Brevet FR2148077A1 — publié le 19730311

La présente invention est relative à un relais sous gaz protecteur (relais à lames), de dimension réduite ou miniature, avec une tension série élevée, en particulier pour couper des circuits avec ou sans protection propre ainsi que pour la mise en oeuvre dans des locaux protégés contre les explosions. zones relais sous gaz protecteur, également connus d'une façon générale sous la désignation "relais à lames", et dans lesquels le contact à lames proprement dit est encastré conjointement avec une bobine dans un carter de relais, sont connus. Le mode de fonctionnement de tels relais est tel que des lames de contact incorporées par fusion dans un petit tube en verre avec une atmosphère de gaz protecteur et qui sont faites d'une matière ferromagnétique, sont déplacées l'une vers l'autre par la force magnétique d'une bobine, celle-ci entourant avantageusement directement l'agencement de contact à lames.Les deux languettes de contact du contact à lames servent donc simultanément de conducteur magnétique et électrique. I1 est avantageux dans de tels contacts à lames qu'à cause de la disposition sous bottier hermétique, on peut obtenir un degré maximum de fiabilité pendant une longue durée de vie. I1 est évident qu'au cours de la miniaturisation générale des déments de commutation et constructifs électriques, en particulier en ce qui concerne la technologie des circuits intégrés avec des éléments semiconducteurs, on a également été obligé de suivre la voie de la miniaturisation pour les relais utilisés dans les circuits et qu'on doit les réaliser sous des formes toujours plus petits. L'inconvénient dans ce cas est cependant qu'à cause des dimensions se réduisant, la rigidité diélectrique aussi bien que la susceptibilité aux courants de fuite sont évidemment augmentées tandis que d'autre part on ne peut renoncer à la miniaturisation. Une valeur caractéristique des relais est la tension dite série, qui est la somme maximum admissible de toutes les tensions appliquées au relais, c'est-à-dire dans le cas le plus simple d'un contact de travail, la somme de la tension appliquée au contact de travail et de celle appliquée aux connexions de la bobine. La "tension série" d'un relais est différente pour chaque mode de construction de relais et résulte des dimensions géométriques et des données du relais lui-mme. Ainsi, par exemple, les relais à lames miniatures utilisés précédemment ont une tension série admissible d'environ 60 volts, qui résulte des écartements des pièces sous tes- sion à l'intérieur de la masse isolante ou d'obturation et des écartements des contacts menant vers l'extérieur.Ceci signifie à son tour que les intervalles d'air et les chemins de fuite d'un relais constituent une mesure de ces tensions série admissibles. Pour obtenir une tension série de 60 volts, un parcours de fuite minimum de par exemple 6 mm est nécessaire entre les connexions menant aux contacts sur la surface d'un relais. L'invention a pour base le problème d'augmenter de manière radicale la tension série spécifique de relais à lames miniatures, c'est-à-dire jusqu'à un ordre de grandeur de 250 volts, sans augmenter pour autant les dimensions du relais à lames, ce qui devrait évidemment être payé par des frais accrus pour les matériaux, la masse d'isolement ou d'obturation, etc. et qui s'opposerait en outre à la tendance prédominante vers une miniaturisation. En pratique, ce problème repose sur le fait que seuls des relais à lames miniatures avec une tension série suffisamment élevée peuvent être mis en oeuvre pour couper des circuits avec et sans protection propre ou être utilisés dans des circuits à protection propre dans des locaux protégés antre les explosions. Pour résoudre ce problème, l'invention part d'un relais sous gaz protecteur du genre dépeint précédemment et réside en ce que les cosses de connexion sorties de la bobine et des contacts de commutation sont disposées de telle sorte que les connexions de bobine et de contact se trouvent séparées par la plus grande distance possible, que le fil de connexion se trouvant sur un côté de l'agencement de contact à lames est ramené dans l'espace compris entre le contact à lames et le corps de bobine et en ce qu'entre le corps de bobine d'une part et la connexion de contact ramenée et l'agencement de contact à lames d'autre part est disposé un petit tube en verre qui s'étend par ses parties d'extrémité au-delà du corps de bobine. Un tel agencement de relais sous gaz protecteur présente des avantages décisifs, le premier de -ces -avantages résidant dans le fait que les connexions menant au contact à lames sont agencées dans l'espace avec le plus grand écartement possible par rapport aux connexions de bobine. De la sorte, on obtient un intervalle d'air et un parcours de fuite permettant une tension série élevée correspondante du relais à lames. On doit cependant alors tenir conte du fait que l'une des connexions de contact de l'agencement de contact à lames doit être ramenée de l'une ou l'autre façon sur l'autre côté, car le contact à lames constitué par des languettes de contact encastrées par fusion dans un petit tube en verre a une étendue allongée et ses dimensions sont essentiellement déterminantes pour la grandeur du relais à lames proprement dit. L'écartement mutuel des connexions de contact entraîne donc nécessairement l'inconvénient que l'on doit de l'une ou l'autre façon amener l'une des connexions de contact à l'autre côté, au voisinage de la bobine ou en franchissant celle-ci, de telle sorte qu'il apparaît à l'intérieur de la masse d'isolement ou d'obturation des parcours de décharge qui s'opposent à une tension série élevée. Le but de l'invention est d'offrir un moyen pour éliminer ces difficultés et en fait en disposant l'agencement de contact à lames conjointement avec la connexion de contact en retour dans un petit tube en verre dont les dimensions s'étendent au-delà de l'agencement de contact à lames. Le petit tube en verre et l'agencement de contact à lames sont alors introduits à l'intérieur du corps de bobine. On obtient ainsi même à l'intérieur de la masse d'isolement ou d'obturation, une rigidité diélectrique tellement élevée que le relais à lames convient pour des tensions série nettement plus élevées. Suivant une variante de l'invention, le boîtier recevant l'ensemble de l'agencement est de forme rectangulaire, les connexions de bobine et les connexions de contact de commutation étant disposées côte-à-côte dans chaque cas sur les petits côtés. du boîtier. De la sorte, on obtient un écartement aussi grand que poF sible entre les contacts. Dans une autre forme de réalisation très avantageuse de l'invention, le boîtier pour le relais sous gaz protecteur présente sur sa face inférieure des appendices de forme allongée, qui maintiennent le relais écarté de la plaque de montage. Ces appendices peuvent être réalisés de telle sorte qu'aux quatre coins du boîtier de relais soient prévus des prolongements semblables à des petits Pieds, dont la longueur est déterminée en fonction des parcours de fuite à obtenir pour une tension série prédéterminée. D'autres détails et particularités de l'invention ressor tiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un relais à lames suivant l'invention. La figure 2a est une vue en coupe longitudinale et à partir du dessus suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 2b est une vue analogue à la figure 2a, d'un relais à lames comportant deux agencements de contact à lames. Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe transversale de l'agencement de la figure 1, suivant la ligne 3-3. ta figure 4 est une vue en élévation d'un boîtier destiné à recevoir un agencement de contact à lames dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention. La figure 5 est une vue de dessus du boîtier de la figure 4. Les figures 6, 7 et 8 représentent un autre exemple de réalisation de l'invention, avec un retour de connexion séparé vers l'agencement de contact à lames. A la figure 1, la référence l désigne le boîtier du relais, dans lequel on a disposé et noyé dans une masse d'isolement une bobine avec un corps de bobine et un agencement de contact à lames. Le corps de bobine 2 est constitué par une pièce médiane tubulaire 3, qui est munie de parties de terminaison en forme de bride 4, de telle sorte qu'une monture est formée pour recevoir l'enroulement de bobine 5. Le. corps de bobine 2 présente en outre dans sa partie inférieure des pièces de prolongement 6 placées sur la bride 4, qui s'étendent vers lesdeux côtés et qui sont prévues pour recevoir des broches de contact 7a et 7b faisant saillie vers l'extérieur. Les connexions de bobine 8 se trouvent alors dans la partie de droite de l'agencement et sont reliées de façon connue aux cosses de connexion 7b associées aux connexions de bobine.Sur le. côté droit de l'agencement, au voisinage des connexions de bobine 8, se trouve cependant également l'un des contacts de connexion 9 de l'agencement de contact à lames 10, qui se trouve à l'intérieur du corps de bobine. La construction d'un tel contact à lames est connue en soi ; elle est constituée par deux languettes ou palettes de contact 12a et 12b, qui sont enfermées par fusion de manière étanche à l'air dans un boîtier en verre, sous une atmosphère de gaz protecteur. Les prolongements des palettes de contact sont sortis et forment simultanément les connexions pour l'agencement de contact à lames. Comme on peut en particulier s'en rendre compte d'après les figures 1, 2a et 2b, les cosses de connexion 7a pour l'agencement de contact à lames 10 et 7b pour les connexions de bobine 8 sont situées sur les côtés opposés du relais à lames et laissent entre elles un écartement aussi grand que possible. Dans les réalisations connues de relais à lames, les connexions de contact intéressées étaient sorties sur les deux côtés, de telle sorte qu'on obtenait sur chacun des ctés une connexion de contact pour l'agencement de contact à lames et pour la connexion de la bobine.Un tel agencement connu est compréhensible dans une certaine mesure d'après la disposition géométrique du relais à lames, étant donné que la réalisation allongée de l'agencement de contact à lames en trapue la disposition sur les deux côtés d'un contact de connexion et que celui-ci ne doit pas alors être replié. Ces connexions se trouvent cependant dans l'agencement connu à une distance réduite dangereuse des connexions de la bobine > de telle sorte qu'on ne cuvait obtenir aucune tension surie suffisamment élevée. Comme on peut s'en rendre compte d'après les figures 1, 2a et 2b, la connexion de contact 9, s'étendant vers la droite, de l'agencement de contact à lames 10 est coupée à une distance appropriée et elle est reliée à un fil ou à un ruban de cuivre 11, par exemple par soudage ou brasage. Ce fil ou ce ruban de cuivre ll est passé entre le corps en verre de l'agencement de contact à lames et le corps de bobine 2 vers l'autre côté du relais et il y est relié à une cosse de contact 7a.Conjointement avec cette disposition, dans cet exemple de réalisation,l'ensemble de l'agencement de contact à lames, y compris la longueur de fil ll ramenée vers l'autre côté, est disposé dans un petit tube en verre 13 qui assure, à cause de sa capacité d'isolement remarquable, un isolement parfait entre l'agencement de contact à lames et le fil ramené, d'une part, et l'agencement de bobine ou les connexions de bobine et les cosses de contact correspondantes 7b pour la bobine, d'autre part.L'autre contact de connexion 14 de l'agencement de contact à lames est relié de la façon habituelle à une autre cosse de connexion 7a, comme on peut s'en rendre compte de façon plus précise d'après les figures 3a et 3b La longueur du petit tube en verre 13 est alors calculée de telle manière qu'il occppe pratiquement tout l'espace disponible et qu'il s'étende au-delàdes connexions de contact de l'agencement de contact à lames à l'intérieur du boîtier de relais en établissant ainsi un blindage contre d'éventuelles décharges I1 est nécessaire pour obtenir une tension série de 250 volts dans un relais, que les écartements de contacts quelconques à l'intérieur de la masse d'isolement ou d'obturation ne soient pas inférieurs entre eux à moins de 4 mm.Ceci est pratiquement impossible à réaliser dans un relais à lames miniature qui ne présente guère une dimension transversale supérieure à 4 mm, de telle sorte que rien qu'à cause de cette dimension fixée par-la miniaturisation, l'augmentation de la tension série pour un tel relais miniature a été considérée jusqu'à présent comme impossible à réaliser par les techniciens en la matière.Si l'on considère les figures, par exemple la figure 1 et les figures 2a et 2b, on peut cependant se rendre compte qu'à cause de la disposition suivant l'invention, consistant à enfermer également l'agencement de contact à lames dans un petit tube en verre, on obtient des parcours entre les contactszin- dividuels, donc les connexions de bobine d'une part et les contacts de l'agencement à lames d'autre part, qui sont largement supérieurs à 4 mmv Cette distance minimum de 4 mm entre les contacts individuels est prescrite obligatoirement dans les moyens d'isolement ou dans la masse d'obturation, tandis que l'écartement dans l'air ou sur la surface de la base du relais doit être encore plus grand, ce qui est également obtenu grâce à l'agencement général suivant l'invention. La tension d'essai requise de 2.500 volts, qui est appliquée en tant que tension alternative à 50 Hz pendant une minute au relais, a été acceptée par celui-ci sans aUcun dommage et a pu même encore être maintenue pendant un intervalle de temps biensupérieur. Lors de l'application de cette tension d'essai, on a procédé de telle sorte que l'un des pôles de la tension d'essai était appliqué à un contact de connexion menant à l'agencement de contact à lames, tandis que l'autre pôle était appliqué à une connexion de bobine. En outre, il est à conseiller dans des relais miniatures avec une tension série élevée correspondante, de sélectionner la matière synthétique du boîtier et la masse d'isolement ou d'obturation avec une même résistance aux courants de fuite, afin que, transposé dans d'autres dimensions appropriées, le boîtier n'agisse'par exemple pas en tant que conducteur vis-à-vis de la masse d'isolement, ce qui conduirait à l'apparition d'un éventuel parcours de fuite depuis un contact de connexion en passant par la masse d'isolement vers la paroi du boîtier, le long de celle-ci et vers un autre contact de connexion. On a encore représenté à la figure 2b, associée à la figure 3b, la disposition d'un relais à lames avec deux agencements de contact à lames. Dans ce cas également, il est possible sans difficulté d'obtenir une tension série élevée de par exemple 250 volts, grâce à une disposition dans un petit tube en verre. Aux figures 6, 7 et 8 qui illustrent à plus petite échelle par rapport aux figures l, 2a et 2b, un autre exemple de réalisation de l'invention, on est parti utilement d'un agencement de relais tel qu'illustré à la figure 2b, c'est-à-dire qu'il existe à l'intérieur du corps de bobine l'espace nécessaire pour deux petits tubes en verre. Dans cet exemple de réalisation également, le boîtier est désigné par la référence l et la référence 2 désigne un corps de bobine sur lequel est enroulé le bobinage 5.Au contraire de l'exemple de réalisation décrit précédemment, la connexion de contact 9 ramenée sur l'autre côte~ òu-le prolongement qui lui est soudé sous la forme d'un fil ou d'un ruban de cuivre ll n'est pas ramené dans l'espace compris entre l'intérieur de la bobine et l'agencement de contact à lames, un petit tube en verre étant alors glissé sur l'agencement de contact 10 et la connexion ramenée, mais au contraire cette connexion est ramenée séparément à l'intérieur d'un petit tube en verre 16. Ce dernier se trouve également à-l'in- térieur d'un passage dans le corps de bobine et en fait à l'endroit où > par exemple dans un corps de bobine recevant deux agencements de contact à lames, se trouverait le second agencement de contact (voir à ce sujet en particulier la représentation de la figure 8). On obtient de la sorte également que les broches de contact 7a et 7b faisant saillie vers l'extérieur et se trouvant à l'air libre en dehors de l'asencement général du relais présentez écartement mutuel aussi grand que possible, tandis qu'à l'intérieur du relais, rempli d'une matière synthétique, on obtient gracie à la capacité d'isolement élevée du petit tube en verre 16, l'écartement requis pour un circuit à protection propre.La représentation de la figure 8 illustre en une vue en coupe de dessus, côteà-côte, l'agencement de contact à lames 10 proprement dit, dont la connexion côté droit 9 est ramenée au côté gauche à travers le petit tube--en verre 16 disposé à côté, l'écartement d'isolement nécessaire pour la sécurité propre et pour obtenir une tension série élevée étant maintenu à chaque endroit du parcours de retour. La figure 6 représente l'agencement de la figure 8 suivant une ligne de coupe 6-6, tandis que la figure 7 est une vue en coupe de lx représentation de la figure 8, à partir de la gauche et avec le recouvrement avant retiré. Comme déjà mentionné, la tension série élevée obtenue pour la première fois rend possible la mise en oeuvre de relais à lames miniatures pour la coupure de circuits avec et sans protection propre. Cependant, il est également possible simultanément d'utiliser le relais à lames suivant l'invention lui-même dans des circuits à protection propre dans des bocaux protégés contre les explosions.Afin que la rigidité diélectrique et la résistance aux décharges remarquables du relais à lames suivant l'invention ne soient pas réduites par le fait que ce relais est fixé sur une matière de plaquette de circuit qui n'atteint pas la bonne résistance aux courants de fuite du boîtier de relais et de la masse d'isoliement, il est en outre proposé dans une forme de réalisation de l'invention de doter le boîtier du relais à lames d'appendices de forme allongée disposés sur la face inférieure de ce boîtier, de telle sorte que l'ensemble du relais se trouve à une certaine distance de la plaquette de circuit.Ceci est également nécessaire parce qu'il n'existe jusqu'à présent aucune matière isolante typi-que pour des plaquettes de circuit et qu'il faut avoir un écartement approprié par rapport à la'plaquette de circuit pour obtenir la sécurité propre de l'ensemble. Ce. n'est que de la sorte qu'il est possible de tenir compte des conditions d'essai existantes.A cause du fait que le boîtier du relais à lames est posé sur des petis pieds, en procédant de préférence de telle sorte que les quatre coins du boîtier présentent des prolongements semblables à des pieds, qui sont de l'ordre de grandeur du boîtier de relais lui meme, on est assuré qu'un courant de fuite éventuel doive suivre un parcours qui mène le long de la paroi du boîtier de relais à lames jusqu'à un pied et ensuite à la matière isolante de la plaquette de circuit. Etant donné cependant que le boîtier du relais à lames proprement dit présente une résistance aux courants de fuite élevée, on ne peut s'attendre à l'apparition de parcours de fuite avec des agencements de relais surélevés, par opposition à ceux qui sont directement disposés sur la plaquette de circuit. L'écartement à l'aide des petits pieds assure en effet qu'il apparaît un intervalle pouvant être fermé et qui ne peut pas non plus être shunté par des particules étrangères ou l'humidité. Cette forme de réalisation avantageuse de l'objet de l'invention contribue encore au maintien de la tension série élevée désirée du relais à lames suivant l'invention, même dans des circuits à protection propre et dans des locaux protégés contre les explosions. Elle assure en outre que les dispositions adoptées à l'intérieur du relais pour obtenir une tension série suffisamment élevée ne soient pas partiellement annulées lors de la mise en place du relais sur la plaquette de circuit dont la matière pro vouer parce qu elle présente une résistance aux courants de fuite inférieure, une détérioration de l'ensemble de l'agencement empêchant l'utilisation dans des circuits à protection propre. Dans la réalisation suivant l'invention d'un relais à lames, on utilise un boîtier de relais en matière synthétique de grande valeur renforcée par des fibres de verre, qui est rempli avec une résine époxy offrant de très bonnes propriétés électriques. Grâce à ces dispositions, les résistances d'isolement élevées et la résistance aux décharges très élevée entre la bobine et le contact sont encore renforcées. I1 doit être entendu que la présente invention n' est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Relais sous gaz protecteur (relais à lames), de petites dimensions ou de dimensions miniatures , avec une tension série élevée, en particulier pour couper des circuits avec ou sans protection propre ainsi que pour la mise en oeuvre dans des locaux protégés contre les explosions, avec un ou plusieurs agencements de contact à lames entourés par une bobine, la bobine et le contact étant agencés dans un boîtier qui est scellé à son tour avec une résine coulée, caractérisé en ce que les cosses de connexion sorties de la bobine et des contacts de commutation sont disposées de telle torte que les connexions de bobine et de contact se trouvent séparées les unes des autres avec un écartement maximum et que le fil de connexion se trouvant sur un côté de l'agencement de contact ou son prolongement est ramené vers l'autre côté à l'intétieur du corps de bobine, un petit tube en verre dont les parties d'extrémité s'étendent au-delà du corps de bobine étant disposé entre le corps de bobine, d'une part, et la connexion de contact ramenée vers l'autre côté, d'autre part. 2. Relais suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la connexion de contact ramenée de l'agencement de contact à lames est ramenée vers l'autre côté dans l'espace compris entre l'agencement de contact à lames associé et le corps de bobine, l'agencement de contact à lames et la connexion de contact ramenée étant entourés conjointement par un petit tube en verre dont les parties d'extrémité s'étendent au-delà du corps de bobine. 3. Relais suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en parallèle à côté de l'agencement de contact à lames est prévu, dans le corps de bobine, un autre passage recevant un petit tube en verre à travers lequel est ramenée uers l'autre côté la connexion de contact. 4. Relais suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier est réalisé sous une forme rectangulaire et les connexions de contact pour l'agencement de contact à lames et la bobine sont disposées à chaque fois côteà-côte sur les petits côtés du boîtier. 5. Relais suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la connexion de contact à lames se trouvant au voisinage des connexions de contact côté bobine est coupée un peu après sa sortie du corps en verre du contact à lames et un fil flexible, de préférence sous la forme d'un ruban de cuivre, lui est soudé ou fixé d'une autre façon pour être ramené vers l'autre côté. 6. Boîtier pour relais sous gaz protecteur, en particulier un relais suivant l'une quelconque des revendications précédents, caractérisé en ce que la face inférieure du boîtier est dotée d'appendices allongés qui maintiennent le relais à une certaine distance d'une plaque de montage. 7. Boîtier suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'aux quatre coins du boîtier sont prévus des prolongements semblables à des pieds, dont la longueur est de l'ordre de grandeur des dimensions du boîtier et est déterminée en fonction des parcours de courant de fuite à obtenir pour une tension série prédéterminée. 8. Boîtier suivant; la revendication 7, caractérisé en ce que les prolongements en forme de pied ont une longueur de 3 n. 9. Boîtier suivant lo revendication 6 > caractérisé en ce que la résistance aux courants de fuite correspond à celle de la masse d'obturation ou d'isolement.