Brevet FR2186717A1 — publié le 19740111

L'invention concerne un contact de commutateur électrique, utilisable en particulier comme sectionneur pour des dispositifs de test dans des installations téléphoniques, avec des éléments de contact qui se croisent. Dans les contacts de commutateur électrique, de quelque type qutils soient, le rapport de la résistance de contact électrique lorsque le contact est respectivement fermé et ouvert présente, entre autres facteurs, un intérêt essentiel. En effet, ce rapport est ltun des critères de la qualité du contact de commutateur et il doit store aussi faible que possible s'agissant de contacts de commutateur à séparation galvanique, ctest-à-dire de contacts de commutateur qui s'ouvrent et se ferment mécaniquement, ce rapport serait de zéro à l'infini dans le cas idéal. I1 est vrai qu'un semblable rapport idéal supposerait que la résistance électrique de passage du contact de comme mutateur fermé présente la valeur zéro, ce qui ne pourrait toutefois être obtenu approfimativement que dans le domaine de ce quton appelle la supraconductivité et n'est donc pas envisageable dans le domaine d'utilisation pratique de contacts de comiutateur du type défini ci-dessus.La résistance électrique de passage de contacts de commutateur se situe donc toujours au-dessus de zéro à la température ambiante normale et sa grandeur dépend, non seulement de la conductibilité spécifique du matériau pour contact utilisé, mais aussi d'autres facteurs tels que couches de matière étrangère, pression de contact, état de surface des éléments de contact ou similaires, facteurs qui sont définis dans la littérature spécialisée par le terme générique "résistance de contact". Les causes physiques de la résistance de contact précitée sont en principe connues depuis longtemps. À cet égard, abstraction faite de l'influence également connue des couches dites étrangères sur les surfaces métalliques établissant le contact, par exemple de couches d'oxyde ou similaires sur la conductibilité du contact de commutateur, on sait avec certitude que le passage du courant n'est nullement assuré par la surface totale des parties des éléments de contact qui sont accolées lors de l'établissement du contact, mais qu'il se forme, à l'intérieur de cette surface de contact qui n'est qu'apparente, par suite de la rugosité cristalline inévitable de toute surface métallique, différents trajets de courant extrêmement petits au niveau desquels le passage du courant se produit avec un resserrement des trajets de courant (résistance dite de rétrécissement). En ce qui concerne maintenant la description quantitative de la résistance de contact, on applique à cet égard la théorie classique d'Holm, connue depuis des dizaines d'années, qui fournit des relations concises et faciles à retenir entre la résistance de rétrécissement précitée, la résistance spécifique de la matière pour contact utilisée, les facteurs mécaniques tels que l'élasticité des organes de contact et la force de contact ou similaires. il est vrai que des études expë- rimentales plus récentes, menées au cours de la période correspondant à peu près aux dix dernières années à l'aide des méthodes de recherche les plus modernes telles que la réflexion optique, les procédés de reproduction par microscopie électronique, ont démontré que la théorie précitée d'Holm rendait certes correctement l'ordre de grandeur de la résistance de contact, mais ne possédait plus, sous sa forme la plus simple, le pouvoir d'expression physique correspondant aux résultats des recherches les plus récentes.En effet, les études expérimentales suscitées donnent, en ce qui concerne la résistance de contact, des aperçus et des notions qui, dans l'état actuel des choses, obligent en tout cas à partir de la topographie des surfaces métalliques établissant le contact et, dans ces conditions, à prendre en considération dans une mesure bien plus grande qu'auparavant les propriétés des matériaux et notamment le durcissement du métal qui entre en jeu et les réactions qu'il déclenche à l'occasion d'une déformation dans des micro-domaines, intervenant sous l'effet de la pression mécanique des éléments de contact. Des raisons ci-dessus, il résulte en résumé que, pour qu'un contact de commutateur électrique du type conside- ré soit conçu de façon optimale du point de vue du rapport de résistances mentionné précédemment, il faut accroître la pression spécifique par unité de surface des parties des ressorts d'un contact électrique qui coopèrent pour établir le contact et ré-' duire de cette manière la résistance de rétrécissement et finalement la résistance de contact. La présente invention est conforme à cette conséquence fondée sur les connaissances les plus récentes, en partant du fait que, pour les contacts de commutateur, on contact déjà depuis assez longtemps des moyens et des dispositions par lesquels la pression superficielle spécifique entre les surfaces métalliques qui se touchent des ressorts de contact est considérablement augmentée par rapport à d'autres dispositifs connus où les éléments de contact se touchént sur une plus grande surface. il est vrai qu'il semble peu probable que ces moyens ou disposi- tions soient liés aux connaissances dont il a été fait mention ci-dessus et aient été adoptés- sciemment en vue d'obtenir ltef- fet cité, puisque ces moyens et dispositions étaient déjà connus précédemment, à une époque antérieure à l'acquisition des connaissances les plus récentes mentionnées ci-dessus.Selon toute probabilité, ils ont plutEt été appliqués exclusivement pour des raisons de deux ordres différents : on peut voir l'une de ces raisons dans le fait qu'il fallait trouver un compromis optimal, d'une part entre la caractéristique d'élasticite du matériau utilisé pour les ressorts de contact et, d'autre part, la stabilité (résistance aux étincelles) dans la zone de commutation pro purement dite. L'autre raison consiste en ce qu'il est nécessaire d'obtenir une situation définie du point de commutation proprement dit et en particulier un trajet prédéterminé parcouru par le courant.En ce qui concerne les moyens et dispositiona en question, il s'agit de munir les ressorts de contact, dans la zone du point de conutation proprement dit, de profils plaqués, soudés ou brasés en un matériau pour contact possédant une propriété spécifique adaptée aux conditions effectives de commuta- tion, à savoir une résistance élevée aux étincelles, et une résistance à la formation d'oxyde par des influences chimiques ou similaires. Dans ces conditions, les profils sont réalisés le plus souvent sous forme de fila à section rectangulaire ou circulaire, car cela correspond d'une part aux pros disponibles dans le commerce et donc économiques, et, d'autre part, cela facilite le montage sur le ressort de contact. Certes, cette forme de réalisation des ressorts de contacts connue de commutateur offre cet inconvénient non négligeable qu'elle nécessite en premier lieu un élément séparé sous la forme du matériau de contact profilé, qu'en deuxième lieu il faut procéder à une fixation du profil sur le ressort de contact par une opération de placage, de soudure ou de brasage qui demande beaucoup de soins et n'est pas entibrement dénuée de complications du point de vue de la technique de production, et qu'en troisième lieu la méthode n'est applicable qu'en une opération séparée, et non dans le cadre d'une fabrication entièrement automatique de contacts de commutateur du type en question, fabrication à laquelle on tend de plus en plus dans l'état actuel de la technique ; au surplus, les colts de fabrication du contact de commutateur sont élevés au total dans une proportion marquée par toutes les nécessités mentionnées. Partant de l'état précité de la technique, la présente invention a pour but d'obtenir, un contact de conu- tateur qui se caractérise par une faible résistance de contact, qui puisse Entre fabriqué de maniere entièrement automatique et enfin qui soit simple dans aa structure et finalement peu cottoux à la production. Conformément-à l'intention, ce but est atteint par le fait que les éléments de contact entrecroisés de deux ressorts du contact de commutateur électrique, coopérant pour établir le contact, sont réalisés sous forme de bossages qui sont empreints directement dans le matériau du ressort de contact et qui font saillie sur le plan de celui-ci. Par cette dispositien, on fait l'économie d'un éliment de contact séparé, nécessaire dans les contacts de commutateur jusqu'ici connus, ainsi -que de sa fixation au ressort de contact, si bien que le nombre des éléments du contact de commutateur est petit, la construction et le montage sont simpli- fiés et finalement les conta de fabrication sont maintenus à un niveau économique.Dans ces conditions, des essais pratiques de l'obJet de l'invention ont démontré qu'en raison de la pression spécifique élevée par unité de surface entre les bossages entre- croisés, la qualité di contact de commutateur en ce qui concerne sa résistance de contact était étonaiment bonne et, en tout cas, tout à fait suffisante pour les exigences pratiques, au moins pour ce qui est de contacts de commutateur qui ne doivent pas effectuer un nombre par trop élevé de cycles de commutation avec des appareils d'utilisation de courant de type complexe et qui ne conduisent essentiellement le courant qu1à l'état fermé, lemme cela est le cas en particulier dans les sectionneurs pour dispo sitifs de test dans des installations téléphoniques. En soi et sous sa forme la plus simple, l'invention peut être parfaitement réalisée en donnant aux bossages une forme à symétrie de révolu- tion, par exemple une forme approximativ.ment hémisphérique. Mais cela n' est pu particulirement à conseiller, car un montage soigneux et, le cas échéant, un réglage individuel des ressorts de contact sont nécessaires, afin que les sommets seulement punc titormes de ces bossages prennent exactement contact l'un avec l'autre. C'est pourquoi il convient, selon une forme de réalisation de l'invention, que tous les bossages qui s'entrecroisent lors de l'établissement du contact présentent de préférence une forme allongée. En leur donnant cette forme, on est assuré que les bossages des ressorts de contact qui coopèrent pour l'etablissement du contact s'appliqueront toujours l'un sur l'autre avec une pression spécifique élevée par unité de surface selon le principe de l'invention, méme si les ressorts de contact n'occupent pas une position relative déterminée avec un soin particulier. On peut parvenir à accroître encore la pression spécifique élevée par unité de surface que l'on recherche et, par suite, obtenir finalement une plus faible résistance de contact désirable si, avec une forme allongée des bossages telle qu'indiquée ci-dessus, on provoque délibérément un rétrécissement aussi punctiforme que possible de la surface de contact des deux ressorts.Cela peut être réalisé si, selon une autre caractéristique de l'invention, l'un au moins des bossages de 1'un de deux ressorts de contact qui coopèrent pour établir le contact forme un angle avec l'axe longitudinal de ce ressort de contact. À cet effet, il existe deux solutions possibles : d'une part, les deux ressorts du contact de commutateur qui coopèrent pour établir le contact sont réalisés selon deux modèles diffe- rents, dont l'un présente par exemple un bossage dont l'axe longitudinal s'étend parallèlement à celui des ressorts de contact, tandis qu'un bossage est empreint dans l'autre ressort de contact par exemple perpendiculairement audit axe longitudinal ou au moins selon un certain angle par rapport à celui-ci.D'après un autre exemple de réalisation de l'objet de ltinvention, dont il sera encore question ci-après et dans lequel les ressorts de contact sont réalisés sous forme de ressorts dits doubles, on peut par contre n'utiliser qu'un seul modèle de ressort de contact si chacune des deux lames de contact présente un bossage et si les axes longitudinaux de ces bossages forment un angle entre eux. En effet, si l'on superpose deux ressorts de contact de ce genre pour former un contact de commutateur, les sommets des bossages étant évidemment dirigés les uns vers les autres, ces bossages se placent automatiquement les uns au-dessus des autres de maniée à s'entrecroiser alternativement, en raison du retournement nécessaire de 180t. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, les bossages présentent, au niveau de leur ligne de crête, une section transversale légèrement arrondie, de préférence en forme de c8ne pointu ou d'ellipse, la base n'étant de préférence pas plus large que la distance qui la aé- pare du sommet. De cette manière, on est assuré d'obtenir un contact aussi punctiforme que possible des bossages entrecroisés et, en consequence, un accroissement désirable de la pression par unité de surface. Un effet optimal sur la base précitée de bossages qui se croisent en formant un certain angle est assuré au cas où, selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'angle formé par les bossages qui se croisent lors de l'établis- sement du contact mesure approximativement 900. flans un exemple de réalisation préféré de l'objet de l'invention, les ressorts du contact de commutateur qui coopèrent pour établir le contact sont réalisés, selon un mode déjà indiqué à propos d'une réalisation de l'invention, sous la forme de ressorts de contact dits doubles, c'est-à-dire qu'ils sont subdivisés par une fente de séparation en deux lames de contact dont chacune est munie d'un bossage qui constitue un elément de contact.Tout d'abord, un semblable contact double offre cet avantage que l'on peut n'utiliser - comme déjà indiqué - qu'une seule forme de réalisation d'un ressort de contact, puisque deux bossages formant un angle entre eux peuvent être déjà formés dans un seul ressort de contact avec ses deux lames de ressort et qu'alors, au moment de la superposition de deux de ces ressorts de contact, les bossages de chaque paire de lames de ressort se placent automatiquement en croix. En outre, un ressort de contact fendu de cette maniere conserve tous les avantages qu'un contact dit double, avantages qui sont connus et éprouvés depuis longtemps par l'homme de l'art, qu'il s'agisse de 1assurance de l'établis- sement d'un bon contact, même lorsque l'une des moitiés du ressort de contact, c'est-à-dire l'une des lames de ressort est encrassée, oxydée, génie ou entravée par des particules de poussière pour l#tablisgevent du contact, ou qu'il s'agisse de l'amortis- sement du rebondissement par suite des oscillations, qui se superposent apériodiquement, des deux lames de contact lors de l'actionnement du contact ou de phénomènes similaires. lia réalisation mentionnée en dernier lieu des ressorts de contact qui coopèrent pour l'établissement du contact sous forme de ressorts de contact doubles fendus laisse le champ ouvert, dans le cadre de l'invention, à différentes variantes, notamment en ce qui concerne la disposition et la forme des bossages. C'est ainsi qu'on peut empreindre respectivement dans les deux lames de contact d'un ressort, deux bossages dont les axes longitudinaux, parallèles entre eux, forment avec l'axe longitudinal du ressort de contact un angle de 450 environ. Mais d'après un autre exemple de réalisation de l'invention, on peut également empreindre, dans les deux lames de contact d'un ressort de contact respectivement, deux reliefs dont les axes longitudinaux forment entre eux un angle de 900 environ, l'axe longitudinal de l'un des bossages étant appro ximativement parallèle à l'axe longitudinal du ressort de contact. On donnera la préférence à l'une ou a l'autre des deux solutions précitées en se basant aubesoin sur des considera- tions en rapport avec la fabrication de l'outil d'étampage nécessaire pour les bossages. En tout cas, la qualité de la résistance de contact, qui est le facteur le plus intéressant, est la meme dans les deux solutions. Enfin, d'après une autre caractéristique de l'intention, on utilise pour les ressorts de contact un matériau qui possède en mens temps un état de surface résistant à la corrosion défini par les valeurs de tolérance admissibles dans le domaine d'utilisation du contact de commutateur, une résistance à la formation d'une peau d'oxyde, une faible résistance de contact et une élasticité de ressort élevée.Cette disposition garantit un fonctionnement parfait du contact de commutateur, meme au cas où l'on doit former, non pas un contact de rupture (contact de repos), mais un contact de fermeture-(contact de travail), puisque le matériau utilisé pour les ressorts de contact est résistant à la corrosion et à la formation nuisible d'oxyde, qu'il se révèle en outre bon conducteur électrique et qu'il n'est pas sujet à la fatigue mécanique, meme en cas d'actionneuent fréquent. L'invention est ci-aprbs expliquée de façon plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés au dessin annexé. Les figures 1 et 3 représentent les zones, intéressantes dans le cadre de l'invention, de deux exemples de réalisation de ressorts de contact pour un contact de commuta- teur selon l'invention. mes figures 2 et 4 illustrent séparément et schématiquement la position en croix des bossages résultant, pour chaque paire de lames de ressort accouplées, des disposi- tions représentées respectivement sur les figures 1 et 3. La figure 5 est une vue latérale et en coupe partielle d'un exemple de réalisation de l'objet de l'in vention sous forme de sectionneur pour des dispositifs de test. Sur la figure 1, on a de signé par 1 la zone intéressante d'un ressort de contact pour faire comprendre l'invention, zone qui est subdivisée en deux lames de ressort 3 et 4 par une fente de séparation 2. Dans chacune de ces lames de ressort est empreint un bossage ), 6 qui présente une forme allongée avec une section.transversale en cane point1 et un sommet légèrement arrondi. Les axes longitudinaux de ces bossages sont parallèles l'un à l'autre et forment, avec l'axe longitudinal du ressort de contact 1, un angle de 45 environ.Sn tant que maté- riau pour le ressort de contact, on peut utiliser de préférence le maillechort qui possède une conductivité électrique élevée et, en meme temps, une résistance suffisante à.la corrosion superficielle. Lorsque deux de ces ressorts de contact i sont superposés l'un sur l'autre et fixés dans un bloc-support non représenté en détail pour former un contact de commutateur, de telle sorte que les sommets 5 et 6 des deux ressorts de contact soient dirigés les uns vers les autres, les bossages de chaque paire de lames de ressort accouplées se placent automatiquement dans la position entrecroisée nettement visible sur la figure 2, formant entre eux un angle de 90 environ.Dans ces conditions peu importe si les les bossages sont exactement superposés lors de la superposition des ressorts de contact : en tout cas, on est assuré d'un contact punctiforme star, Si bien que le but poursuivi, à savoir une pression spécifique par unité de surface aussi élevée que possible et, par suite, une faible résistance de contact, est atteint. Bans le dispositif représenté sur la figure 3, on a utilisé de nouveau, pour les éléments équivalents, les numéros de référence déjà employés sur la figure 1, afin de faciliter la comparaison. la seule difference consiste en ce que dans le cas de ce ressort de contact, l'axe longitudinal de l'un des bossages 5' est parallèle à l'axe longitudinal du ressort de contact et celui de l'autre bossage 6' lui est perpendiculaire. là encore, lors de la superposition de deux ressorts de contact coopérant pour établir le contact, il se produit automatiquement un etrecroisement de 900 du fait du retournement nécessaire de 180 pour diriger les sommets des bossages les uns vers les autres, comme on peut le voir sans autre explication sur la figure 4. Dans l'exemple de réalisation pratique de l'objet de l'invention, représenté sous forme simplifiée sur la figure 5, concernant un sectionneur dans un dispositif de test destiné par exemple à des installations téléphoniques, les deux ressorts du contact de commutateur qui cooperent pour établir le contact sont désignés par 7 et 8. Ils sont fixés de manière connue en soi et non représentée en détail dans un bloc-support 9 en matière isolante et ils sont précontraints l'un vers l'autre de sorte que leurs sommets 10 et Il se touchent en s'entrecroi- sant selon un angle de 900 environ. La partie désignée par 12 représente une fiche de test qui est montée coulissante dans le bloc-support 9 dans la direction indiquée par une double flèche et qui est revêtue, sur ses surfaces extérieures dirigées vers les surfaces intérieures des ressorts de contact, de voies de contact 13 et 14 qui permettent, en faisant glisser la fiche de test en direction des bossages, d'effectuer une séparation sans interruption du contact de commutateur. REVENDICATIONS - 1. Contact de commutateur électrique, utilisable en particulier comme sectionneur dans des installations teléphoniques, avec-des éléments de contact qui se croisent, canctérisé en ce que les éléments de contact entrecroisée de deux ressorts (1) du contact de coxmutateur électrique, coopéras pour établir le contact, sont réalisés sous forme de bossages (5, 6) qui sont empreints directement dans le matériau du ressaut de contact (1) et qui font saillie sur le plan de celui-ci (figure 1). 2. Contact de commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les bossages (), 6) qui s'entrecroisent lors de 11 établissement du contact présentent de préférence une forme allongée (figures, 3). 5. Contact de commutateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qutau moins un bossage (6) de l'un de deux ressorts de contact (1) qui coopèrent pour l'établis- sement du contact forme un angle avec l'axe longitudinal de ce ressort de contact (figures 1, 5). 4. Contact de commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bossages (5, 6) présentent chacun, au niveau de leur ligne de sommet, une section transversale légèrement arrondie, de préférence en forme de cône pointu ou d'ellipse, la base n'étant de préférence pas plus large que la distance qui la sépare du sommet. 5. Contact de commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle formé par les bossages (, 6) qui s'entrecroisent lors de l'établissement du contact mesure approximativement 9O (figures 2, 4). 6. Contact de commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ressorts de contact (1) du contact de commutateur qui coopèrent pour l'établissement du contact sont réalisés sous forme de ressorts de contact dits doubles, c'est-a-dire qu'ils sont divisés par une fente de séparation (2) en deux lames de contact (3, 4) dont chacune est munie d'un bossage (), 6) constituant un élément de contact (figures 1, 3). 7. Contact de commutateur selon la revendication 2 ou 6, caractérise, en ce que dans les deux lames de contact (3, 4) d'un ressort de contact (1) sont empreints respecti- vement deux bossages (5, 6) dont les axes longitudinaux, parallèles entre eux, forment un angle de 450 environ avec l'axe longitudinal du ressort de contact (1) (figure 1). 8. Contact de commutateur selon la revendication 2 ou 6, caractérisé en ce que dans les deux lames de contact (2, 3) d'un ressort de contact (i) sont respectivement empreints deux bossages t5', 6') dont les axes longitudinaux forment entre eux un angle de 900 environ, l'axe longitudinal de l'un des bossages (5') étant approximativement parallèle à l'axe longitudinal du ressort de contact (1) (figure 3). 9. Contact de commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on utilise, pour les ressorts de contact (1), un matériau qui pos- sède en même temps un état de surface résistant à la corrosion défini par les valeurs de tolérance admissibles dans le domaine d'utilisation du contact de commutateur, une résistance à la formation d'oxyde, une faible résistance de contact et une élasticité de ressort élevée.