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Codeurs rotatifs de sécurité de SIKO pour les enfonceurs de pieux dans le génie civil spécialisé

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Les machines lourdes dans le domaine du génie civil spécialisé nécessitent des composants précis et fiables afin de pouvoir remplir les fonctions respectives de manière fiable.

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Les machines lourdes dans le domaine du génie civil spécialisé nécessitent des composants précis et fiables afin de pouvoir remplir les fonctions respectives de manière fiable. Les encodeurs rotatifs absolus WV58MR de SIKO GmbH, fabricant de capteurs et de systèmes de positionnement, font partie du concept de sécurité des enfonceuses de pieux de Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH. Ils sont fixés à trois treuils afin de détecter les positions des éléments respectifs qui y sont fixés.

L'entreprise de génie civil spécialisée Stump-Franki réalise des soutènements du sous-sol pour des structures lourdes telles que des stades de football, des ponts autoroutiers, des centres commerciaux ou des éoliennes. À cette fin, elle fabrique ses propres marteaux-pilons, qui servent à construire les pieux de fondation. Les pieux servent à dévier les charges de la structure vers des couches plus profondes. "Nous avons notre propre département d'ingénierie mécanique pour développer, concevoir, assembler, mettre en service et ensuite utiliser les équipements qui nous conviennent", explique Stefan Hemmerle, responsable de l'ingénierie mécanique chez Stump-Franki. L'auto-construction était la meilleure option, en particulier pour les mâts de battage : Jusque dans les années 1960, les mâts de battage pouvaient encore être achetés en Belgique. Par la suite, Franki Allemagne a commencé à fabriquer ses propres machines, comme les béliers Franki et, à partir de l'an 2000, les appareils Atlas. "Pour nous, c'est un avantage concurrentiel évident de construire ces machines selon nos idées, de sorte que nous pouvons également utiliser nos propres processus à l'avantage de nos clients", déclare Stefan Hemmerle.

Le marteau-pilon et le pied Franki

Le marteau-pilon est utilisé comme indiqué sur la figure 1 :

Photo 1 : Production du pieu Franki par battage. Photo : ©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

Le mât de battage Franki est équipé de quatre treuils installés au sommet - y compris trois encodeurs rotatifs SIKO pour le contrôle de la position. Dans la zone avant se trouve le "leader", un cadre sur lequel est fixé le pieu ou le tube de battage en acier, ouvert en haut et en bas. Un bouchon de béton et de gravier est rempli dans le tube d'enfoncement (1) et, à l'aide de l'enfonce-pieu, un bloc d'acier massif, le bouchon est compacté par de très petits coups (2). Le marteau-pilon est un système à chute libre. Une fois que le bouchon est fermement calé dans le tube par les coups, la hauteur de chute est augmentée et le tube de battage est amené à la profondeur finale dans le sous-sol porteur. Le bouchon est alors frappé par le marteau-pilon (3). Le pied dit de Franki est formé, qui agit comme une cheville. Après la fabrication du pied, la cage d'armature est ajustée et le béton plastique est rechargé (4), de sorte qu'un pieu continu est formé. Une fois que le béton a durci et que la tête du pieu (5) a été recouverte, le pieu est prêt à recevoir la charge.

Surveillance des quatre treuils

Les quatre treuils ont des tâches différentes pendant le processus de battage : Un treuil est utilisé pour tirer le tuyau de battage, un deuxième est utilisé pour entraîner le marteau-pilon, un godet pour le remplissage de béton et de gravier est attaché au troisième, et enfin il y a un treuil auxiliaire par lequel une cage de renforcement est soulevée en place. Trois des quatre treuils sont chacun surveillés par un codeur rotatif de SIKO, de sorte que l'on sait à tout moment où se trouvent le mât de battage, l'ascenseur auxiliaire et le godet. Le câble auxiliaire est une conception de sécurité qui garantit que le mât de battage s'arrête avant qu'un crochet ne passe par une poulie du câble. Il possède donc un point de fin de course au-delà duquel le treuil ne doit pas continuer à tourner. Le treuil de tirage de tube est la zone la plus sensible du système ; malgré les coups violents portés au tube d'entraînement, la position doit être connue à tout moment

Les encodeurs rotatifs sont intégrés dans un système de contrôle automatique, qui interroge en permanence les positions et contrôle donc également le suivi du câble.

Codeurs rotatifs avec niveau de performance de sécurité PLd

"Ce qui est le plus important pour nous, c'est la précision de la détection de position et la redondance en tant que fonction de sécurité du codeur rotatif", explique Stefan Hemmerle. "En tant que codeur multitour, il peut détecter jusqu'à 4 096 tours du treuil en termes absolus ; en outre, nous avons également intégré un rapport de vitesse, de sorte que nous recevons un nombre énorme de signaux qui nous permettent de détecter en permanence la position." Comme les défaillances de composants individuels peuvent avoir des effets graves dans une telle application avec des équipements lourds, la fonction de sécurité du codeur rotatif de classe de sécurité PLd est décisive. Il est entièrement redondant avec deux circuits de capteur séparés et garantit ainsi une manipulation sûre. En outre, il s'agit d'un codeur absolu, qui reconnaît sa position avec précision même à l'état hors tension et ne nécessite pas de course de référence. Dans ce cas, l'intégration dans le contrôleur s'effectue via une interface de sécurité CANopen. "Ce qui est également important pour notre application, c'est la robustesse absolue. Au plus tard au moment de l'impact du pied, d'une part 240 tonnes tirent sur le tuyau et en même temps le battoir tombe dans le tuyau avec 6,5 tonnes. Pratiquement toute la machine saute ! Les capteurs rotatifs doivent être capables de résister à cette charge - et ils le font." Le principe de mesure magnétique des codeurs rotatifs, qui convient parfaitement à une utilisation dans des environnements difficiles, répond également à cette exigence.

Pieux de fondation en cas de sol pauvre et de charge lourde

Le battage de pieux de fondation est nécessaire en cas de mauvaise qualité du sol et de structures particulièrement lourdes. "L'avantage de notre système de pieux Franki est qu'il s'agit d'un système de pieux à déplacement intégral. Par conséquent, nous n'avons pas de terre excavée et nous ne devons rien éliminer", explique Stefan Hemmerle. "Avec le pied impacté, nous pouvons nous adapter à n'importe quel sol. S'il n'est pas possible d'enfoncer particulièrement profondément, nous pouvons simplement impacter le pied un peu plus grand et le compacter plus fortement, ce qui donne à la structure la stabilité nécessaire."

Dans le cas des éoliennes, un autre paramètre entre en jeu : la hauteur de l'éolienne. Pour un ancrage sûr dans le sol, des pieux inclinés sont ici nécessaires, qui peuvent également être enfoncés dans le sol avec le marteau-piqueur Franki en même temps que le poids en chute libre. 24 à 36 pieux sont ancrés tout autour dans le sol ; deux pieux ont une inclinaison dirigée vers l'extérieur, un pieu est incliné vers l'intérieur. Ainsi, les pieux sont disposés en alternance, car ils doivent résister à la fois à la tension et à la pression, en fonction de la direction du vent

Système modulaire pour les machines mobiles

Les codeurs rotatifs SIKO répondent aux attentes de sécurité, de précision et de robustesse que Stump-Franki exige pour ses applications. Le WV58MR fait partie du "kit de capteurs PURE.MOBILE" de SIKO, qui a été développé exclusivement pour les exigences élevées des machines mobiles et des véhicules utilitaires. Tous les capteurs de ce marquage ont les caractéristiques suivantes :

- disponibles en versions monocanal ou sécurisées jusqu'au niveau de performance d (PLd)

- classes de protection jusqu'à IP6K9K

- plage de température étendue : -40 à +85 °C (en option : +105 °C)

- haute résistance aux chocs et aux vibrations

- fonctions extensibles et configurables telles que l'inclinaison, les interrupteurs DIP, les E/S numériques grâce aux cartes optionnelles PURE

Cartes optionnelles PURE.MOBILE

"Ne changez pas la robustesse des codeurs rotatifs !", c'est l'appel de Stefan Hemmerle à son partenaire commercial SIKO, "Ces propriétés resteront indispensables pour nos applications dans le domaine du génie civil spécialisé." Avec leurs solutions de mesure pour les machines mobiles, les spécialistes des capteurs de SIKO ont la bonne réponse.