Brevet FR2006828A1 — publié le 19700102

L'invention concerne des fus bues sous vide et plus particulièrement un procédé pour réaliser de tels fusibles de façon qu'ils puissent titre soumis à des températures relative ment élevées pendant leur phase de fabrication sans fondre et qu'ils soient néanmoins aptes à fournir une caractéristique temps-courant à variation relativement lente Bien que les caractéristiques de fonctionnement des fusibles sous vide recommandent leur emploi dans de nombreuses applications, le codt de fabrication desdits fusibles, obtenus par de nombreux procédés de fabrication antérieursQ est souvent si élevé qu'il interdit leur utilisation. D'autre part, on connatt des procédés de fabrication dans lesquels les fusibles sous vide peuvent etre réalisés de façon fiable à un prix plus modéré, mais aux dépens des caractéristiques de fonctionnement des fusi- bleus. En général, ces procédés relativement peu onéreux, de fabrication des fusibles sous vide, sont basés sur la combinaison des getters et d'atmosphères de gaz réducteurs, pendant les phases de fabrication sous centrale de température, afin de réaliser le vide désiré. Par exemple, un tel procédé de fabrication est indiqué dans le brevet américain n 2 934 392. Dans un procédé "sans pompage" tel que celui que fait connattre ce brevet, les phases de température utilisées soumettent l'élément fusible du fusible à des températures relativement élevées, qui sont déterminées aussi bien par les caractéristiques du getter que par la température requise pour sceller hermétiquement l'onveloppe vidée, pg soudage. La présence de niveaux de température aussi élevés pendant le processus de fabrication oblige à réaliser le fusible avec un élément fusible dont la température de fusion est légèrement supérieure à la température maximum atteinte pendant ledit processus. De plus, bien que des fusibles sous vide relativement peu onéreux puissent être fabriqués par ce type de procédé "sans pompage", la température de fusion nécessairement élevée de leurs éléments fusibles a jusqu'ici restreint leur utilisation à des applications nécessitant la coupure rapide de circuits en réponse à des surintensités relativement élevées. Un avantage majeur de la présente invention réside dans le fait qu'elle résoud les problèmes mentionnés ci-dessus inhérents aux fusibles sous vide des réalisations antérieures en fournissant un fusible sous vide, fabriqué à peu de frais et possédant une caractéristique temps-courant à variation relati vement lente. C'est pourquoi les fusibles sous vide, fabriqués conformément à la présente invention; fournissent tous les avan- tages propres aux actuels fusibles sous vide connus tout en apportant simultanément les caractéristiques de fonctionnement permettant leur utilisation à la protection des circuits contre les dégâts causés par des surintensités faibles et permanentes. En résumé, dans une forme de réalisation de la présente invention, un fusible sous vide, possédant un élément fusible thermosensible, est muni d'un dispositif à ressort asso ci à l'élément fusible pour le mettre sous tension. Le dispositif à ressort sert à étirer l'élément fusible et à amorcer sa-fusion lorsqu'il est soumis à une température prédéterminée qui abaisse la résistance de l'élément fusible à la la traction. L'effort de traction du ressort est proportionné aux propriétés thermiques et mécaniques de l'élément fusible de sorte que la température prédéterminée e laquelle la rupture mécanique se produit, est sensiblement inférieure à la température requise pour nàre l'élément non soumis à une traction. Dans le fabrication des fusibles conformément à la présente invention, la traction du ressort est destinée à mettre sous tension l'élément fusible uniquement après qu'il a été à l'intérieur de l'envelope vidée lors d'une phase de chauffage qui amène la température de l'enveloppe jusqu'à une valeur proche de la température de fusion de l'élément fusible non soumis à une traction. D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de ce qui suit et ladite invention sera mieux com- prise par la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée en coupe élévation au dessin annexé. En se référant maintenant au dessin, on y voit représenté un fusible sous ide possédant un boitier tubulaire isolant qui peut être constitué par de l'alumine ou par un autre matériau approprié étanche. Les embouts métalliques 2 et 2 son scellés de façon étanche aux extrémités opposées du boitier 1 par un procédé qui sera décrit plus lon. En plus du chapeau scel lé 3, l'embout 2 comprend un manchon 4, de forme cyclindrique, soudé sur ledit chapeau. Sur l'autre face du chapeau 3, ou face inférieure de ce dernier, l'une des extrémités d'un soufflet métallique 5 est scellé au- chapeau 3, d'une façon étanche au vide, et l'autre extrémité de- cê soufflet est sce-llée à la tige 6 d'une électrode 7, de la meme fanon. On a trouvé qu'il est possible de réaliser le joint d'étanchéité au vide entre le chapeau 3 et le soufflet métallique 5 en soudant Ces éléments ensemble sur le pourtour d l'ouverture 3a percée au centre du chapeau 3 pour laisser passage à la tige 6 de l'électrode, comme cela sera décrit ci-après plus complètement. Afin de réaliser un joint d'étanchéité au vide entre le soufflet métallique 5 et la tige 6 de l'électrode 7, dans la forme de réalisation préférée de l'invention, une plaque 8 est d'abord soudée Sur la tige 6, puis l'extrémité inférieure du soufflet 5 est soudée sur le rebord périphérique extérieur de ladite plaque. On verra qu'avec cette disposition, l'embout 2, qui englobe le chapeau 3, le soufflet 5, l'électrode 7 avec sa tige 6 et la plaque 8, sert à former un joint d'étanchéité au vide pour le boitier l,autour de l'ouverture 3a du chapeau 3. Une seconde électrode 9, comportant une tige 10, est fixée électriquement et mécaniquement au centre du chapeau 2' par soudage. Le circuit électrique est complété, entre les électrodes 7 et 9, par un élément fusible mince Il, qui peut entre un fil constitué par un alliage argent-étain approprié ou par un autre alliage convenable. On comprendra que les dimensions de l'élément fusible 11, de mtme que sa lomposition spécifique, sont normalement déterminées par le régime de fonctionnement temps-courant que le fusible est destiné à avoir. Cependant, corme cela sera indiqué plus complètement ci-après, d'autres considérations telles que des paramètres de température de fabrication influeront nécessairement sur le choix d'un élément fusible convenable 11. Les électrodes 7 et 9 peuvent avoir la forme que l'on désire ; cependant afin de conserver pour l'élément fusible 11 une longueur relativement courte, les électrodes 7 et 9 ont une forme telle qu'elles peuvent être placées très près l'une de l'autre. En atme temps, on choisit une masse importante pour les électrodes 7 et 9 en regard de la masse de l'élément fusible 11, de sorte que ces électrodes touent le rible d'éléments de refroi disseaent pour ledit élément fusible et, donc, permettent de raccourcir davantage la longueur de ce dernier sans accrortre ses dimensions mécaniques ou sa résistance à la traction. En conséquence, lorsque l'élément fusible 11 est soumis à un arc électrique dO à une surintensité, il se vaporise complètement et un isolant très élevé est introduit presqu'instantanément dans le circuit entre les électrodes 7 et 9 par remplacement de l'élément fusible 11 par un vide "poussé" dans le circuit du fusible. Cette fusion et cette introduction d'un bon isolant dans le circuit, réalisées simultanément, obligent le fusible à couper la surintensité qui existait dans le circuit, à la première annulation de courant. On comprendra que l'élément fusible 11 peut être fixé aux électrodes 7 et 9 d'une façon convenable quelconque mais, dans la forme deréalisation préférée de l'invention, les électrodes 7 et 9 et les tiges 6 et 10, sont fendues de façon que les extrémités opposées de l'élément fusible 11 puissent etre respectivement insérées dans les fentes représentées sur le dessin par lia et llb. Les extrémités fendues des électrodes 7 et 9 sont ensuite fixes par serrage sur les extrémités de l'élé- ment fusible 11 par tout procédé classique d'emboutissage afin de constituer une liaison électrique et mécanique solide. Conformément à la présente invention, on soumet l'élément fusible 11, afin de le tendre par traction, à l'action mécanique d'un ressort à boudin 12 comprime entre la partie cylindrique 4 de l'embout 2 et un chapeau de retenue 13. Ce dernier est muni d'un perçage taraudé 14 destiné à être vissé sur l'extrémité 6a de la tige 6 de l'électrode 7. Lorsque l'élément fusible 11 est dans son état normal, dans lequel il n'est pas fondu, comme cela est représenté sur le dessin, il maintient le ressort 12 comprimé de sorte que ce dernier tend à écarter les, électrodes 7 et 9 l'une de l'autre. Les caractéristiques du ressort 12 sont en rapport avec la résistance à la traction et les propriétés thermi- ques de l'élément fusible 11 de sorte que la contrainte exercée par le ressort 12 sur l'élément fusible ll provoque sa rupture à une température sensiblement inférieure à sa température de fusion lorsque l'élément fusible 11 est soumis à un niveau de température prédéterminé qui le ramollit suffisamment pour ré duite sa résistance à la traction. Par conséquent, grtce à ce ressort tendant l'élément fusible 11, la caractéristique temps-cournt du fusible est sensiblement améliorée ; c'est pourquoi on peut utiliser le fusible pour protéger les circuits contre des élé- vations de température plus grandes que celles contre lesquelles les fusibles sous vide avaient jusqu'ici permis une protection satisfaisante. Lors de la fabrication d'un fusible conformément à la présente invention, on a trouvé que la méthode suivante de fabrication fournit un fusible sous vide fiable, de très bonne qualité et à coût de fabrication minimal. L'élément fusible il est d'abord fixé par serrage entre les électrodes 7 et 9, puis la plaque 8 est soudée sur la tige 6 de l'électrode 7 et le soufflet 5 et le chapeau 3 sont à leur tour soudés ensemble comme cela a été indiqué ci-dessus. La partie cylindrique 4 de l'embout 2 peut store soudé sur le chapeau 3 lors d'une opération séparée ou en mEme temps que le soudage scellant le soufflet 5 au chapeau 3 comme cela est réalisé dans le mode d'exécution préféré du présent procédé de fabrication. Après que la plaque 8 a été sou- dée sur la tige 6, une coupelle 15 de retenue est également fixée sur cette tige d'une quelconque fanon appropriée, telle que le soudage, et un disque 16 en hydrure de titane est placé dans la coupelle 15. L'embout 2 et les électrodes 7 et 9, réunis ensemble, sont alors mis en place dans le boîtier tubulaire 1 et l'embout 2' est soudé sur l'extrémité de la tige 10 de l'électrode 9, Etant donné que l'inventeur préfère utiliser le procédé d'évacuation 'sans pompage', qui est décrit dans le brevet américain n 2 934 392, pour réaliser le vide dans l'enveloppe constituée par le boitier 1 et les embouts 2 et 2', des rondelles de soudure appropriées 17 et 18 sont montées respectivement entre les cm- bouts 2 et 2' et les extrémités du boîtier 1. L'enveloppe est ensuite chauffée jusqu'à une température comprise approximatives ment entre 780 C. et I 0000Ç. suivant l'alliage de soudure utilisé, et est maintenue environ dix minutes à ce niveau pendant que l'enveloppe estremplie avec une atmosphère d'hydrogène de sorte que l'atmosphère préexistant dans l'enveloppe est réduite à de l'hydrogène sensiblement pur et que le disque 16 en hydrure de titane libère la plus grande partie de son hydrogène. Lorsque le niveau de température croit de 780 C. à 1 0000Ç., les rondelles 17 et 18 de soudure fondent après environ quatre ou cinq minutes et forment un joint étanche au vide entre les embouts 2 et 2' et le bottier tubulaire 1. Quand ces joints étanches au vide sont formés, on laisse refroidir l'enveloppe et, pendant ce refroidissement, le disque 16 en hydrure de titane absorbe pratiquement tous les gaz restant dans l'enveloppe et crée un videvpoussé dans cette dernière. Cette étape de-réalisation du vide dans le procédé de fabrication suivant l'invention est décrits plus com- plètement dans le brevet susmentionné englobant diverses méthodes de réalisation technique de cette partie du procédé. Le point important à noter en ce qui concerne le procédé de fabrication suivant l'invention est que les caractéristiques thermiques de l'élément fusible 11 doivent être telles que cet élément ne fonde pas pendant le processus de fabrication lorsqu'il est soumis aux températures élevées nécessitées par les étapes du processus de réalisation du vide correspondant au dégazage et au scellement de l'enveloppe. Après avoir réalise, le vide dans l'enveloppe et refroidi cette dernière à une température convenable, l'étape suivante de ce procédé de fabrication consiste à monter le ressort à boudin 12 dans le cylindre 4 et à le comprimer à l'intérieur du chapeau 13, en forme de coupe, qui est ensuite vissé sur l'ex- trémité filetée 6a à l'extrémité de la tige 6 de l'électrode 7. Par conséquent l'élément fusible 11 est soumis à une tension mécanique prédéterminée par la forco de compression du ressort à boudin 12. Il est évident pour les hommes de l'art que le degré de la tension appliquée à l'élément fusible 11 peut être finement réglé en faisant varier le taux de compression du ressort 12, qui est déterminé par sa position plus ou moins éloignée du chapeau 3 sur l'extrémité filetée 6a. Dans le procédé suivant l'invention, on comprendra que le soufflet et le ressort à boudin 12 servent uniquement à donner une liberté de mouvement réciproque suffisante à l'électro- de 7 afin de l'écarter suffisamment de l'électrode 9 pour rompre l'élément fusible ll lorsque ce dernier s'est ramolli sous l'effet de l'élévation de sa température jusqu a un niveau prédçterminé un peu en-dessous de sa température normale de fusion. Cependant, étant donné que la quantité de courant traversant l'élément fusi- ble 11 pour lui faire atteindre ce niveau prédéterminé de tempe rature peut titre relativement faible, la chambre 5 et le ressort 12, dans la forme de réalisation préférée de l'invention, sont destinés à séparer suffisamment les électrodes 7 et 9 lune de l'autre pour que la résistance diélectrique du vide de l'envelop- pe suffise à couper le circuit (à la suite d'un cycle de tension nul) même si les extrémités de l'élément fusible 11 ne sont pas complètement consumées par l'arc électrique à courant relativement faible produit entre elles après la rupture mécanique de l'élément 11. - REVENDICATIONS o 1) - Fusible sous vide comportant un boitier tubulaire étanche au vide, qui possède deux embouts métalliques montés à des extrémités opposées de ce dernier et un élément fusible connecté électriquement et mécaniquement entre lesdits embouts, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif mécanique de charge pour mettre l'élément fusible sous tension, ce dernier étant apte à supporter la tension exercé par ledit dispositif lorsqutil est soumis à des températures ne dépassant pas un niveau prédéterminé, et étant de plus apte à ttre ramolli et rompu sous l?effet de la traction exercée par ledit dispositif de charge lorsqu'il est soumis à des températures dépassant le niveau indiqué précédemment. 2) - Fusible sous vide suivant la revendication 1), caractérisé par le fait que ledit dispositif de charge comprend un ressort à boudin monté de fagon à exercer une tension sur l'élément fusible dans une direction essentiellement parallèle à l'axe longitudinal de cet élément. 3) - Fusible sous vide suivant la revendication 1) ou 2), caractérisé par le fait qu'un desdits embouts comporte une électrode et un dispositif étanche flexible, tel qu'un soufflet susceptible de former un joint étanche au vide entre ledit boitier tubulaire et ladite électrode de sorte que cette dernière soit mobile par rapport au boitier, l'élément fusible étant ins6ré entre l'électrode de l'embout considéré et celle de l'autre embout et ledit dispositif de charge étant relié mécaniquement à ladite électrode. 4) - Fusible sous vide suivant la revendication 3), caractérisé par le fait que ladite électrode est munie d'une tige allongée, dont une extrémité est reliée audit ressort, ce dernier étant fixé d'un c8té dudit soufflet et ledit élément fusible étant fixé de l'autre c8té de ce soufflent. 5) - Fusible sous vide suivant 1'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'un desdits embouts et l'électrode qui lui est associée sont montés rigidement sur ladite enveloppe et que l'électrode de l'autre embout est montée sur cette enveloppe de façon à pouvoir se déplacer, que l'enveloppe considérée comporte une ouverture, que lesdits dispositifs étanches au vide comprennent un soufflet et un dis positif formant un joint, raspectivement entre ledit soufflet et ladite électrode mobile et les organes définissant ltouverture considérée, un dispositif d'accouplement étant adapté à relier, au travers de ladite ouverture et de ladite chambre, l'électrode mobile audit ressort. 6) - Fusible sous vide suivant la revendication 5), caractérisé par le fait que le dispositif d'accouplement comprend une tige solidaire de ladite électrode mobile, ledit ressort étant destiné å titre maintenu comprimé par le dispositif d'accouplement considéré et par ledit élément fusible lorsque ce dernier n'est pas fondu. 7) - Procédé pour réaliser un fusible, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser une enveloppe contenant un élément fusible et des dispositifs pour relier électriquement ledit élément à une source de courant électrique, à évacuer et à sceller de façon étanche ladite enveloppe et à mettre l'élément fusible sous tension mécanique afin d'en provoquer la rupture et la fusion à une température inférieure à sa température de fusion lorsqu'il n'est pas soumis à une contrainte. 8) - Procédé pour réaliser un fusible suivant la revendication 7), caractérisé par le fait que l'élément fusible est placé sous contrainte mécanique après que l'enveloppe a été scellée. 9) - Procédé pour réaliser un fusible suivant la revendication 8), caractérisS par le fait que le dispositif de mise sous contrainte mécanique dudit élément fusible est placé à l'extérieur de ladite enveloppe et qu'elle est munie d'un dispositif flexible étanche par l'intermédiaire duquel une contrainte ôst transmise du dispositif de mise sous tension mécanique de l'élément fusible à cet élément, sans que le vide de l'envelop pe en soit affecté.