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DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE COURANT POUR ARBRES TOURNANTS
L'invention a trait à un appareil électrique, et se réfère en particulier à des dispositifs conducteurs de courant pour des arbres à gran- de vitesse de rotation, tels que ceux employés dans des machines à souder, où il est nécessaire de réaliser une voie conductrice pour un courant de forte intensité, allant d'un organe stationnaire à un arbre tournant à gran- de vitesse.
Dans les machines à souder par cordons, l'électrode ;;.en forme. de disque, appelée molette tourne dans un palier, et le courant passe du pa- lier à l'arbre du disque. Le même palier doit'supporter la charge radiale appliquée sur l'arbre, quand le disque est mis sous pression en contact avec la pièce à souder. Cette pression radiale produit un contact entre l'arbre et le palier, et permet au courant de passer d'une pièce à l'autre. Cependant, la surface de contact entre l'arbre et le palier est seulement un contact li- néaire, et il en résulte une forte concentration du courant sur une surface de contact extrêmement étroite. Les pertes de chaleur résultantes accélèrent l'usure du palier et-de l'arbre, déjà provoquée par une-pression radiale.
Fi- nalement l'état du contact devient mauvais et le guidage de l'arbre. dans le palier n'est plus précis. Un renouvellement fréquent de la tige et du palier est nécessaire pour maintenir ce dernier dans,un état- de fonctionnement ap- proprié .
On connaît aussi un système de contact glissant comprenant des caractéristiques spéciales de conception pour faire passer le courant d'un organe stationnaire à un arbre en rotation, de manière à éliminer des pertes de courant nuisibles tout en permettant une rotation libre de l'arbre. Le dispositif a été utilisé pour transmettre un courant d'environ 150.000 ampè- res, de l'organe fixe au conducteur tournant, qui cependant avait une faible vitesse de rotation, à peu près 5 tours-par minute. Dans le dispositif de
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ladite application, le courant est amené de l'organe fixe au moyen de con- tacts en argent qui transmettent le courant à un arbre tournant en alliage de cuivre à haute conductibilité, dont la surface est plus dure que l'argent des contacts.
Habituellement un manchon de faible épaisseur en-alliage de cuivre dur à haute conductibilité est frétté sur l'arbre de cuivre qui amène le courant de forte intensité à la pièce en mouvement. On doit prendre grande,. soin de s'assurer qu'un bon contact est obtenu entre le manchon et l'arbre.
Un objet de la présente invention est de fournir un système de contact électrique comportant des caractéristiques de construction qui lui permettent de transmettre des courants de forte intensité à un arbre à gran- de vitesse de rotation, tournant à plus de 125 tours par minute.
Un autre objet est de fournir un dispositif pour transporter des courants de forte intensité d'un organe fixe à un organe tournant à gran- de vitesse, et qui supprime des pertes de courant nuisibles, tout en donnant de larges zones de contact entre des pièces'en mouvement, réduisant ainsi la résistance électrique et facilitant le transfert du courant.
L'invention concerne à cet effet un dispositif de transmission de courant pour arbre tournants comportant un organe conducteur fixe recevant l'arrivée de courant et supportant l'àrbre tournant caractérisé par un man- chon monté libre sur l'arbre, mais fixé de telle sorte qu'il tourne avec le- dit arbre, ledit manchon présentant une certaine élasticité pour permettre des modifications de dimensions nécessitées par les coefficients de dilata- tion et de contraction différents des matériaux constitutifs de l'arbre et du manchon, pour maintenir un bon contact électrique entre lesdits organes, le manchon étant appuyé sur l'arbre par au moins un segment conducteur éta- blissant un contact sous pression entre l'organe conducteur fixe et le man- chon,
cette disposition assurant un excellent contact électrique entre l'or-- gane conducteur fixe recevant l'arrivée de courant et 1'arbre tournant, ce qui permet de transmettre des courants de forte intensité à des arbres tour- nant à grande vitesse tout en supprimant les pertes de courant nuisibles.
L'invention concerne aussi une machine à souder par résistance comportant un arbre tournant, entraînant une électrode de soudure,machine à souder, caractérisée par ce que la transmission de courant de soudure depuis un organe conducteur fixé à l'arbre tournant s'effectue avec le dispositif conforme aux paragraphes précédents.
L'invention s'étend également à d'autres caractéristiques de construction et de fonctionnement qui vont être complètement décrits et par- ticulièrement indiqués dans la description, les dessins et le résumé ci-après.
Dans les dessins qui illustrent un exemple de l'invention et dans lesquels on emploie les mêmes repères pour désigner les pièces semblables.
La fig. 1 est une vue en élévation d'une machine à souder par résistance du type à soudure par cordon, qui comprend les améliorations de l'invention.
La-fig. 2 est une coupe de l'ensemble de la molette menée de la soudeuse de la fig. 1, montrant le système de contact électrique amélioré de l'invention, pour transmettre le courant de l'organe de support fixe, à l'ar- bre tournant de l'électrode.
La fig. 3 est une coupe transversale suivant ligne 3-3 de la fi- gure 2.
La fig. 4 est une élévation du manchon fendu, avec une partie en coupe.
La fig. 5 est une vue en élévation de l'extrémité du manchon fendu montré dans la figure 4.
Si l'on se réfère aux dessins qui montrent une application in- dustrielle 'de la présente invention, la machine à souder par résistance, du type à soudage par cordon est désignée dans son ensemble par 10, et se compo- se d'un châssis 11, d'une plaque d'assise 12, d'un bras ou support d'électrode
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inférieure.13 fixé'au châssis en 14,. et d'un bras supérieur 15, fixé d'une façon similaire au châssis en 16. Les machines à souder par résistance sont alimentées en courant électrique par une source de courant alternatif indiquée par les fils LI, L2 et à laquelle est connecté l'enroulement primaire 18 'de la machine, par les conducteurs 20 et 21.
Pour que l'alimentation du courant,' de la source de courant alternatif à l'enroulement primaire puisse être inter- rompue par l'opérateur, on interpose dans le circuit primaire, un dispositif d'interruption quelconque tel que l'interrupteur 22 dans le conducteur-21.
L'enroulement primaire 18 constitue un élément du transformateur de .soudure, qui se compose d'un noyau de fer 23, à haute perméabilité, et d'un roulement secondaire 24, formé d'une ou plusieurs spires d'une barre de cuivre d'épais- seur importante.
Le bras inférieur 13 supporte un carter 25, convenablement fixé au bras 13 par les boulons 27, par l'intermédiaire de la pièce 26. Le carter 25 renferme un arbre 28, que représente clairement la fig. 2 auquel est con- venablement fixé la molette inférieure 30, les dispositifs de support de l'arbre et le dispositif pour amener le courant du carter 25.à l'arbre, et par conséquent au disque fig. 2. Le disque d'électrode supérieure 31 est con- çu pour assurer le contact avec une pièce à souder telle que 28 interposée entre les disques 30 et 31 comme le montre la fig. 1, le disque-électrode supérieure étant supporté correctement par la pièce 32 fixée au bloc 33 et monté pour le mouvement vertical avec ledit bloc au moyen de la tête 34.
Cet- te dernière forme partie du bras fixe supérieur 15 et comprend la chambre de pression 35; où se trouve un piston non représenté, pour un mouvement alter= natif, destiné à faire monter et descendre le bloc 33, la pièce 32 et égale- ment le-disque d'électrode supérieure 31. Ce dernier peut être entraîné par le disque moteur 36 fixé sur l'arbre 37 et supporté par le bras 38 monobloc avec la pièce 32. A l'extrémité opposée de l'arbre 37 se trouve le pignon 40, claveté sur cet arbre et engrènant avec le pignon 41 claveté sur l'arbre ver- tical-42, guidé dans sa rotation par le support 43. Au moyen du pignon 44 sur l'arbre 42, qui engrène avec le pignon 45 entraîné par le moteur électri- que 46, le disque d'entraînement 36 entre en mouvement et tourne sur le dis- que électrode supérieure 31.
Le montage permet le mouvement de la pièce 32 dans une direction verticale, ce mouvement est nécessairement limité, puis= qu'il est seulement exigé que les disques électrodes s'écartent d'une faible. distance pour permettre de mettre en place entre ces disques, les pièces à souder. Un courant de forte intensité est amené à la pièce 32 par conducteur 47, qui est convenablement fixé à la pièce 32, et qui s'en va vers l'arrière de cette,pièce pour se raccorder à une borne du circuit secondaire 24. L'au- tre borne du circuit secondaire est connectée électriquement au bras'fixe in- férieur 13, de ce bras, le circuit passe par 26, le carter 25 et l'arbre 28, et arrive aux disques électrodes. La tête 34 est isolée convenablement du bras 15 par la bande isolante 48.
Si l'on se réfère plus particulièrement à la fig. 2, le carter 25 comprend un ensemble de plusieurs pièces annulaires comprenant la pièce annulaire 50, à laquelle est fixée la plaque frontale 51, au moyen des boulons de fixation 52. La deuxième pièce annulaire est désignée par 53 et est fixée sur 50 au moyen de boulons 54. Un couvercle terminal 55 est boulonné sur la des boulons 56 et le carter as'semblé 25 est convenablement sup- porté par la pièce 26, possédant un évidement circulaire-57 à son extrémité supérieure, s'ajustant sur le couvercle terminal 55, cette pièce 26 étant boulonnée sur la pièce 53 au moyen de goujons filetés 58 sur lesquels se vissent les écrous 59.
Un joint 60 en matériau isolant ou similaire est in- terposé entre le couvercle terminal 55 et l'évidement 57 aidant à isoler le couvercle terminal de la pièce 26 qui amène les courants de forte intensité au carter 25. A cet effet, un bon contact électrique doit exister entre les pièces 26 et 53, contact assuré par les goujons 58 et les écrous 59.
Les pièces 50, 53,,la plaque frontale-51 et le couvercle termi- nal 55 sont maintenus assemblés, du fait de leurs liaisons individuelles, et forment ainsi le carter tubulaire 25, dans lequel se trouve l'arbre 28, dont l'extrémité réduite dépasse de la plaque frontale 51. Cette extrémité
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reçoit le disque électrode 30 qui est fixé sur elle au moyen d'un écrou 61.
L'arbre est supporté par des roulements du type roulement à rouleaux, le roulement 62 ayant son logement dans la pièce 50 et le roulement 63 ayant son logement dans la pièce 53. Il est nécessaire d'isoler les roulements des pièces qui les supportent, afin qu'ils ne reçoivent pas de courant. Le rou- lement 62 est isolé de la pièce 50 au moyen de la pièce isolante 64. D'une manière à peu près similaire, le roulement 63 est isolé de la pièce 53 par la pièce isolante 65. A l'extrémité avant de l'arbre 28, adjacent au disque- électrode 30, se trouve un joint d'huile qui est monté dans la plaque fron- tale 51, sur un manchon joint 67, lui-même sur l'arbre 28.
À l'extrémité arrière de l'arbre 28, qui se trouve à l'intérieur du couvercle terminal 55, cette extrémité ayant un diamètre réduit, sont pré- vus deux joints pour l'huile, 68 et 69, montés dans le couvercle terminal 55 et sur le manchon d'étanchéité 70. Egalement à son extrémité arrière, l'ar- bre 28 est fileté pour recevoir un écrou 71 qui vient se visser sur lui, et permet de maintenir l'arbre monté sur ses roulements 62 et 63, dans le car- ter 25.
La partie médiane de l'arbre 25 est pourvue d'un manchon 72 en métal dur de faible conductibilité, par exemple de l'acier, qui est monté li- bre sur l'arbre 28, mais qui est cependant maintenu sur ce dernier au moyen de la vis 73, de telle sorte que le manchon tourne avec l'arbre. Le manchon 72 est fendu longitudinalement suivant la fente 74, allant d'une extrémité à l'autre du-manchon,- et faisant un certain angle par rapport à l'axe longi- tudinal. La raison de la fente dans le manchon est de permettre des contrac- tions ou dilatations différentes des matériaux constitutifs du manchon et de l'arbre. L'arbre 28 est de préférence en cuivre; le manchon 72 doit nécessai- rement être réalisé à partir d'un matériau un peu plus dur, comme par exem- ple l'acier, pour assurer les qualités de résistance et d'usure désirées.
Ces matériaux ayant des coefficients de dilatation et de contraction diffé- rents, il n'est pas possible de monter serré le manchon sur l'arbre en cui- vre. Le montage réalisé grâce à la fente dans le manchon permet à ce dérnier de s'ouvrir ou de se refermer.
Le manchon et l'arbre 28 entre les roulements étant à une cer- taine distance du carter 25, le passage du courant électrique, du carter à l'arbre ne peut se produire que grâce à des moyens prévus à cet effet, et qui se composent d'une multitude de segments 75 (fig. 3). Les segments entourent le manchon 72 et, en accord avec l'invention, sont élastiquement poussés dans deux directions perpendiculaires, une direction étant radiale, de telle sor- te que les segments soient en contact avec le manchon 72, et l'autre direc- tion étant axiale, pour maintenir les segments en contacts avec la surface de contact formée sur la pièce 53.
Les segments sont supportés d'une maniè- re flottante, au moyen de plusieurs aiguilles 76, vissées en 77 dans la pièce 53, de façon à s'étendre vers l'avant depuis la face de contact plane formée sur la pièce 53, dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de l'arbre 28. Chaque segment possède une paire d'ouvertures longitudinales 78 et les tiges 76 passent par ces ouvertures, dont le diamètre est un peu plus grand, permettant ainsi- le mouvement flottant des segments; ils peuvent ainsi s'a- dapter à toute irrégularité de surface dans le manchon, et compenser l'usure normale des pièces, et le jeu normal qui peut exister dans les roulements.,.
Les segments peuvent être entièrement formés d'argent, de fagon à assurer une bonne conductibilité lors du passage des courants de forte in- tensité, de la pièce 53 à l'arbre 28 où, comme dans les dessins, les segments peuvent être en cuivre ayant un mince recouvrement d'argent sur leur surface intérieure, comme représenté en 80. Il peut être d'ailleurs désirable de pour- voir les recouvrements d'argent 80 derainures de graissage, comme celles re- présentées par 81. Les éléments de guidage pour chaque segment sont fournis par une goupille 83 fixée au segment, et qui sort de celui-ci vers l'arrière pour s'engager dans la fente 84 qui a une direction radiale dans la face de contact de la pièce 53.
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Les tiges 76 sont pourvues de ressorts spiraux 85', en-montage télescopique avec elle et qui sont maintenus sur ces tiges par la tête'86.
Une rondelle 87 se trouve à chaque extrémité d'un ressort 85 et l'on voit que le ressort est monté sur les tiges 76, de façon à exercer une pression élastique axiale des segments sur la face de contact de la pièce 53, mainte- nant ainsi un bon contact électrique de ces segments et de cette face de contact. D'autres ressorts spiraux 88, maintenus chacun par une capsule 90 sont destinés à pousser élastiquement les segments en direction radiale. Une tige 91 se trouve à l'intérieur de chaque ressort; cette tige, à son extré- mité voisine du segment est pourvue d'une tête 92 directement en contact a- vec le segment, ce dernier possèdant à cet effet une surface plane indiquée par 93.
L'action des re.ssorts radiaux 88 consiste.à presser les têtes 92 de leurs tiges contre les segments, et, cette pression se produisant radiale- ment, les segments sont élastiquement poussas radialement, pour maintenir la pression de contact entre les segments et.'le manchon 72.
De ce qui précède, on voit que les pressions axiale et radiale exercées sur le disque-électrode inférieure 30 sont supportées par l'arbre 28, convenablement guidé et supporté par les roulements 62 et 63. Les seg- ments 75 ne subissent aucune réaction due à ces pressions exercées sur le disque. Les segments sont maintenus à tout instant en pression'de contact avec le carter 25 et le manchon 72, pièce constitutive de l'arbre 28, de fa- çon à réaliser une voie de grande conductibilité pour le passage de courants de forte intensité, du carter à l'arbre, qui fonctionne efficacement, malgré les grandes vitesses de rotation envisagées pour l'arbre 28.
Il est possible que l'arbre 28 tourne à des vitesses de plus de 125 tours par minute, et le courant de forte intensité sera efficacement amené à l'arbre sans effet nui- sible notable, en ce qui concerne l'état des surfaces, même après que l'arbre a effectué plusieurs milliers de tours. On notera que les segments sont écar- tés les uns des autres et sont séparés par des intervalles parallèles à l'axe de l'arbre. Ces intervalles sont destinés à recueillir toute particule métal- lique qui peut se.produire au cours de fonctionnement. De cette manière, les particules métalliques ne peuvent se coller sur l'arbre ou les segments, évi- tant ainsi une usure excessive qui se produirait autrement.
Il est désirable de refroidir l'arbre tournant et également de maintenir les pièces du présent système de contact immergées dans l'huile.
Pour refroidir l'arbre, ce dernier est pourvu d'un orifice central, indiqué par-95, s'étendant longitudinalement par rapport à celui-ci, et dans lequel se trouve le tuyau d'amenée de liquide 96. Le liquide de refroidissement est fourni au tuyau 96 au moyen du raccord fileté extérieur 97, et, une ouvertu- re de décharge appropriée est ménagée dans le couvercle terminal 53, pour. drainer le liquide qui s'accumule dans ce couvercle. L'ouverture-98 fait fonc- tion de drain pour le liquide de refroidissement qui peut s'accumuler entre les joints 68 et 69.
Le nombre 100 représente un réservoir d'huile ayant un couvercle 101, le réservoir étant fixé convenablement par le raccord 102 se vissant dans*la pièce 50, pour fournir un passage à l'intérieur de la pièce, de telle sorte que l'huile contenue dans le réservoir peut être amenée aux pièces mobiles logées dans le carter 25.103 représente un tube d'aération pour le réservoir d'huile, puisque le réservoir doit être maintenu à.peu près plein, pour maintenir les pièces du présent dispositif de contact complète- ment immergées dans l'huile, par exemple de l'huile de ricin ou un lubrifiant similaire.
L'invention ne doit pas être limitée à des détails de construc- tion ou par des détails de construction de l'exemple particulier de.cette in- vention représenté par les dessins; de nombreuses autres formes du dispositif apparaîtront naturellement aux techniciens, sans pour cela s'écarter de l'é- tendue de l'invention.... -
REVENDICATIONS.
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