagnétique destiné à reposer sur un élément enfoncé dans le sol (non représenté), ledit tube étant entouré par un bobinage périphérique relié à des moyens d'alimentation en énergie électrique (non visible ici), et recevant à coulissement une masse ferromagnétique mobile notée 12. L'axe du marteau électromagnétique 10, qui est l'axe central du tube 11, est noté X. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le bobinage périphérique est divisé en une pluralité (ici trois) de bobines indépendantes notées 14, chaque bobine 14 étant logée dans un caisson associé 13 en étant enroulée autour d'une paroi intérieure cylindrique 15 dudit caisson, et les parois intérieures cylindriques 15 des caissons 13 sont superposées pour constituer le tube 11 dans lequel coulisse la masse mobile 12. Ainsi, contrairement au principe d'un tube unitaire monobloc qui était prévu dans le marteau électromagnétique du document FR-A-2 765 904 précité, le tube central du présent marteau électromagnétique 10 est constitué par desk. tronçons superposés, chaque tronçon étant constitué par la paroi intérieure d'un caisson recevant une bobine indépendante Alors, chaque bobine 14 est logée de façon étanche dans son caisson 13 associé, le logement de réception associé 21 étant délimité par des couronnes d'extrémité 16, 17 et par une paroi extérieure cylindrique -7 19. Cette conception modulaire sera mieux comprise en se référant à la figure 3, o l'on distingue les différentes parois qui délimitent le logement de réception 21 associé à une bobine 14. Dans la pratique, un tel caisson à bobine est réalisé en commençant par le bobinage de l'enroulement autour de la paroi intérieure cylindrique 15, jusqu'à constituer la bobine 14. Il est alors avantageux de prévoir que chaque bobine 14 est calée dans son logement de réception 21 par une résine de remplissage. Ensuite, le caisson est fermé par soudure à l'aide de deux couronnes d'extrémité 16, 17 et d'une paroi périphérique extérieure cylindrique 19. Sur la figure 3, on constate que le logement de réception 21 est occupé par ce remplissage. On constate également que la paroi intérieure cylindrique 15 présente un épaulement d'appui pour chacune des couronnes d'extrémité 16, 17. Ceci permet d'assurer la transmission des efforts axiaux depuis les couronnes jusqu'à la paroi centrale 15 pour la reprise des efforts axiaux. Chaque caisson 13 est en outre délimité par des couronnes inférieure 16 et supérieure 18, dont l'une (16) est une couronne d'extrémité délimitant le logement 21 de réception de la bobine 14, et dont l'autre (18) est agencée à distance de l'autre couronne d'extrémité 17, avec interposition d'entretoises de renfort notées 20. L'agencement radial des entretoises de renfort 20 est mieux visible sur la coupe de la figure 2 Les couronnes 16, 17, 18 et les entretoises 20 constituent, pour chaque caisson 13, des moyens de reprise des efforts axiaux, et ces moyens ne portent pas directement sur les extrémités supérieure ou inférieure des bobines indépendantes 14. Si l'on revient à la figure 1, on constate que le marteau électromagnétique 10 comporte, au-dessus du caisson supérieur, une âme tubulaire 15.1 prolongeant la paroi intérieure cylindrique 15 dudit caisson, et il est prévu, pour la reprise des efforts axiaux, des entretoises radiales de renfort 20.1 qui peuvent être alignées verticalement sur les entretoises prévues pour les différents caissons. De même, en dessous du caisson inférieur, on trouve une âme tubulaire 15. 2 prolongeant inférieurement la paroi intérieure cylindrique 15 dudit caisson, et des entretoises radiales de renfort notées 20.2. ITes âmes tubulaires 15.1 et 15.2, complétées par les parois intérieures cylindriques 15 des différents caissons 13, constituent alors le tube central en matériau amagnétique du marteau électromagnétique 10. On distingue en outre en partie haute une virole 22.1 et en partie basse une virole d'appui 22.2. Le raccordement entre ces parties hautes et basse du marteau électromagnétique se fait par le biais des couronnes délimitant supérieurement le caisson supérieur et inférieurement le caisson inférieur. Il est ainsi prévu, en partie supérieure, une couronne 16.1 solidarisée à la couronne supérieure 18 du caisson supérieur 13, et, inférieurement, une couronne 18.2 solidarisée à la couronne inférieure 16 du caisson inférieur. Bien que cela ne soit pas représenté ici, les caissons superposés 13 sont reliés entre eux par des liaisons démontables au niveau des couronnes de contact, en particulier par boulonnage, de façon que chaque caisson 13 soit interchangeable individuellement. Sur la figure 1, on constate que chaque caisson 13 comprend en outre un boîtier de raccordement noté 23 permettant de raccorder la bobine concernée 14 à des câbles d'alimentation électrique associés 24. En l'espèce, on a prévu que les trois bobines 14 soient électriquement en parallèle, avec un raccordement des six câbles 24 concernés à une boîte de raccordement à barrettes notée 25. Un passe- câble 26 est prévu sur le caisson central et le caisson supérieur afin de maintenir la verticalité des câbles 24 qui montent à la boîte de raccordement 25. Le système à barrettes non visible ici permet de passer rapidement d'un mode de raccordement en série à un mode de raccordement en parallèle. Il devient donc facile d'organiser si nécessaire un by-pass d'une bobine défectueuse en agissant sur la paire de barrettes concernée. Dans ce cas, le marteau électromagnétique peut encore fonctionner, mais en mode dégradé, au cas o l'une des bobines 14 est détériorée. La boîte de raccordement à barrettes 25 reçoit également trois câbles 27 (un seul est visible sur la figure 1) correspondant aux pôles positif, négatif et à la masse. Ceci permet donc de raccorder le marteau électromagnétique à des moyens d'alimentation en énergie électrique, par exemple du type de ceux qui sont décrits dans le document FR-A-2 765 904 précité. Ainsi que cela est mieux visible sur la coupe de la figure 2, on a également prévu un capotage extérieur 39 enveloppant des ensembles de câbles 24 et les boîtiers de raccordement associés 23. Pour ce qui est du raccordement électrique entre les bobines indépendantes 14, on pourra naturellement prévoir en variante que les bobines 14 sont électriquement en série, avec un raccordement des deux câbles concernés à une boîte extérieure (variante non illustrée). Un tel mode de raccordement présente l'avantage de n' avoir que deux câbles au niveau de la boîte générale de raccordement extérieur, et donc seulement deux bornes en plus de la masse, ce qui écarte tout risque d'erreur de raccordement. Toutefois, l'utilisation d'une boîte de raccordement à barrettes précédemment décrite apparaît plus souple, surtout pour faire face au cas d'une bobine ou d'un caisson détérioré. En revenant à la coupe de la figure 3, on a déjà vu que la bobine indépendante 14 est calée dans son logement de réception 21 par une résine de remplissage, ce qui assure une étanchéité complète du bobinage à l'intérieur du caisson pour garantir une utilisation en milieu très humide. La même recherche d'étanchéité concerne le raccordement relatif à chacune des bobines indépendantes 14 aux câbles associés 24. En effet, le brin d'entrée noté 28 de l'enroulement 14 traverse la couronne 17 au niveau d'un perçage 31, et le brin de sortie 29 au niveau d'un passage 32 de la même couronne 17, pour une jonction à des éléments de raccordement associés 35. Chaque boîtier de raccordement 23 est disposé entre deux couronnes 17, 18 du caisson 13, et comporte un logement scellé 30 associé au raccordement des entrée et sortie 28, 29 de la bobine 14 et duquel saille une boîte à bornes 34 recevant les éléments de raccordement précités 35. Comme cela est visible sur les figures 2 et 3, le logement scellé 30 associé au boîtier de raccordement 23 est rempli d'un matériau d'enrobage, en particulier du silicone liquide. Ce matériau d'enrobage est très intéressant, car il assure à la fois l'étanchéité au niveau des jonctions, mais aussi le blocage mécanique et la protection contre toute pénétration extérieure d'humidité. Les éléments de raccordement 35 traversent une paroi 33 fermant le logement scellé 30 du côté radialement extérieur de celui-ci. Du côté radialement intérieur, le logement 30 est délimité par la paroi cylindrique centrale 15 du caisson 13. Sur les côtés, on a prévu deux flasques 40 qui forment également raidisseurs pour la reprise et la transmission des efforts axiaux. Ainsi, les opérateurs susceptibles de manipuler les organes de raccordement par l'extérieur n'ont accès qu'aux boîtes à bornes 34, sans risque d'intervention sur la partie scellée du raccordement. Les figures 4 et 5 permettent de mieux distinguer l'agencement de ces composants au niveau d'un boîtier de raccordement 23. On distingue bien l'enrobage étanche des entrée et sortie 28, 29 de l'enroulement 14 dans le logement scellé 30. On constate également que le raccordement au câble 24 s'effectue par vissage d'une cosse terminale 37 passant sur un filetage d'extrémité 38 de chaque élément de raccordement 35, ce vissage se faisant par l'extérieur après enlèvement d'un couvercle 41 fermant la boîte à bornes 34. La solidarisation du câble 24 à la boîte à bornes 34 se fait par une jonction mécanique 36 analogue à celle que l'on utilise déjà pour des flexibles hydrauliques. Ainsi, les jonctions dans la boîte à bornes 34 sont parfaitement protégées de l'extérieur. On aura compris que la compression totale subie par les bobines indépendantes est divisée par le nombre de caissons, ce qui permet de limiter l'écrasement de chaque bobine individuelle. De plus, le calage de chaque bobine à l'intérieur de son caisson permet de reprendre et limiter les écrasements axiaux des enroulements concernés. Les couronnes et les raidisseurs de chaque caisson reprennent les efforts axiaux et les dirigent vers le tube central et les parois périphériques des caissons. L'agencement externe des boîtiers de raccordement 23 permet de tester chaque bobine individuelle séparément, et d'identifier un éventuel défaut. Dans un tel cas, comme cela a été dit plus haut, le bobinage défectueux peut être électriquement mis hors service par le biais d'une modification externe du câblage, ce qui n'empêche pas le marteau de continuer à fonctionner en mode dégradé. En cas de défaut important dans un caisson, l'interchangeabilité mécanique et électrique externe permet un échange standard rapide par le personnel de chantier, afin de ne pas immobiliser trop longtemps l'outil de production Il est alors possible de réparer uniquement le caisson endommagé, ce qui permet de réduire le coût et le délai du reconditionnement. L'enrobage complet de la bobine assure en outre une sécurité totale pour le personnel d'exploitation et de maintenance. En cas de bobinage abîmé, il est alors possible d'extraire aisément le caisson concerné, en démontant les liaisons mécaniques concernées, et en soulevant la partie du marteau au-dessus du caisson concerné. Une telle opération eût été naturellement impossible avec un tube central monobloc comme c'était le cas dans le document précité FR-A-2 765 904. En cas de bobinage abîmé, si ce bobinage est écrasé, on procède à un décapsulage au tour vertical, puis on passe le caisson dans un four à pyrolyse pour brûler les isolants, ce qui permet de récupérer le cuivre des enroulements et les éléments métalliques du caisson. En cas de vieillissement des isolants, on procède également à un décapsulage, puis à une réimprégnation en cuve, le fil restant enroulé, puis à une nouvelle fermeture du caisson au moyen d'une résine polymérisée. On est ainsi parvenu à réaliser un marteau électromagnétique capable de fonctionner en milieu très humide, et dont la structure permet d'éviter un tassement excessif du bobinage, même dans des conditions de fonctionnement- très sévères. En outre, l'interchangeabilité des caissons procure une grande souplesse et une fiabilité très avantageuses. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Marteau électromagnétique à masse ferromagnétique mobile, du type comportant un tube en matériau amagnétique destiné à reposer sur un élément à enfoncer dans le sol, ledit tube étant entouré par un bobinage périphérique relié à des moyens d'alimentation en énergie électrique et recevant à coulissement la masse mobile, caractérisé en ce que le bobinage périphérique est divisé en une pluralité de bobines indépendantes (14), chaque bobine (14) étant logée dans un caisson associé (13) en étant enroulée autour d'une paroi intérieure cylindrique (15) dudit caisson, les parois intérieures cylindriques (15) des caissons (13) étant superposées pour constituer le tube (11) dans lequel coulisse la masse mobile (12), chaque caisson (13) comprenant en outre des moyens (16, 17, 18, ) de reprise des efforts axiaux, ainsi qu'un boîtier (23) permettant de raccorder la bobine concernée (14) à des câbles d'alimentation électrique associés (24). 2. Marteau électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bobine (14) est logée de façon étanche dans son caisson (13) associé, le logement de réception (21) étant délimité par des couronnes d'extrémité (16, 17) et par une paroi extérieure cylindrique (19). 3. Marteau électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bobine (14) est calée dans son logement de réception (21) par une résine de remplissage.. 4. Marteau électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque caisson (13) est délimité par des couronnes inférieure (16) et supérieure (18) dont l'une (16) est une couronne d'extrémité délimitant le logement (21) de réception de la bobine (14), et dont l'autre (18) est agencée à distance de l'autre couronne d'extrémité (17), avec interposition d'entretoises de ]4 renfort (20), lesdites couronnes et entretoises constituant lesdits moyens de reprise des efforts axiaux. 5. Marteau électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier de raccordement (23) de chaque caisson (13) est externe et étanche. 6. Marteau électromagnétique selon la revendication , caractérisé en ce que chaque boîtier de raccordement (23) est disposé entre deux couronnes (17, 18) du caisson (13), et comporte un logement scellé (30) associé au raccordement des entrée et sortie de la bobine (14) et duquel saille une boîte à bornes (34) recevant les éléments (25) de raccordement aux câbles concernés. 7. Marteau électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le logement scellé (30) associé au boîtier de raccordement (23) est rempli d'un matériau d'enrobage, en particulier de silicone liquide. 8. Marteau électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les caissons superposés (13) sont reliés entre eux par des liaisons démontables, en particulier par boulonnage, de façon que chaque caisson soit interchangeable individuellement. 9. Marteau électromagnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bobines (14) sont agencées pour permettre un fonctionnement dudit marteau en mode dégradé au cas o l'une des bobines est détériorée. 10. Marteau électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les n bobines (14) sont électriquement en série ou en parallèle, avec un raccordement des 2n câbles (24) concernés à une boîte de raccordement à barrettes (25). 11. Marteau électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les n bobines (14) sont électriquement en série, avec un raccordement des deux câbles concernés à une boîte extérieure.