Brevet FR2086291A1 — publié le 19711231

Dans les interrupteurs à commande magnétique, en particulier les disjoncteurs, des opérations de fermeture peuvent, en cas de sous-tension, donner lieu à des difficultés lorsque, pour certaines valeurs de sous-tension, le système magnétique n'est pas assez fort pour enfoncer à fond les ressorts de pression des contacts et que le contact n'est donc pas franc. Ceci peut facilement engendrer le soudage des contacts de l'interrupteur. Pour éviter de telles détériorations, il e iste une prescription selon laquelle la tension pour laquelle on peut actionner les disjoncteurs ne doit pas tomber au-dessous de 85 % de la tension nominale. Toutefois, étant donné que, dans la pratique, la chute de tension par rapport à la tension nominale de fonctionnement peut occasionnellement être plus grande, on s'est efforcé de réaliser des disjoncteurs dans lesquels, même dans de tels cas, des positions incertaines avec contact peu franc soient impossibles. Et d'autres termes, un disjoncteur doit toujours passer sans palier de sa position initiale d'ouverture à sa position finale de fermeture, et,de même, s'ouvrir complètement sans palier lorsque la tension de fonctionnement tombe au point que l'électro-aimant commence à déclencher. Les ressorts de rappel à caractéristique élastique positive, habituellement prévues dans les disjoncteurs ne permettent de satisfaire que très difficilement à cette exigence et ceci, en général, au détriment des pressions de contact nécessaires. Il est connu d'utiliser, dans les disjoncteurs, un dispositif de rappel élastique ayant une caractéristique de rappel négative, c'est-à-dire une dispositif de rappel élastique dont la force de rappel diminue pendant le mouvement d'enclenchement de l'aimant. Les dispositifs de rappel élastique de ce type (connue sous le nom de "ressorts à effet d'évanouissement" ou de "ressorts négatifs") sont constitués par une genouillère sur les articulations extérieures de laquelle un ressort de rappel agit dans le sens du pliage de la genouillère, la composante de pliage étant utilisée pour le rappel du disjoncteur, parce que cette composante diminue constamment au fur et à mesure que la genouillère se tend (s'ouvre). Dans les disposi- tifs de rappel élastiques de ce type connu, la caractFristi- que négative a une allure régulière et rectiligne.Etant donné que, dans un disjoncteur, le déplacement, entre la position initiale (l'aimant étant hors d'action) et la position de fermeture (l'aimant étant enclenché), ainsi que la force de rappel en position initiale sont donnés d'avance et qu'on ne peut pas les modifier sans inconvénient pour d'autres propriétés du disjoncteur, la caractéristique présente, dans ces dispositifs connus, une inclinaison relativement faible.Or, ainsi que cela sera expliqué plus loin au moyen de diagrammes, la conséquence peut en être qu'avec une certaine sous-tension la force totale de rappel fournie, en position de fermeture, par le dispositif de rappel élastique et par les resoorts de pression des contacts suffit pour "ouvrir" l'aimant, mais qu'au "point critique", c'est-à-dire quand les contacts sont sur le point de s'ouvrir (ou de se fermer) et que la partie de la force totale de rappel fournie par les ressorts de pression des contacts a été dei- sée, la force de l'aimant l'emporte sur celle du dispositif de rappel élastique, de sorte qu'il se produit un flottement dû à un contact peu franc quand l'aimant cesse d'agir.Pour qu'un disjoncteur se comporte bien à l'ouverture, il est plumet désirable d'avoir, pour le dispositif de rappel élastique, une caractéristique négative à forte pente, d'une part, pour maintenir l'aimant fermé, ou enclenché, aussi longtemps que possible par suite d'une compensation importante des ressorts de prise sion des contacts, et, d'autre part, pour disposer, au point critique de forces de rappel déjà importantes afin d'éviterque les contacté s'immobilisent dangereusement en ce point.Les dispositifs connus à genouillère et ressort peuvent être agen cés pour procurer une telle caractéristique à forte pente, mais la force de rappel atteindrait alors des valeurs trop élevées dans la position initiale du disjoncteur ouvert, de sorte que l'on ne peut pas, par ce moyen,obteniv le bon compaxtement recherché à l'ouverture. Le but de l'invention est de procurer un dispositif de rappel élastique, dans lequel se trouve supprimé l'état incertain, où flottement, db à un contact lâche et agissant sur le fonctionnement de l'aimant, ceci aussi bien à la fermeture qu'à l'ouverture et quelle que soit la valeur d'une sous-tension possible. L'invention part d'un dispositif de rappel élastique pour -interrupteur à commande magnétique, en particulier pour dis joflote-ur, -dans lequel un ressort de rappel agit sur les arti culations extérieures d'un système à genouillère, dans le sens produisant le pliage du système, la composante de pliage de ce système constituant la force de rappel. La caractéristique du dispositif de rappel suivant l'invention est que le système à genouillère comprend au moins deux genouillères soumises à l'action d'un ressort, accouplées à la partie mobile du système d'aimant, agissant successivement au cours du déplacement, et ayant la forme de pièces d'appui pouvant s'écarter l'une de l'autre. On obtient alors, pour la force de rappel du dispositif de rappel, une caractéristique en forme de dents de scie et l'on peut ainsi choisir la forte inclinaison désirable de la caractéristique de la force de rappel, tout en maintenant, pour la position d'ouverture du disåonc- teur, la faible valeur initiale nécessaire, ceci en montant ltun derrière l'autre plusieurs systèmes à genouillère entrant successivement en action.En effet, peu avant le point critique, la genouillère qui, lors du mouvement de fermeture de l'aimant, agit la dernière, ramène la force de rappel à une valeur supérieure avantageusement choisie, de sorte qu'on peut prévoir, pour la dernière genouillère, la caractéristique désirée, (fortement descendante) pour la force de rappel. En raison de cette partie, à plus forte pente, de la caractéristique, la force de rappel, à caractéristique positive, procurée par les ressorts de pression des contacts est plus fortement compensée par le dispositif de rappel élastique.L'aimant enclenché ne retombe donc que pour des valeurs nettement inférieures de la sous-tension, la conséquence en étant que la force de l'aimant est également plus faible et qu'en outre, la force de rappel du "ressort né gatif't augmente considérablement dans la région du point critique. Dans le dispositif de rappel élastique suivant l'invention, la force du ressort de rappel, au point critique,peut prendre toute valeur désirée, et même une valeur supérieure à celle du rappel en la position initiale. Cela n'est pas possible avec les dispositifs de rappel élastique connus dans lesguels la caractéristique de la force de rappel décroSt linéairement. Gracie à l1invention, on est donc certain qu'en cas de soustension, la force exercée au point critique par l'aimant qui déclenche est toujours inférieure à la force de rappel fournie en ce point par le dispositif de rappel élastique, de sorte qu'on est certain d'éviter un état de flottement dt à un con tact lichez Conformément à l'invention, les genouillères peuvent titre groupées structurellement et être très simplifiées en utili sant, pour l'ensemble du système à genouillère, uniquement deux bras de genouillères aux extrémités contiguës desquels sont prévus au moins deux articulations de genouillères, disposées l'une derrière l'autre dans la direction du mouvement, susceptibles de se désaccoupler et qui, lors de la fermeture et de l'ouverture du disjoncteur, s'accouplent et se désaccou plent alternativement. On obtient une forme de réalisation très simple lorsqu'on dispose, sur 11 extrémité d'un des bras de la genouill8re, extrémité située du cet de-l'artioulation, au moins deux creusures et, sur l'autre bras, des couteaux qui s'engagent successivement dans leur creusure correspondante. Dans une variante, -1eB extrémités contigues des deux bras peu vent titre articulées l'une sur l'autre au moyen d'au moins deux articulations de genouillère constituées chacune par une cheville et un trou allongé ou boutonnière. Suivant l'invention, le système de genouillère peut aussi comprendre, au lieu de deux articulations intérieures à ge nouillères venant successivement en prise de la façon décrite ci-dessus, deux articulations extérieures disposées l'une der rière l'autre dans la direction du mouvement, et désaccoupla bles, articulations qui, lors de l'opération d'ouverture ou de fermeture du disjoncteur, s'accouplent et se désaccouplent alternativement. On peut obtenir des dispositifs de rappel élastiques axant une caractéristique dont l'inclinaison principale soit située entre le point critique et la position de fermeture non seulement grtce aux genouillères décrites ci-dessus, mais également par d'autres moyens. C'est ainsi,par exemple, qu'il est possi ble d'obtenir une caractéristique de force de rappel s'abais sant d'abord peu et ensuite fortement, à la façon d'une sinu solde aplatie, en utilisant un plateau de manivelle sur lequel sont articulés, à des distances différentes du point de rota tion du plateau, un ressort de traction de rappel et l'élément à rappeler. L'invention va maintenant être décrite, plus en détail en se reportant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente un dispositif, qui appartient à la technique,à ressort de rappel pour disjoncteur - la figure 2 est un diagramme des forces apparaissant dans un disjoncteur avec le dispositif suivant la figure 1 - la figure 3 est un diagramme illustrant les proportions des forces avec un dispositif de rappel élastique suivant l'invention - les figures 4a, 4b et 4c représentent schématiquement et dans trois positions différentes, un exemple de réalisation du dispositif de rappel à ressort suivant l'invention - la figure 5, enfin, représente un autre exemple de réalisation du dispositif de rappel à ressort suivant l'invention. Dans le dispositif, appartenant à l'état de la technique et représenté sur la figure 1, l'aimant de commande 1 agit, par l'intermédiaire de la pièce d'entratnement 2, sur le système de contact 3 comprenant le contact mobile 4 et les contacts fixes 5. Une genouillère, comprenant deux bras 6 et 7, l'articulation 8 et les deux articulations extérieures 9, et 10, est reliée, dans la zone de son bras 6 et au voisinage de l'articulation 8, à la pièce d'entratnement 2. La genouillère est reliée, par l'articulation extérieure 10, à un levier 12 pivotant en 11, tandis qu'un ressort de traction 13 est tendu entre le levier 12 et l'autre articulation extérieure 9. Sous l'influence du ressort de traction 13, le dispositif à genouillère fournit, à la partie mobile 4 du disjoncteur une composante d'ouverture du circuit en direction de la butée 14.Quand l'aimant atteint sa position extrême (position de fermeture), la genouillère 6, 7 se trouve presque dans sa position d'extension comme on l'a représenté en 15 entrait pointillé, de sorte que, bien que le ressort de rappel 13 soit tendu, la composante d'ouverture stop- posant à la force de l'aimant a été abaissée à une valeur faible. Les forces qui apparaissent dans le disjoncteur dans la disposition suivant la figure 1 sont représentées dans le diagramme de la figure 2. On y a porté la course de l'aimant sur l'axe des X, dans le sens de la flèche 16, et la force, sur l'axe des Y, dans le sens de la flèche 17. On a indiqué, sur l'axe des X, la position initiale À (dans laquelle la partie mobile du disjoncteur est en appui, contre la butée 14), le point critique (d la fermeture ou à l'ouverture : point où le ou les contacts mobiles 4 entrent en contact avec les contacts fixes 5) et la position finale C (position de fermeture). La courbe 18 et la caractéristique de la force de l'aimant pour la sous-tension minimale, par exemple 85 % de la tension nominale, jusqu'à laquelle le disjoncteur peut encore titre actionné normalement.La courbe de "besoin de force" 1) est la caractéristique pour l'ensemble des forces de rappel qui apparaissent dans le disjoncteur, entre la position initiale A et la position finale C. La courbe 20 est la caractéristique de la force de l'aimant quand celui-í retombe et cette courbe illustre le cas où le disjoncteur étant- dans sa position de fermeture, la sous-tension tombe au point que l'aimant ne peut plus maintenir la position de fermeture (tension de rellqchement). Le dispositif de rappel élastique donne à la partie mobile du disjoncteur, en état d'ouverture, une force d'appui correspondant à la valeur 21. Grftce au dispositif de genouillère, cette force de rappel tombe, avec une caractéristique rectiligne, à la valeur 22 dans la position finale CO Quand 1' aimant a exécuté une certaine course, les contacts mobiles 4 entrent en contactavéc les contacts fixes S, et les ressorts de pression de contact (non représentés) prévus habituellement dans les disjoncteurs agissent. Cela est représenté par l'augmentation de force 23. A l'instant de la première entrée en contact, c'est-à-dire au point critique B, la composante d'ouverture du circuit a une valeur 24. La valeur de la force d'appui 21 est déterminée de manière que l'aimant soit en état de vaincre cette force d'appui 21 ainsi que la somme des forces antagonistes 23 et 24 au point critique B, c'est- & dire la force au point G. Conformément à la condition imposée, cela est valable pour la courbe 18 de la force de traction-de l'aimant, et on voit que, dans les conditions décrites ci-dessus, on obtient, dans tous les cas, une traction, sans palier, jusqu'à sa position finale, de l'aimant qui s'enclenche, ceci pour une tension de fonctionnement de 85 % et plus0 Les conditions sont au contraire différentes lorsqu'on considère le cas où, l'aimant étant enclenché, la tension tombe au point que la force de l'aimant ne suffise plus pour maintenir les contacts dans l'état d'enclenchement, c'est-à-dire dans la position finale Ce L'aimant s'ouvre pour une certaine tension de rèlchement, correspondant à la force 25 de l'aimant. Cette force 25 est, au signe près, égale à la sone de la force 22, ctest-i-dire la force résiduelle de rappel du dispositif de rappel élastique, de la force 23, à savoir la tension préalable des ressorts de pression des contacts, et de la force 26a + 26b, c' est-à-dire la force antagoniste qui apparat quand les ressorts de pression des contacts sont comprimés. Ainsi que cela apparat de la figure 2, la courbe 20 de la force de l'aimant, résultant de la tension de relâchement, coupe au point D la courbe de force nécessaire, du disjoncteur à son point critique B (à la fermeture) Etant donné qu'en ce point, la force de rappel 24 est sensiblement inférieure à la force de traction de l'aimant, un contact liche et dangereux a lieu jusqu'à ce que la tension de fonctionnement soit tombée suffisamment pour que la force de l'aimant tombe audessous du point E, ou que cette force se soit suffisamment élevée pour dépasser le point G et que le disjoncteur soit réenclenché. Pour maitriser les opérations de déclenchement, il faut donc s'efforcer de faire complètement disparattre la surface triangulaire D, E, F, ou tout au moins de la maintenir aussi petite que possible. Or, avec un dispositif simple à ge nouillère, on ne peut pas satisfaire à cette exigence sans inconvénients pour le fonctionnement d'ensemble du disjoncteur. En effet, dans la position initiale A, la force de rappel 21 est fixée par les conditions à remplir. De même, le parcours de déplacement entre les positions A et C est également donné d'avance dans les disjoncteurs; par ailleurs, on ne peut pas réduire à volonté la course B-A. On ne peut pas non plus, dans le dispositif connu, réduire la force 25 gui, dans le diagram me, détermine la hauteur de la courbe 20 de la force de l'aimant, car, pour des motifs particuliers, les forces de rappel 23, 26a et 26b fournies par les ressorts de pression des contacts sont donnés d'avance, et, pour une réduction de la force résiduelle 22 du dispositif de rappel élastique, la force de rappel 24 au point critique B diminuerait également.Lors d'une diminution de la force 25, aux dépens de la force résiduelle 22, les deux points H et E (du diagramme) appartenant à la courbe 19 de besoin de force se déplaceraient vers le bas; de sorte qu'après comme avant, la courbe de force de ltaimant couperait la courbe 19 de besoin de force. Le diagramme de la figure 3 se rapporte au dispositif de rappel suivant l'invention, dispositif dans lequel la caractéristique 20' de la force de l'aimant qui retombe ne coupe pas la ligne 19' de besoin de force, de sorte que l'on supprime l'état incertain d'un contact lâche. Sur la figure 3, comparée à la figure 2, on a repris, sans changement, la valeur initiale précitée 21 de la force de rappel, la valeur 24, de la force de rappel au point critique B, la somme des forces 23 et 26a + 26b des ressorts de pression des contacts ainsi que la courbe 18 de la force de traction de l'aimant. Mais ioi, et contrairement à la figure 2, on a prévu, pour le dispositif de rappel élastique, une caractéristique tombant progressivement depuis la valeur initiale 21 de la force jusqu'à la valeur résiduelle finale 22' de la force. Dans sa partie comprise entre la position initiale À et le point critique B, cette caractéristique I, J, E et L en dents de scie qui, prise dans son ensemble, ne ss'abaisse que légèrement, mais qui, dans la zone précédant de peu le point critique B jusqu'à la position finale C, s'abaisse relativement fortement, de sorte que, pour une meme force de rappel 24 au point 3, on obtient, dans la position finale C, une force résiduelle 22' sensiblement plus faible que dans le cas de la figure 2.En correspondance avec la force résiduelle plus faible 22', la courbe 19' de besoin de force est également plus plate sur la partie G-H' située entre le point B et la position finale C, et l'aimant ne retombe que pour une sous-tension plus faible, correspondant à la force plus faible 25' de l'aimant. il en résulte que la force de l'aimant qui retombe a été diminuée indépendamment de la force de rappel 24 au point B, et que la caractéristique 20' de la force de l'aimant ne coupe plus la courbe 19' du besoin de force. Les figures 4a, 4b et 4c représentent une forme de réalisation préférée d'un dispositif de rappel élastique ayant la caractéristique I, J, K, L de la figure 3. Cette forme de réa- libation se distingue de celle suivant la figure 1, uniquement par le fait qu'entre les deux bras 27 et 28 de la genouillère se trouvent deux articulations de genouillère qui se désaccouplent alternativement et qui amont disposées l'une derrière l'autre dans la direction du mouvement, lesquelles articulations sont formées par les deux couteaux 29 et 30 situés à l'extrémité intérieure du bras 27 et par les creusures d'appui correspondantes 31 et 32 situées à l'extrémité intérieure du bras 28.On a représenté, sur la figure 4a, la position d'ouverture pour laquelle seule l'articulation 29, 31 la plus proche de l'angle embrassé est en prise et fournit la force de rappel 21 pour la position initiale. Pendant l'opération d'enclenchement de l'aimsst 1, les bras 27, 28 viennent occuper la position intermédiaire représentée sur la figure 4 , position dans laquelle les couteaux 29 et 30 des deux articulations de genouillère s'engagent dans les creusures correspondantes 31 et 32. Lors du franchissement de cette position intermédiaire, la caractéristique saute du point J au point E (figure 3). Quand la genouillère continue à se déplacer, le couteau 29 sort de la creusure 31, et seule la seconde articulation de genouillère constituée par le couteau 30 et la creusure 32 est encore en prise. À cette partie du déplacement de la genouillère s'applique la partie g-L de la caractéristique.Les lignes suivant lesquelles agit le dispositif à genouillère sont, sur les figures 4a à 4c, indiquées, pour le bras 27, par des traits forts et, pour le-bras 28, par des lignes en trait mixte. La forme de réalisation suivant les figures 4a à 4c n'en traie pas des dépenses plus importantes que la forme de réalisation connue suivant la figure 1, mais elle procure la s6- curité qui ressort de la figure 3,et qui est l'élimination d'un état de contact ltche.Du point de vue du fonctionnement, on a prévu, dans la forme de réalisation de la figure 4, deux systèmes de leviers à genouillères accouplés entre eux, agissant l'un après l'autre et procurant une caractéristique à pente plus forte des gradins individuels des forces de rappel, de sorte qu'on obtient, non seulement l'abaissement précité de la force résiduelle de rappel 22', mais encore un excèdent momentané considérable de force de rappel et, par conséquent, un fonctionnement sur ou encore une accumulation d'énergie cinétique pour l'opération d'ouverture. Dans le dispositif suivant l'invention, un dépassement d'amplitude du mouvement du système d'aimant, au-delà du point critique, pendant l'opération d'ouverture, aboutit très rapidement à la zone des grandes forces de rappel et augmente ainsi la surjeté d'ouverture, comme cela ressort nettement de l'examen de la surface excédentaire E, J, K de la figure 3. La figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif à rappel élastique suivant l'invention, variante qui procure également la caractéristique de force de rappel I, J, K, L de la figure 3. Dans cette forme de réalisation, le bras 33 de la genouillère porte à son extrémité située du côté de l'articulation, deux chevilles 34, 35, qui peuvent se déplacer dans des boutonnières 36, 37 ménagées dans l'autre bras 38.Dans la position initiale À et sur la partie I, J, de la caractéristique, le levier 33 8 s'appuie sur le bras 38 par l'in- termédiaire de la cheville 34o C'est seulement quand la force continue à s'exercer sur le système de genouillère que l'autre cheville 35 vient en appui à l'extrémité inférieure de la boutonnière 37, après quoi la cheville 34 s'écarte de son point d'appui. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées au dessin. On peut par exemple, sur la figure 4a, prévoir sur les bras 27 et 28, un plus grand nombre de couteaux et de creusures qui viennent respectivement successivement en prise, auquel cas la caractéristique de la force de rappel de la figure 3 serait, entre les points I et K, la courbe en dents de scie 39 représentée en trait pointillé. À la place de l'articulation à genouillère, l'articulation ex térieure 10 pourrait également consister, de façon analogue, en plusieurs articulations venant successivement en prise. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif de rappel élastique pour interrupteur à commande magnétique, en particulier pour disjoncteur dans lequel un ressort de rappel agit sur les articulations extérieures d'un système à genouillère, dans le sens produisant le pliage du système, la composante de pliage de oe système constituant la force de rappel, caractérisé par le fait que le système à genouillère comprend au moins deux genouillères soumises à l'action d'un ressort, accouplées à la partie mobile du système d'aimant, agissant successivement au cours du déplacement, et ayant la forme de pièces d'appui pouvant s'écarter l'une de l'autre. 2.- Dispositif de rappel élastique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le système à genouillère ne comprend que deux bras de genouillère aux extrémités desquels, extrémités qui sont situées du côté de l'articulation, se trouvent deux articulations de genouillère, disposées l'une derrière l'autre dans la direction du mouvement, susceptibles de se désaccoupler et qui, lors de la fermeture et de l'ouverture du disjoncteur, s'accouplent et se désaccouplent al- ternativement. 3.- Dispositif de rappel élastique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, sur l'extrémité d'un des bras de la genouillère, extrémité qui: est située du c8té de l'articulation, sont disposés au moins deux creusures et, sur l'autre bras, des couteaux qui s'engagent successivement dans leur creusure correspondante0 4.- Dispositif de rappel élastique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les extrémités contiguës des deux bras sont articulées l'une sur l'autre au moyen d'au moins deux articulations de genouillère constituées chacune par une cheville et un trou allongé ou boutonnière. 5.- Dispositif de rappel élastique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le système de genouillère comprend deux articulations extérieures disposées l'une der rière l'autre dans la direction du mouvement, et désaccouplables, articulations qui, lors de l'opération d'ouverture ou de fermeture du disjoncteur,s'accouplent et se désaccouplent alternativement.