Brevet FR2871956A1 — publié le 20051223

INSTALLATION DE CONNEXION ELECTRIQUE A GRAND NOMBRE DE CONTACTS, TELEMANIPULABLE EN MILIEUX EXTREMES DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine du retraitement des combustibles nucléaires et du traitement des matériels contaminés. Elle concerne particulièrement les dispositifs et appareils, tels que des télémanipulateurs ou des bras électriques robotisés placés dans des enceintes confinées, telles que des cellules de travail en mécanique, inaccessibles à l'homme et dans lesquelles de nombreuses opérations sont effectuées. Art antérieur et problème posé Dans des installations de l'industrie nucléaire prévues pour l'exploitation de procédés chimiques, mécaniques, physiques, thermiques, pour des opérations de démantèlement, de traitement de matériels contaminés et de déchets, des équipements et appareils de télémanipulation sont utilisés pour diminuer les risques d'exposition au rayonnement des opérateurs et faciliter l'exécution de certaines taches difficiles, voire impossibles à effectuer par des intervenants humains directement au contact du matériel. Depuis de nombreuses années, tous les équipements ont été perfectionnés, grâce en particulier aux progrès effectués en électronique, en informatique, en optique et en technologie des matériaux. La robotique a donc été largement utilisée dans l'industrie nucléaire où il existe des dangers particuliers comme les rayonnements dans les zones de travail confinées, telles que les cellules, et parfois avec des températures ou une humidité particulièrement élevées. Toutes les opérations relatives à l'utilisation de tels appareils de robotique doivent être simplifiées pour pouvoir être entièrement effectuées par des télémanipulateurs tels que des bras électriques robotisés. En particulier, la connexion de tels appareils avec leur baie de commande est placée à l'extérieur de la cellule. Cette opération est réalisée au moyen d'un ou de plusieurs câbles de liaison mettant en uvre des interfaces électriques multiples mises en place à distance par télémanipulation. Plus concrètement, pour connecter un bras électrique robotisé, il est possible d'avoir besoin de cent quatre-vingts contacts du type commandes/mesures et de trente contacts de puissance. Ceux-ci sont généralement regroupés sur des prises industrielles standard. En revanche, ces dernières ne sont connectables à l'aide d'un seul télémanipulateur ou bras électrique robotisé et sont relativement fragiles, ce qui est un inconvénient rédhibitoire. On signale également, à ce sujet, que certaines prises industrielles du type HARTING sont non nucléarisées. De plus, l'utilisation de telles prises nécessite un encombrement important, de par le nombre important de contacts à établir. Enfin, cette utilisation engendre un volume de déchets ultimes relativement conséquent, du fait de leur non réutilisation. Le but de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un autre concept de connexion électrique à grand nombre de contacts qui soit télémanipulable en milieux extrêmes. Parmi les conditions imposées par le cahier des charges, ce type de connecteur électrique doit présenter toutes les conditions pour assurer le guidage des connecteurs mâles dans les connecteurs femelles, être télémanipulable par un seul bras robotisé, être étanche à toute possibilité de contamination externe, présenter une possibilité de dissociation des différents types de contacts et être d'un coût réduit. Enfin, on précise que ce concept devra pouvoir être appliqué à un grand nombre de contacts électriques de l'ordre de deux cents. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est une installation de connexion électrique à grand nombre de contacts, télémanipulable en milieux extrêmes, comprenant: - une embase femelle à l'intérieur de laquelle se trouve un espace interne; - une prise mâle destinée à venir s'insérer sur 30 et dans l'embase femelle; - un premier nombre déterminé N de contacts femelles, fixés dans l'espace interne de l'embase femelle ou dans la prise mâle; et - un même premier nombre déterminé N de contacts mâles susceptibles d'être enfichés dans les contacts femelles et fixés dans la prise mâle ou dans l'espace interne de l'embase femelle. Selon l'invention, les contacts mâles sont ceux des parties mâles d'un deuxième nombre déterminé X de modules de contact possédant chacun un troisième nombre déterminé Y de contacts mâles et les N contacts femelles sont celles des parties femelles du même deuxième nombre déterminé X de modules femelles ayant chacun le même troisième nombre déterminé Y de contacts femelles, N étant égal à X.Y. De plus, l'embase femelle possède, dans son espace interne, au moins un lamage latéral pour centrer et guider la prise mâle qui possède un même nombre de bossage(s) correspondant au nombre de lamage(s) et destiné à être positionné dans le ou les lamages. Dans une réalisation principale de l'invention, les parties mâles et femelles des modules de contact sont fixées, par rangées, respectivement dans l'embase femelle et la prise mâle. De préférence, le au moins un lamage latéral se trouve sur une partie de guidage formant l'espace interne et entourant les contacts qui y sont fixés et en ce que le même nombre de bossages se trouvent sur une partie de guidage de la prise mâle correspondant à la partie de guidage de l'embase femelle. Ces deux parties de guidage servent également de protection pour les contacts mâles et femelles, lors des opérations de rapprochement et de détachement de l'embase femelle et de la prise mâle. Dans le but de faciliter le montage et le démontage de l'ensemble de l'installation, cette dernière possède un système de verrouillage et de déverrouillage de la prise mâle sur l'embase femelle, comprenant: - une première poignée de manoeuvre montée pivotante sur la prise mâle autour d'un axe premier perpendiculaire à la direction de contact; et au moins un crochet monté pivotant par rapport à la première poignée de manoeuvre, autour d'un deuxième axe, de manière désaxée par rapport au premier axe de la première poignée de manoeuvre et possédant une encoche terminée par un cran de verrouillage s'étendant vers une partie distale du crochet, de manière à ce qu'une rotation de la première poignée de manoeuvre entre une première position de déverrouillage et une deuxième position de verrouillage permette à un tenon de verrouillage fixé sur la prise mâle, de s'engager dans l'encoche jusqu'au cran de verrouillage. 20 25 30 Cette manoeuvre peut être améliorée grâce à la présence d'un premier ressort de rappel fixé, d'une part à la prise mâle, d'autre part au crochet pour maintenir celui-ci près du tenon de verrouillage. L'installation peut avantageusement se compléter d'un obturateur destiné à prendre la place de la prise mâle sur l'embase femelle, lorsque la prise mâle est démontée de l'embase femelle pour protéger cette dernière. Dans le but de faciliter la décontamination, la prise mâle et l'embase femelle sont en un matériau qui est en alliage à base d'aluminium du type FORTAL 7075 . Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, illustrée par quatre figures représentant respectivement: - figure 1, en coupe frontale, une grande partie de l'installation selon l'invention en position de montage; - figure 2, en vue de dessus, l'embase femelle de l'installation selon l'invention; - figure 3, en vue frontale, l'ensemble de la figure 1 en position verrouillée; et - figure 4, un obturateur de l'installation selon l'invention pour compléter le matériel décrit par les figures précédentes. Description détaillée d'une réalisation de l'invention En référence à la figure 1, les quatre parties principales de l'installation de connexion selon l'invention sont une embase femelle 1, une prise mâle 2, un ensemble de parties femelles 3 de modules de contact et un ensemble de parties mâles 4 des mêmes modules de contact. L'embase femelle 1 possède un espace interne 10 à la base duquel se trouve un socle 11 destiné à recevoir l'ensemble de parties femelles 3 des modules de contact. En effet, cet ensemble est posé et fixé sur ce socle 11, les traits d'axe verticaux symbolisant une fixation par vis. De façon correspondante, la prise mâle 2 possède un espace interne 20, à l'intérieur duquel se trouve un bourrelet interne 21 sur une face inférieure duquel est fixé l'ensemble des parties mâles 4 des modules de contact. Là également, la fixation par vis est symbolisée par deux traits mixtes. Cette prise mâle 2 possède des moyens de fixation d'un câble ou d'un ombilic 22. En effet, les câbles de connexion reliant l'installation de connexion selon l'invention avec une baie de commande, externe à la cellule dans laquelle l'installation de connexion est installée, ne sont pas représentés sur cette figure, mais débouchent dans l'espace interne 20 de la prise mâle. Ils sont connectés à l'ensemble de parties mâles 4 de manière à être reliés aux contacts mâles 25 des parties mâles des modules de contacts. Dans cet exemple, les contacts mâles 40 sont fixés dans la prise mâle 2 et les contacts femelles sont fixés dans l'embase femelle 1, mais le montage pourrait inverser. En effet, l'embase femelle 1 et la prise mâle 2 possèdent la même forme intérieure pouvant recevoir indifféremment les contacts mâles ou femelles. Conjointement, l'embase femelle 1 et la prise mâle 2 possèdent chacune une partie de guidage 12 et 24 en forme de manchon autour, respectivement, des ensembles de parties femelles 3 et mâles 4 des modules de contact. Leur longueur est suffisante pour pouvoir assurer un guidage de l'entrée de la prise mâle 2 dans l'embase femelle 1 et assurer la protection des contacts mâles dans la prise mâle, lors des différentes manipulations. On note à ce sujet que les dimensions externes de la partie de guidage 24 de la prise mâle 2 correspondent aux dimensions internes de la partie de guidage 12 de l'embase femelle 1. En référence à la figure 2 montrant en vue de dessus l'embase femelle 1, on constate que celle-ci possède des lamages latéraux 13A et 13B sur ses parois internes. En correspondance, la partie de guidage 24 de la prise mâle possède des bossages 23 correspondants, illustrés seulement sur la figure 1. Il est ainsi facile de comprendre qu'une seule manière de positionner la prise mâle 2 sur l'embase femelle 1 n'est possible. Ces différentes formes facilitent également la mise en place de ces deux éléments. Dans la réalisation décrite, les lamages verticaux sont au nombre de six, deux lamages 13E sur les grands côtés et un lamage 13A sur les petits côtés. Lorsque la prise mâle 2 est complètement enfoncée dans l'embase femelle 1, les contacts mâles 25 sont enfichés dans des contacts femelles des parties femelles des modules de contact non représentés sur ces figures. Sur la figure 2, il est possible de voir, en vue de dessus, l'embase femelle 1 et en particulier son espace interne 10, à l'intérieur duquel se trouve le socle 11 et sur le dessus duquel débouchent des trous de fixation 14 dans lesquels sont insérées des vis de fixation symbolisées par les deux traits mixtes verticaux de la figure 1. On peut remarquer qu'un chanfrein 15 est prévu à l'extrémité de la partie de guidage 12, du côté interne, c'est-à-dire vers l'espace interne 10 dans le but de positionner l'extrémité de la partie de guidage 24 de la prise mâle. On précise que les ensembles des parties femelles 3 et mâles 4 sont constitués de matériels industriels, tels que des prises standard ayant une spécification de guidage à assurer, pour ne pas détériorer les contacts mâles 25. Ainsi, avec le matériel décrit sur les figures 1 et 2, l'approche de la prise mâle 2 vers l'embase femelle 1 est effectuée en assurant un autocentrage grâce au chanfrein 15, à l'autoguidage des parties de guidage 12 et 24 et jouant un rôle de précentrage vis-à-vis des guidages propres aux connecteurs standard. L'ensemble est fabriqué soit en aluminium, soit en alliage d'aluminium du type FORTAL 7075. Il est donc relativement léger et est compatible avec le cahier des charges prévu pour son application en milieu extrême. Il peut donc subir des procédés de décontamination adaptés aux zones très contaminées et/ou irradiantes, sans dégradation de la fonction électrique. Une ou plusieurs formes de préhension peuvent être usinées sur la prise mâle 2, afin d'assurer l'approche par une pince de télémanipulateur, par exemple, l'empreinte latérale 5 sur le flanc de la prise mâle 2 (figure 3). En référence à la figure 3, un système de verrouillage de la prise mâle 2 sur l'embase femelle 1 complète cet ensemble. Il est constitué principalement d'une première poignée de manoeuvre 30 montée pivotante autour d'un premier axe 33, horizontal et fixe par rapport à la prise mâle 2. En fait, cet axe est perpendiculaire à la direction de contact. Une telle première poignée de manoeuvre 30 possède avantageusement deux parties pivotantes 32 placées de part et d'autre de la prise mâle 2, une partie centrale de préhension 31 reliant ces deux parties. Par rapport à cette première poignée de manoeuvre 30, un crochet 34 est monté pivotant, sur chaque partie pivotante 32, autour d'un deuxième axe 35 perpendiculaire à la direction de contact et fixe par rapport à la partie pivotante 32 de la poignée de manoeuvre 30. Ainsi, lors d'une rotation de la poignée de manoeuvre 30, le crochet 34 est amené à se déplacer autour d'un cercle décrit par le deuxième axe 35 autour du premier axe 33. Or, le crochet 34 possède une encoche latérale 39 à son extrémité distale 36, terminée par un cran de sécurité 37 perpendiculaire à cette encoche 39 et au fond de celle-ci. Ainsi, un tenon de verrouillage 38 fixe par rapport à l'embase femelle 1 et horizontal par rapport à celle-ci peut pénétrer dans l'encoche 39 et y être coincé dans le cran de verrouillage 37, lors d'une remontée du crochet 34 provoquée par un pivotement vers le bas de la poignée de manoeuvre 30. Le système excentrique permet d'optimiser l'effort de serrage d'un joint 29 sur sa portée en fin de manoeuvre. La poignée de manoeuvre 30 est en position horizontale. Compte tenu de la position angulaire du deuxième axe 35 par rapport au tenon de verrouillage 38, on obtient un grand effort de pénétration en fin de mouvement, permettant d'écraser le joint 29 et d'assurer la pénétration des contacts mâles 25 dans les contacts femelles. Une rotation inverse de cette dernière permet donc de libérer l'ergot de verrouillage 39. En effet, un pion 51 solidaire de la partie pivotante 32 est placé en bas de celle-ci, à gauche du crochet 34, permet à ce dernier d'être entraîné en rotation avec la poignée de manoeuvre 30. De plus, un ressort 28 monté fixe par sa première extrémité sur la prise mâle 2 et fixé, par sa deuxième extrémité, sur le crochet 34 permet de maintenir le crochet 34 en direction du tenon de verrouillage 38. Ceci permet de faciliter la manoeuvre à l'aide du télémanipulateur utilisé. La partie supérieure de l'encoche latérale 39 permet d'avoir un effort suffisant pour défaire deux cents contacts. On conçoit qu'il est donc possible de verrouiller la position de connexion de la prise mâle 2 sur l'embase femelle 1, tout comme de déverrouiller cet ensemble. Bien entendu, les contacts mâles repérés 25 sur la figure 1 sont maintenus dans des parties femelles correspondantes. Les ensembles de parties femelles 3 et mâles 4 sont constitués chacun d'un premier nombre déterminé X de modules 10 posés en séries ou en plusieurs séries et ayant chacun un deuxième grand nombre Y de contacts. De ce fait, il est possible, avec cette installation, de mettre en connexion par une seule manoeuvre, un troisième nombre N de contact, N = X.Y. La manoeuvre de déverrouillage de la première poignée de commande 30 permet, dans un premier temps de désolidariser les contacts mâles 25, et dans un deuxième temps, grâce aux deux pions 51 des parties centrales 32 de cette première poignée 30, le désencliquetage des deux crochets 34. La figure 4 permet de montrer un obturateur constituant un couvercle pour l'embase femelle 1, lorsque la prise mâle n'y est pas connectée. En effet, il est impératif de rendre toute intrusion de contaminants ou de fluides quelconques, en l'occurrence d'un fluide de décontamination, impossible dans l'espace interne 10 de l'embase femelle 1. Celle-ci est donc fermée sur sa partie supérieure par un tel obturateur 60. Il est constitué d'un couvercle 47 de forme légèrement plus large que celle de la partie de guidage 12 de l'embase femelle 1 et sur laquelle il est posé. Un joint d'étanchéité 41 est placé en regard de l'extrémité de la partie de guidage 12 de l'embase femelle 1, sur la partie inférieure du couvercle 47. Une deuxième poignée de manoeuvre 42 d'obturateur est montée pivotante, de façon analogue à la première poignée de manoeuvre 30, autour d'un troisième axe 43 horizontal et fixe par rapport au couvercle 47. La partie pivotante 48 de la deuxième poignée de man uvre 42 possède une encoche en arc de cercle 44, de manière à pouvoir emprisonner, par sa rotation, le tenon de verrouillage 38 fixé à l'embase femelle 1. Ainsi, par rotation de cette deuxième poignée de manoeuvre 42, il est possible de verrouiller cet obturateur en position de fermeture et d'isoler l'espace interne 10 de l'embase femelle 1. Un ressort de rappel 49 permet éventuellement de maintenir cette deuxième poignée de manoeuvre 42 dans la position verrouillée. Les deux poignées de manoeuvre 30 et 42 sont avantageusement fabriquées en acier inoxydable Y2 Cr Ni 18-10. Les deux crochets sont fabriqués avantageusement en acier inoxydable X 30 Cr 13. Sur la figure 1, des contacts mâles 25 sont installés dans la prise mâle 2, mais une variante est à ajouter. En effet, l'embase femelle 1 peut posséder des contacts mâles 40 et la prise mâle 2 des contacts femelles. Toutefois, selon les règles de l'art, les connecteurs mâles 2 sont côté, bras, afin de limiter les risques électriques des opérateurs. REVENDICATIONS 1. Installation de connexion électrique à grand nombre de contacts, télémanipulable en milieux extrêmes, comprenant: - une embase femelle (1) à l'intérieur de laquelle se trouve un espace interne (10) ; - une prise mâle (2) destinée à venir s'insérer sur et dans l'embase femelle (1) ; un premier nombre déterminé (N) de contacts femelles fixés dans l'espace interne (10) de l'embase femelle (1) ou dans la prise mâle (2) ; et - un même nombre déterminé (N) de contacts mâles (25) susceptibles d'être enfichés dans les contacts femelles et fixés dans la prise mâle (2) ou dans l'espace interne (10) de l'embase femelle (1), caractérisée en ce que les contacts mâles (25) sont ceux d'un deuxième nombre déterminé X de modules de contacts possédant chacun un troisième nombre déterminé Y de contacts, les N contacts femelles sont ceux du même deuxième nombre déterminé X des modules femelles ayant chacun le même troisième nombre déterminé Y de contacts, N étant égal à X.Y, l'embase femelle (1) possédant dans son espace interne (10) au moins un lamage latéral (13A, 13B) pour centrer et guider la prise mâle (2) qui possède un même nombre de bossages (23) correspondant au nombre de lamages (13A, 13B) et destinés à être positionnés dans le ou les lamages (13A, 13B). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parties mâles et femelles 2871956 15 des modules de contact sont fixées par rangées respectivement sur l'embase femelle (1) et la prise mâle (2). 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le au moins un lamage latéral (13A, 13B) se trouve sur une partie de guidage (12) formant l'espace interne (10) et entourant les contacts qui y sont fixés et en ce que le même nombre de bossages (23) se trouvent sur une partie de guidage (24) de la prise mâle (2) correspondant à la partie de guidage (12) de l'embase femelle (1). 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de verrouillage et de déverrouillage de la prise mâle (2) sur l'embase femelle (1), comprenant: - une première poignée de manoeuvre (30), montée pivotante sur la prise mâle (2) autour d'un premier axe (33) et perpendiculaire à la direction de contact; et - au moins un crochet (34) monté pivotant par rapport à la première poignée de man uvre (30), autour d'un deuxième axe (35), de manière désaxée par rapport au premier axe (33) de la première poignée de manoeuvre et possédant une encoche (39) terminée par un cran de verrouillage (37) s'étendant vers une partie distale du crochet (36), de manière à ce qu'une rotation de la première poignée de manoeuvre (30) entre une première position de déverrouillage et une deuxième position de verrouillage permette à un tenon de verrouillage (38) fixé sur la prise mâle (2) de s'engager dans l'encoche (39) jusqu'au cran de verrouillage (37). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'au moins un premier ressort de rappel (28), fixé d'une part à la prise mâle (2) et d'autre part à un crochet (34) est prévu pour maintenir celui-ci près du tenon de verrouillage (38). 6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comprend un obturateur (60) destiné à prendre la place de la prise mâle (2) pour protéger l'embase femelle (1) de toute contamination. 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embase femelle (1) et la prise mâle (2) sont en un matériau qui est un alliage à base d'aluminiuim de type FORTAL 7075.