Les vérins à vis de GROB sont de plus en plus sollicités dans les parcs éoliens offshore

Comment les vérins à vis GROB assurent le transport fluide de nacelles pesant plusieurs tonnes

Philipp Schmalzhaf

par Philipp Schmlazhaf, Directeur commercial

Eolienne - cas dapplication parc eolien

Dimensions impressionnantes

Vous êtes-vous déjà demandé combien pèse l’énorme nacelle d’un parc éolien offshore ? Elle dépasse largement les 200 tonnes, soit l’équivalent du poids de 6 semi-remorques chargés, que vous croisez quotidiennement sur l’autoroute – ou la taille d’une maison individuelle.

Ces nacelles, installées au sommet des tours éoliennes, sont fabriquées par l’entreprise Adwen GmbH à Bremerhaven. Mais pourquoi ces nacelles sont-elles si lourdes ? Elles renferment l’énorme ensemble de machines de l’éolienne : une grande boîte de vitesses, un arbre d’entraînement, la couronne dentée et le générateur qui produit l’électricité souhaitée.

Chassis de transport

Imposant : le châssis de transport

Chaque fois qu’une nacelle est terminée, elle doit être contrôlée puis soulevée sur un véhicule spécial à charge lourde, qui l’achemine ensuite vers le port de base du parc éolien offshore. Il est facile d’imaginer que de telles masses gigantesques ne peuvent pas être manipulées avec des dispositifs de levage classiques ; une solution spécifique a donc été développée. Et elle se présente ainsi :

Un automate, beaucoup de précision et 4 vérins à vis ultra-puissants pour déplacer ce géant

Pour cela, Adwen GmbH a conçu un châssis de transport surdimensionné, soulevé par 4 vérins à vis GROB.

La nacelle repose sur ce châssis de transport et est posée au sol de l’atelier après fabrication, pour le contrôle final. Une fois le contrôle terminé, le châssis est levé jusqu’au niveau de la surface de chargement du véhicule spécial à charge lourde, permettant ainsi de transférer la nacelle sur le véhicule.

La course maximale des vérins à vis est de 1 350 mm. Pour que le châssis, avec la nacelle, se déplace de manière uniforme et sans secousses lors de la montée ou de la descente, une vitesse de levage très lente a été choisie : le déplacement complet prend environ 17 minutes.

Tableau de commande - Parc eolien

Tous les signaux de mesure sur le tableau de commande

Cette technique de vérins à vis sophistiquée permet de déplacer sans effort ce châssis de transport géant

Quatre vérins ultra-puissants de la série MC, type MC 150, assurent le déplacement aisé de ce poids énorme. Chacun de ces vérins est entraîné par son propre moteur électrique et peut supporter une charge statique de 150 tonnes. Les quatre vis sont constamment surveillées, de la manière suivante :

  1. Chaque vérin est équipé d’une cellule de pesée, qui mesure la charge réelle.
  2. Un encodeur détecte la position exacte de la vis de levage.

Tous les signaux de mesure sont affichés sur le tableau de commande et traités par l’automate moderne (SPS). Celui-ci assure la synchronisation des quatre vérins, évitant toute surcharge ou erreur de charge sur les vis. Même les différences géométriques des châssis de transport peuvent être compensées et ajustées grâce au système de commande moderne.

Verin a vis transparent

Informations brèves

Les vérins à vis de la série MC peuvent supporter des charges statiques de 5 à 200 tonnes. Parmi les applications typiques : machines à papier, technique de stockage et de transport, construction navale, systèmes de convoyage et de bagages, installations d’embouteillage de boissons, plates-formes pétrolières, techniques scéniques, etc.

Foire aux questions sur les vérins à vis

Un vérin à vis est la combinaison d’une vis et d’un écrou (écrou à vis sans fin ou écrou mobile), qui transforme un mouvement de rotation en mouvement linéaire grâce à un engrenage à vis sans fin.

Le terme « blocage de course » décrit l’exécution d’un mouvement de levage contre une butée fixe. L’élément de levage est alors « bloqué » par l’élément fixe correspondant.

Version de base : la vis effectue elle-même le mouvement axial.

Version à écrou mobile : la vis reste toujours fixe dans l’espace mais tourne. L’écrou se déplace alors le long de la vis vers le haut ou vers le bas.

  1. Cubique et Classique : différences principalement esthétiques. C’est une question de philosophie : ce qui plaît le plus à chacun. Les performances sont quasiment identiques.
  2. HMC : standard jusqu’à 3000 tr/min à l’entrée, avec remplissage d’huile et ailettes de refroidissement – capacité de charge dynamique explicitement plus élevée.
  3. KH : dynamique particulièrement élevée, mais la capacité de charge maximale descend à 90 kN.

La charge nominale indiquée par le fabricant ne doit pas être dépassée. Néanmoins, les réducteurs de levage intègrent des facteurs de sécurité de 1,5 à 2,5 par rapport à la charge nominale.

L’écrou de sécurité SFM suit normalement l’écrou porteur sans charge. Si l’écrou porteur se casse, le SFM reprend la charge. Il permet alors encore un mouvement de levage pour mettre l’installation à l’arrêt. L’écrou SFM est également utilisé comme écrou de référence pour mesurer l’usure.

La mention « 20 % de cycle de service par heure » doit toujours être considérée en relation avec une certaine puissance absorbée par le réducteur. Si la puissance admissible n’est pas dépassée, moins de chaleur est générée et le réducteur nécessite moins de temps pour refroidir. Il est donc possible d’atteindre un cycle de service supérieur à 20 %.

Oui, les réducteurs à vis peuvent être entièrement fabriqués en acier inoxydable et lubrifiés avec une graisse conforme à la norme H1 pour le contact alimentaire.

Le boîtier est en aluminium moulé sous pression ou en fonte grise, la vis, le tube de protection et la vis sans fin sont en acier, et la roue sans fin ou l’écrou mobile est en alliage de bronze. De plus, de nombreuses variantes existent.

Elle empêche la vis de tourner. Si une vis de translation effectuait un mouvement de rotation, aucun mouvement linéaire ne serait possible.

Oui, grâce aux brides moteur, il est possible de monter de manière flexible des moteurs ou des motoréducteurs. Vous décidez si vous fournissez le moteur vous-même ou si GROB s’en charge.

Oui. Un vérin à vis peut être actionné par n’importe quel type d’entraînement rotatif, qu’il soit électrique, mécanique ou manuel.

En cas de charge en compression, le facteur limitant est généralement le flambage.

En cas de charge en traction, il s’agit soit de la disponibilité du matériau brut (barres couramment disponibles jusqu’à 6 m), soit de la vitesse critique de flexion (dans le cas d’une version à écrou mobile).

Pour des courses plus longues, la vis peut également être conçue en plusieurs parties.

La confusion vient parfois du fait que, dans les deux cas, un élément supplémentaire est placé à l’arrière de la vis.

  1. Le dispositif anti-dévissage n’est qu’un anneau sur le filetage qui empêche la vis de sortir.
  2. Le dispositif anti-rotation empêche en plus la vis de tourner.

Côté client : le client supporte la charge, ce qui empêche la vis de tourner. Si la vis est fixée à la charge, celle-ci ne peut pas non plus tourner.

Côté réducteur (produit avec dispositif anti-rotation intégré) : on utilise soit une rainure traversant complètement la vis avec une clavette comme contre-partie, soit, en alternative, un bloc carré vissé à l’arrière de la vis, et le tube de protection est alors réalisé en forme carrée.

La vitesse d’un moteur asynchrone triphasé dépend de la fréquence du réseau électrique : plus la fréquence est élevée, plus le moteur tourne vite.

La vitesse nominale à 50 Hz est :

  1. moteur 2 pôles : 3000 tr/min
  2. moteur 4 pôles : 1500 tr/min
  3. moteur 6 pôles : 1000 tr/min
  4. moteur 8 pôles : 750 tr/min

Cela dépend du cycle de fonctionnement et des conditions d’exploitation. En général, tous les 500 courses doubles.

0 à MAX mm. Des incréments au millimètre près peuvent être réalisés.

Lubrification par graisse dans le réducteur : jusqu’à 1500 tr/min ; au-delà de 1500 tr/min et jusqu’à 3000 tr/min, graisse fluide ou lubrification à l’huile.

Il est possible de monter des interrupteurs de fin de course mécaniques, magnétiques ou inductifs. Une préparation pour vos propres capteurs est également possible. Veuillez noter qu’il n’est pas possible d’implémenter une coupure en fin de course sur les vérins à vis en version à écrou mobile.

Une vue d’ensemble détaillée se trouve au début de chaque chapitre sur les vérins à vis dans notre catalogue. Voici un exemple pour les vérins à vis cubiques :

Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Pour les vérins à vis lubrifiés à la graisse, la position d’installation peut être choisie librement. Pour les vérins à vis lubrifiés à l’huile, l’orientation de la ventilation doit être respectée.

Plus la vis est épaisse, plus le dispositif anti-rotation par rainure et clavette devient complexe. Règle générale : pour une vis jusqu’à 40 mm, un dispositif anti-rotation par rainure et clavette est judicieux ; à partir de 55 mm, il vaut mieux opter pour un dispositif avec tube carré et bloc carré.

C’est possible à court terme, mais cela entraîne une diminution de la durée de vie supérieure à la normale.

  1. Les réducteurs standard avec vis trapézoïdale standard atteignent un rendement de 25 à 35 %.
  2. En augmentant le pas, le filetage glisse plus facilement, ce qui améliore le rendement.
  3. La combinaison avec une vis à billes peut permettre d’atteindre un rendement allant jusqu’à 50 %.
  4. La meilleure combinaison : vérin à vis à roue conique avec vis à billes, ce qui permet d’atteindre plus de 80 %.

Oui, pour les vérins à vis équipés de vis à billes ou à rouleaux, il est possible de calculer la durée de vie. Pour les vis trapézoïdales, aucun calcul de durée de vie n’est possible.

La puissance requise dépend de la charge et de la vitesse de levage. Il est recommandé de prévoir une marge de 30 % par rapport à la puissance nécessaire pour l’entraînement. Le vérin à vis doit être utilisé dans les limites maximales indiquées, qui dépendent de la version et de la taille. Voici, à titre d’exemple, les limites de puissance pour les vérins à vis cubiques : Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

L’utilisation de vis à billes est judicieuse lorsque :

  1. la puissance absorbée est trop élevée avec des vis trapézoïdales,
  2. une vitesse de levage plus élevée est souhaitée,
  3. une précision plus grande est requise.

Le jeu axial d’une vis trapézoïdale est généralement compris entre 0,1 et 0,3 mm. Lorsque le jeu axial atteint ¼ du profil trapézoïdal, il est recommandé de remplacer l’écrou trapézoïdal.

Même si les forces latérales réduisent fortement la durée de vie des vérins à vis, il est possible d’en absorber dans certaines limites. Vous trouverez ici une base correspondante : Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

La vis fixe effectue un mouvement relatif grâce à la rotation de la roue sans fin, tandis que la vis tournante crée un mouvement relatif pour l’écrou mobile. Les avantages et inconvénients dépendent de l’espace disponible dans votre système de levage.

Oui, chaque taille (indépendamment du type de vérin à vis) offre deux niveaux de réduction (→ normal et lent). L’exception concerne les vérins à vis à roue conique : ici, les démultiplications possibles sont 1:1, 2:1 et 3:1.

La rallonge de vis définit une longueur supplémentaire par rapport à la version standard lorsque le vérin est en position rentrée.

Exemple : vous avez besoin d’un mouvement effectif de 100 mm, mais il faut franchir 400 mm entre le point de départ et le réducteur. Dans ce cas, nous prolongeons la vis de 400 mm, ce qui donne une longueur totale de 500 mm en position sortie.

Des codeurs peuvent être montés sur le moteur ou sur la vis sans fin pour une surveillance permanente.

Si seule la position des fins de course est importante, des interrupteurs de fin de course peuvent détecter les positions souhaitées.

Dans les vérins de levage, nous utilisons également souvent des potentiomètres, qui renvoient une certaine valeur de résistance pouvant être lue par le système de commande.

Oui, la protection correspondante peut être assurée par une peinture ou par l'utilisation de matériaux inoxydables.

Oui, la fonction de levage et de déplacement peut être assurée par tout élément de levage mécanique.

Cette exécution utilise un tube supplémentaire monté sur l’écrou mobile pour protéger la vis. L’exécution à tube de poussée désigne ainsi un vérin de levage modifié sur la base d’un vérin à vis.

Graisse de classe NLGI 1 ou 2, adaptée aux paliers lisses et roulants fortement sollicités. Il faut veiller à la compatibilité avec le lubrifiant déjà en place. L’élément déterminant est de savoir si la graisse est fabriquée sur une base minérale ou synthétique.

La quantité de lubrifiant dépend de la taille et du type de vérin à vis. Vous trouverez les données correspondantes dans notre catalogue complet. Voici, à titre d’exemple, celles pour nos vérins à vis cubiques :

Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Dans les applications avec des exigences de sécurité élevées, deux mécanismes de maintien indépendants peuvent être nécessaires. Il peut s’agir d’un auto-blocage dynamique combiné à un frein moteur, ou bien d’un double frein indépendant commandé sur le moteur triphasé.

La vis peut être protégée par un soufflet ou un ressort hélicoïdal.

Oui. Les tensions courantes sont 24 V CC, 230 V CA et 400 V CA. D’autres tensions en courant continu ou alternatif sont disponibles sur demande.

La marge de sécurité peut être augmentée ou réduite. En cas de réduction, il faut veiller lors de l’utilisation de l’installation qu’un blocage de course soit dans tous les cas exclu.

Pour l’extrémité de la vis, le programme standard propose les options suivantes : extrémité filetée, tête articulée, tête à rotule, plaque de bride, plaque de bride avec palier, tenon. Les dimensions correspondantes se trouvent dans Gesamtkatalog 2023 (grob-antriebstechnik.de)

Un dispositif anti-dévissage (AS) empêche la vis de levage de tomber accidentellement dans une version de base. Il ne sert pas de butée mécanique !

  1. Pont électronique : si chaque élément de levage de l’installation est entraîné par un moteur, un pont électronique peut être réalisé à l’aide de codeurs.
  2. Éléments de liaison mécaniques : plus sûrs et moins coûteux, les arbres de liaison et les boîtes de distribution peuvent connecter tous les éléments de levage d’une installation entre eux.

Oui, l’utilisation de matériaux inox est une pratique courante pour les environnements exposés à des milieux agressifs.

L’élément moteur, généralement un moteur triphasé, ne s’arrête pas automatiquement et doit recevoir un signal pour se couper. Ce signal peut être généré par des interrupteurs de fin de course, des codeurs, des potentiomètres ou d’autres composants de suivi de déplacement.

Les entraînements mécaniques réagissent très fortement à un mouvement contre une butée fixe. Selon la puissance du moteur, un blocage de course entraîne le plus souvent des dommages au système vis-écrou.

Les points suivants nécessitent impérativement une version lubrifiée à l’huile :

  1. Utilisation en zone à risque d’explosion avec gaz. Un questionnaire ATEX est alors obligatoire.
  2. Vitesse d’entrée de la vis sans fin de 1500 tr/min à 3000 tr/min.

Oui, les vérins à vis et les cylindres MINI peuvent également être utilisés dans certaines limites en zones ATEX.

Questionnaire ATEX | GROB GmbH Antriebstechnik chevron_right

Pour la version à écrou mobile, seules les dimensions de fixation de l’écrou changent.

Pour la version de base avec vis à billes, il peut arriver que le couvercle de palier soit surélevé afin d’accueillir l’écrou à billes dans le réducteur.

Oui, les vis filetées peuvent également être fabriquées en acier inoxydable.

La question n’est pas incluse ?

Vous trouverez ici d’autres exemples d’applications

À quoi ressemble votre prochaine application ? C’est urgent ? Parlons-en dès maintenant.

Appelez-nous :

Ou écrivez-nous :

Philipp Schmalzhaf

Philipp Schmalzhaf, Directeur commercial