Brevet FR2143038A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un commutateur rotatif à plots, en particulier un commutateur rotatif à plots miniaturisé, comportant des plana de contact disposés perpendiculairement à l'axe de commutation. Le commutateur rotatif à plots suivant l'invention est prévu pour être utilisé dans des ensembles fonctionnels électroniques relevant de la technique informatique ainsi que des domaines de mesure, de commande et de régulation. Dans le cadre de la miniaturisation progressive d'ensembles fonctionnels électroniques, la miniaturisation des composants de contact destinés à être manipulés directement par l'homme, y compris les commutateurs utilisés aans des ensembles fonctionnels ou appareils électroniques, revêt une importance considérable. La miniaturisation de commutateur rotatifs à plots tels qu'ils sont utilisés sur une grande échelle dans des dispositifs de commutation électroniques pour réaliser diverses fonctions de commutation pose de nombreux problèmes en ce qui concerne la forme et la réalisation de tels commutateurs. Ces problèmes concernent en particulier la disposition, la fixation et la réalisation des organes de contact proprement dits. On connatt un commutateur rotatif à plots miniaturisé qui présente des contacts fixes en U qui sont disposés sur deux supports annulaires en matière isolante concentriquement autour de l'axe de commutation. Les contacts fixes en U entourant ce support en matière isolante de façon que les côtés fermés des contacts en U des deux supports annulaires en matière isolante soient tournés l'un vers l'autre. les branches extérieures des contacts fixes en U sont munies de raccords de soudure, coudés et orientés radialement vers l'extérieur. Une bague d'écartement présentant des rainures radiales est disposée entre les deux supports en matière isolante. Les rainures radiales redoivent les c8tés fermés des contacts fixes en U.En exerçant une tension par l'intermédiaire de l'axe de commutation, les supports en matière isolante et la bague d'écartement sont pressés ensemble de façon que les contacts fixes placés partiellement dans les rainures radiales se trouvent sergés entre les supports annulaires en mati re isolante et la bague d'écartement.A l'intérieur des supports annulaires en matière isolante et de la bague d'écartement, il se trouve un rotor pouvant être tourné par 1'axe de commutation et sur la périphérie externe duquel sont disposés des ponts de contact en forme de U qu'une bague élastique en matière isolante disposée entre la face extérieure du rotor et la face intérieure des ponts de contact pousse vers l'extérieur, à savoir contre les branches intérieures des contacts fixes de sorte que, dans les différentes positions de commutation, chaque pont de contact relie un contact fixe de l'un des supports en matière isolante avec un contact fixe de l'autre support en matière isolante. La fabrication de tels commutateurs est relativement complu quée, en particulier lorsque plusieurs de ces commutateurs doivent être montés les uns derrière les autres sur un axe. A cela s'ajoute que, compte tenu des phénomènes de vieillissement se produisant habituellement dans des matières élastiques non métalliques et de l'influence négative de variations de température et d'humidité, il n'est pas possible de rendre suffisamment constante, pour une longue durée, la pression produite par la bague élastique en matière isolante et avec laquelle les ponts de contact sont poussés contre les contacts fixes.Un autre inconvénient réside dans le fait que les raccords de soudure répartis sur toute la périphérie du commutateur rotatif et orientés radia lamant vers ltextérieur interdisent l'utilisation du commutateur dans des circuits imprimés. I1 est connu un commutateur rotatif à plots miniaturisé du type stratifié destiné à être utilisé dans des circuits imprimés et qui est constitué par des commutateurs individuels disposés en couches les uns derrière les autres perpendiculairement à un axe de commutation commun et par un mécanisme d'arrêt comma à tous les commutateurs individuels. Les commutateurs rotatifs individuels sont superposés sous forme d'empilage et sont pressés étroitement ensemble par des boulons de serrage. Chaque commutateur individuel est constitué par un support plat en matière isolante qui présente sur un côté plat une auge peu profonde pour recevoir un disque de contact pouvant tourner avec l'axe de commutation. Sur le disque de contact sont disposés des ponts de contact présentés sous la forme d'un circuit imprimé.Dans les différentes positions de commutation, les ponts de contact relient des ressorts de contact prenant appui à plat, des deux côtés de l'auge, sur un côté plat du support en matière isolante et qui s'engagent avec un bras de contact dans la zone de commutation du disque de contact. Pour assurer un assujettissement et une saleté de contact suffisants, les ressorts de contact présentent une construction relativement compliquée et de dimensions relativement importantes constituée par un oeillet de soudure, un raccord soudé, une partie médiane, une patte repliée à angle droit, un bras de contact replié en forme de demi-cercle et des empreintes de contact.Une forme de réalisation d'un commutateur rotatif de ce type tenant compte du souci de miniaturisation ne peut notre obtenue qu'en prévoyant chaque fois seulement un ressort de contact des deux cotés de l'auge, c'est-à-dire deux ressorts de contact par commutateur individuel. sème dans le cas d'une telle limitation du nombre de ressorts de contact, ceux-ci présentent un encombrement relativement important par rapport à l'ensemble du commutateur rotatif.Bien que cette forme relativementcompliquée des ressorts de contact assure une course de déplacement élastique suffisante et, par conséquent, une pression de contact relativement constante et largement indépendante d'influences extérieures, les possibilités d'utilisation des ponts de contact réalisés soue forme de circuit imprimé sont limitées à un nombre relativement réduit d'opérations de commutation, compte tenu du frottement de contact produit dans les zones de contact et de l'usure qui en résulte. I1 est encore connu un autre commutateur rotatif du type empilé pour circuits imprimés dont les commutateurs individuels disposés suivant l'axe de commutation commun peuvent se déplacer librement. Chacun des commutateurs individuels est constitué par deux plans de contact qui sont formés par des supports en matière isolante sur lesquels des contacts fixes sous forme de circuit imprimé sont disposés en forme de cercle autour de l'axe de commutation. Entre les plans de contact, il est idé un rotor qui est muni d'un ou plusieurs ponts de contact élastiques au moyen desquels, dans les positions de commutation, sont chaque fois reliés deux contacts mutuellement opposés des plans de contact. les connexions des contacts fixes sortent vers l'extérieur sous forme de peignes aux bords inférieurs des plans de contact. le rotor à ponts de contact est muni à sa périphérie de rainures qui s'étendent en direction axiale. Des ponts de contact en forme de U sont placés avec leur partie médiane dans les rainures. les ailes des ponts de contact frottent sur les surfaces de contact des contacts fixes à relier. Ce commutateur est approprié, comme celui précédemment décrit, seulement pour un nombre relativementfaible de commutations. le fait que les zones de contact des ponts de contact prennent appui ponctuellement conduit non seulement à une résistance de passage relativement élevée entre les contacts mais en outre à une forte usure de la voie de frottement de contact. Par suite de cette usure, les surfaces de contact des contacts imprimés fixes sont détruites prématurément. Cependant, ces contacts sont non seulement rendus inutilisables dans la phase de destruction mais leur fiabilité se trouve déjà fortement réduite dans la phase od les phénomènes d'usure commencent à se manifester. D'autre part, l'utilisation de contacts imprimés a encore pour inconvénient une capacité de courant relativement réduite. la présente invention crée un commutateur rotatif à plots, en particulier un commutateur rotatif à plots miniaturisé, pouvant être fabriqué rationnellement en grande série et présentant, par rapport à la technique antérieure, un fonctionnement sensiblement meilleur et une plus haute résistance à l'usure des éléments de contact. En partant d'un commutateur rotatif à plots de type minia turisé qui est constitué par un ou plusieurs comnutateurs individuels dont chacun se compose de deux plans de contact sur lesquels des contacts fixes sont disposés suivant un tracé circulaire autour de l'axe de commutation et dont chacun comprend en outre un rotor pourvu d'un pont de contact qui, dans les différentes positions de commutation, relie chaque fois un contact de l'un des plans de contact avec un contact de l'autre plan de contact appartenant au même commutateur individuel, le résultat précité est obtenu suivant l'invention par une forme de réalisation particulière (décrite ci-dessous) du pont de contact, du rotor à pont de contact et des contacts fixes ainsi que leur fixation.Le pont de contact est constitué par un flan annulaire, par exemple circulaire, composé d'une matière métallique élastique. Ce flan annulaire est plié de telle façon dans la zone de l'un de ses diamètres qu'il forme deux pièces annulaires parallèles ou presque parrallèles qui se recouvrent, le flan conservant cependant dans la zone de plias chaque fois une partie non pliée d'une certaine largeur. Dans leur zone formant sommet, les pièces annulaires sont munies d'une courbure convexe vers l'extérieur ou d'un pli correspondant de sorte que la distancie entre les points de la zone formant sommet des deux pièces annulaires est supérieure à la laveur de la partie intermédiaire non pliée. Ces courbures ou plis forment en même temps les surfaces de contact proprement dites du pont de contact.Le rotor à pont de contact pos sède deux ailes d'entratnement, disposées perpendiculairement à l'axe de commutation dont ltépaisseur correspond à la largeur des parties intermédiaires du pont de contact et qui sont séparées l'une de l'autre des deux côtés du rotor à pont de contact chaque fois par une fente. Les ponts de contact sont placés de telle façon dans le rotor que les ailes a tentrainement sont entourées par les pièces annulaires pliées, les faces internes des parties intermédiaires ou entretoises du pont de contact prenant intimement appui contre les faces de la fente de l'aile d'entrai- nement.A l'extrémité intérieure de la fente, il est chaque fois prévu une traverse s'étendant perpendiculairement aux ailes d'entraînement et dGpasEant Jatéralement celles-ci. Afin de maintenir le pont de contact de manière simple et sûre, ses entretoises sont chacune munies, du cbté intérieur, d'un évidement s'étendant sur toute la largeur de l'entretoise. La distance entre les côtEs frontaux des deux évidement est égale ou légèrement inférieure à la distance entre les faces extérieures des traverses.Le maintien du pont de contact est assuré par le fait que les côtEs frontaux de l'évidement prévus dans les entretoises du pont de contact sont pous és, sous la tension d'un ressort, contre les faces externes des traverses tandis que les côtés latéraux des évidements s'engament sur les traverses. Pour assurer un contact bi-ponctuel bien défini sur chaque côté du pont de contact, chacune de ses pièces annulaires est munie d'une fente en forme d'arc de cercle s'étendant de préférence dans sa zore médiane. Afin de faciliter le montage et d'assurer une action élastique efficace du pont de contact, les ailes d'entrainement ne remplissent de préférence pas tout l'intervalle entre les pièces annulaires. Ce résultat est obtenu par le fait que la laveur de l'aile d'entratnement est inférieure au rayon intérieur de chacune des deux pièces annulaires du pont de contact. Au liou de limiter la largeur des ailes d'entraînement ou en plus d'une telle limitation, les faces externes des ailes d'entrainement peuvent être disposées l'une par rapport à l'autre avec une inclinaison s'étendant à partir de la fente. Ainsi, l'action élastique de l'ensemble de l'aile d'entrainement peut être mis à profit. Les contacts massifs fix-s présentent à un certain niveau de leur étendue longitudinale un coude, un renflement ou une déformation analogue. Ils se placentintimement à plat avec leur face externe sur le plan de contact réalisé de manière correspondante et se trouvent immobilisés dans leur position du fait qu'une pièce d'écartement est pressée de telle façon en liaison dynamique et/ou en liaison de forme entre les deux plans de contact mutuellement associés que les contacts fixes de chacun des deux plans de contact se trouvent serrés entre le plan de contact correspondant et une face intérieure de la pièce d'écartement. Pour faciliter le montage des contacts fixes et en vue d'améliorer leur maintien, les plans de contact et/ou les faces externes de la pièce d'écartement sont munis de rainures dont la largeur correspond à celle des contacts fixes et dont la profondeur est inférieure à ltépaisseur des contacts. Comparé aux commutateurs rotatifs à plots miniaturisés connus, le commutateur rotatif à plots suivant l'invention présente l'a- vantage d'un dispositif de contact plus durable et d'une plus grande capacité de charge dont les différents composants peuvent entre réalisés de manière plus simple et être montés plus facilement. La forme de réalisation particulière du pont de contact assure une mise en contact bi-ponctuelle sûre et n'est pas tributaire de tolérances de fabrication par suite de la forme de réalisation à fente qui permet à chacune des deux faces de contact de chaque pièce annulaire élastique du pont de contact de se placer intimement contre le contact fixe. A cette fin, le commutateur présente une plus grande possibilité d'adaptation au nombre des contacts effectivement nécessaires à la fonction de commutation, ce qui présente un intérêt particulier du fait que l'on peut ainsi économiser du métal précieux normalement utilisé en quantité considérablement croissante dans l'électronique. La présente invention ert explique plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annéxé. La fiy. 1 est une coupe d'un commutateur individuel suivant la ligne I-I de la fig. 2. La fig. 2 est une coupe du commutateur individuel suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue de face du rotor à pont de contact. La fig. 4 est une vue de dessus du rotor à pont de contact suivant la fig. 3. La fig. 5 est une vue de face du pont de contact. La fig. 6 est une vue de dessus du pont de contact suivant la fig. 5. Un commutateur individuel 1 (fig. 1 et 2) d'un dispositif com.utateur rotatif à plots miniaturisd constitué, par exemple, par plusieurs commutateurs individuels 1 disposés les uns der rière les autres est monté sur un axe de commutation 7 de façon à pouvoir se déplacer axialement. Le commutateur individuel 1 se compose de l'enveloppe de commutateur 2 présentant les plans de contact 13, 23, du rotor 3 pourvu d'un pont de contact 26 et constitué par une partie médiane cylindrique 6, les ailes d'entraf- nement 4 ; 18, les fentes 5 ; 30 et les traverses 8 ; 32, ainsi que des contacts fixes 14 ; 21 et de la pièce d'écartement 17. Les contacts fixes 14 ; 21 sont dispos s la partie inférieure des plans de contact 13 ; 23. Ils présentent à un certain niveau de leur étendue longitudinale du coude 15 ; 20 et sont places avec leurs cotés plats en liaison de forme sur les plans de contact 13 ; 23 réalisés conformément aux coudes i ; 20. Entre les deux plane de contact 13 ; 23, il se trouve la pièce d'écartement 17 qui remplit en liaison de forme et en liaison dynamique l'intervalle entre les plans de contact 13 ; 25.Ainsi, les contacts fixes 14 ; 21 sont serrés entre les plans de contact i3 ; 23 et la pièce d'écartement 17. les raccords de soudure 16 ; 19 des contacts fixes 14 ; 21 sortent du bord inférieur d? l'enveloppe de commutateur 2 en fonction du pas habituellement prévu pour des circuits imprimés. Le rotor à pont de contact 3 (voir également les fig. 3 et 4) est muni d'un trou axial en forme de croix 33 correspondant à la section transversale en forme de croix de l'axe de commutation 7 et qui est disposé centralement dans la partie médiane cylindrique 6. Les ailes d'entraSnement 4 ; 18 sont disposées de part et d'autre de la pièce médiane cylindrique 6. Les deux ailes d'entraSnement 4 ; 18 sont séparées de part et d'autre de la pièce médiane cylindrique 6 par les fentes 5 ; 30. Les limites internes de ces fentes 5 ; 30 sont déterminées par les faces frontales 2. des traverses 8 ; 32. Le pont de contact 26 lui-même eet constitué, comme représenté également aux fig. 5 et 6, par un flan plié qui forme deux pièces annulaires 10 ; 25 qui se recouvrent et qui sont reliées entre elles à chacune de leurs extrémités par une entretoise 28 ; 29. Dans sa zone formant sommet, chacune des deux pièces annulaires 10 ; 25 est munie d'une courbure 17 ; 22 convexe vers l'extérieur. les courbures 11 ; 22 constituent les faces de contact du pont de contact 26. Les entretoises 28 ; 29 du pont de contact 26 (voir également les fig. 5 et 6) sont munies intérieurement d'évidements 35 ; 38 qui s'étendent sur toute la largeur de l'entretoise. A l'état fixé, les entretoises 28 ; 29 épousent intimement les faces internes des ailes d'entraSnement 4 ; 18 du rotor à pont de contact 3 et cela de de telle façon que les bords frontaux 36 ; 37 des évidements 35 ; 38 butent contre les faces frontales 27 des traverses 8 ; 32 et que les bords latéraux 34 ; 39 des évidements 35 ; 38 s'engagent sur les extrémités saillantes 9 ; 31 des traverses 8 ; 32. La largeur B des ailes d'entrarnement 4 ; 18 est inférieure au rayon intérieur 3 des pièces annulaires 10 ; 25. On permet ainsi au pont de contact 26 d'exercer librement son action élastique. Dans leur zone médiane, les pièces annulaires 10 ; 25 sont chacune munies d'une fente en forme d'arc 12 ; 24 (voir fig. 1, 2 et 5). REVENDICATIONS 1 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, constitué par un ou plusieurs commutateurs individuels munis d'un aye de commutation conmun et dont chacun se compose de deux plans de contact avec des contacts massifs fixes disposés suivant un tracé circulaire autour de l'axe de commutation et serrés entre les plans de contact et d'un rotor muni d'un pont de contact élastique et disposé entre les plans de contact, le pont de contact permettant, dans les positions de commutation, de relier chaque Lois un contact de l'un des plans de contact avec le contact opposé de l'autre plan de contact, caractérisé en ce que le pont de contact 26 constitué par une mati re métallique élastique est obtenu à partir d'un flan annulaire, de préférence circulaire, qui est plié de telle façon autour d'un diantre que l'on obtienne deux pièces annulaires conformes lune à l'autre 10 ; 25 qui s'étendent parallble- ment ou sensiblement paralltlement entre elles, à une distance correspondant à la largeur des parties intermédiaires ou entretoises non pliées 28 ; 29, et qui, reliées l'une à l'autre à eurs extrémités par les entretoises 28 ; z9, présentent dans leurs zones formant sommet chacune une courbure convexe vers l'extérieur 11 22 et en ce que le rotor à pont de contact 3 présente eux ailes d'entrarnement 4 ; 18 disposées perpendiculairement à l'axe de commutation 7 et dont l'épaisseur correspond à la largeur des entretoises 28 ; 29, ces ailes d'entrainement étant séparées l'une de l'autre par une fente 5 ; 30, et en ce que le pont de contact 26 est placé de telle façon dans le rotor 3 que les ailes d'entrainement 4 ; 18 soient enserrées par les pièces annulaires 10 ; 25 du pont de contact 26 prenant appui avec la face interne de ses entretoises 28 ; 29 intimement contre les faces des ailes d'entraînement 4 ; 16 contiguës aux fentes 5 ; 30. 2 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des fentes 5 ; 30 est limitée intérieurement par une traverse 8 ; 32 s'étendant perpendiculairement aux ailes d'entraînement 4 ; 18 et dont la longueur est supérieure à l'épaisseur des ailes d'entraînement 4 ; 18. 3 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les entretoises 8 ; 32 du pont de contact 26 sont chacune munies d'un évidement 35 ; 38 s'étendant sur toute la largeur de l'entretoise et en ce que la distance entre les bords frontaux 36 ; 37 des deux évidements 35 ; 38 est égale ou légèrement inférieure à la distance entre les faces externes 27 des traverses 8 ; 32. 4 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, suivant la revendication i, caractérisé en ce que chacune des pièces annulaires 10 ; 25 est munie d'une fente 12 ; 24 s'étendant de préférence dans sa zone médiane. 5 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur,rotatif à plots miniaturisé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur B de chaque aile d'entraînement 4 ; 18 est inférieure au rayon intérieur R des pièces annulaires 10 ; 25. 6 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les faces latérales des ailes d'entraînement 4 ; 18 sont inclinées l'une par rapport à l'autre. z - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, constitué par un ou plusieurs commutateurs individuels dont chacun se compose de deux plans de contact avec des contacts fixes massifs disposés suivant un tracé circulaire autour de l'axe de commutation et serrés entre les plans de contact et d'un rotor muni d'un pont de contact, le pont de contact reliant dans les positions de commutation chaque fois un contact de l'un des plans de contact avec un contact de l'autre plan de contact, caractérisé en ce que les contacts fixes 14 ; 21 présentent à un certain niveau de leur étendue longitudinale un coude 15 ; 20 et/ou un renflement ou une déformation analogue et sont disposés à plat avec leur face externe contre la face interne, réalisée de manière correspondante, de leur plan de contact 13 ; 23 et en ce qu'ils sont immobilisés dans leur position par une pièce d'écartement 17 placée contre leur face interne et remplissant en liaison dynamique et/ou en liaison de forme l'intervalle entre les deux plans de contact 13 ; 23. 8 - Dispositif commutateur rotatif à plots, en particulier dispositif commutateur rotatif à plots miniaturisé, suivant la revendication 7, caractéris en ce que les contacts fixes 14 21 sont placés d'un coté ou de deux côtés dans des rainures des plans de contact correspondants 13 ; 23 ou de la pièce d'écartement 17 et en ce que la profondeur des rainures est inférieure à l'épaisseur des contacts fixes 14 ; 21 placés dans les rainures.