Brevet FR2254124A1 — publié le 19750704

La presente invention se rapporte a un dispositif pour établir une connexion electrique entre deux éléments conducteurs susceptibles en particulier d'être parcourus par un courant de forte intensite. On sait que les dispositifs de ce type doivent permettre-l'établissement d'une pression de contact entre les organes assurant la connexion ta valeur de cette pression doit être d'autant plus elevee qu'est grande l'intensite du courant qui traverse lesdits organes, ceci afin d'eviter une deterioration rapide des surfaces de contact par formation d'arcs electriques. Le dispositif faisant l'objet de la presente invention a pour but de permettre une connexion ou une déconnexion simple et rapide de deux éléments conducteurs tout en assurant l'etablissement t-t et le maintien d'une pression de contact durant les périodes de mise en service. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif de connexion électrique comprenant deux éléments conducteurs susceptibles d'entre amenés en contact ca ractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accrochage solidaires de l'un desdits éléments conducteurs et pouvant être mis en service de façon a coopérer avec l'autre élément conducteur pour établir ledit contact, et des moyens de serrage mis en service par lesdits moyens d'accrochage pour établir et maintenir une pression de contact entre lesdits éléments conducteurs. Le dispositif selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : a) les moyens d'accrochage sont constitués par un équipage comprenant au moins un tirant mobile en rotation autour d'un axe solidaire de l'un des éléments conducteurs et au moins un levier mobile en rotation autour d'un point d'appui, situé au voisinage d'une extrémité dudit tirant, l1extrémité de l'un des bras dudit levier constituant une fourche susceptible de coopérer avec un organe-solidaire de l'autre élément conducteur pour provoquer un déplacement linéaire relatif des éléments conducteurs lorsque le tirant et le levier sont simulta nément sollicités en rotation ; b) le point d'appui du levier est constitué par un axe mobile en translation par rapport au tirant ;; c) les moyens de serrage sont constitués -par des organes de compression solidaires du tirant et susceptibles de solliciter l'axe constituant le point d'appui du levier lorsque le tirant et le levier sont simultanément sollicités en rotation ; d) l'organe solidaire de l'un des éléments et susceptiblesde coopérer avec l'extrémité du levier conformée en fourche est constitué par un tourillon de forme générale de révolution ;; e) la distance entre l'axe du tourillon et liaxe de rotation du levier lorsque les deux éléments conducteurs viennent au contact est inférieure a la distance entre l'axe de station dudit levier et l'axe de rotation du tirant* moyennant quoi une rotation dudit levier autour de l'axe du tourillon constituant alors un point fixe entraine une translation du point d'appui du levier le long du tirant et une mise en compression simultanée des organes de compression de façon à donner naissance à un effort de traction dans ledit tirant et à un effort de compression dans le bras de levier coopérant avec le tourillon, les composantes respectives desdits efforts selon la direction de déplacement relatif des éléments conducteurs donnant elles-mames naissance à une pression de contact entre lesdits éléments conducteurs ;; f) lesdits éléments conducteurs étant creux, deux clapets sont respectivement agencés à I'intérieur desdits éléments conducteurs et coopèrent de façon à mettre en communication l'intérieur desdits éléments lorsque ceux-ci viennent en contact g) la fourche constituant l'extrémité du bras de levier selon a) est conformée en U, le tourillon selon d) étant susceptible de s'engager entre les branches de ladite fourche ; h) les branches de la fourche présentent respectivement à leur extrémité adjacente à la base de ladite fourche un dégagement dans lequel est susceptible de s'engager partiellement le tourillon. Comme on le comprend, l'invention a trait à un dispositif permettant d'établir une connexion électrique entre un premier élément conducteur susceptible par exemple d'être relié a une source d'énergie électrique et un second élément conducteur relié a un appareil récepteur ; le tourillon solidaire-du premier élément conducteur peut être engagé dans la fourche associée au second élément conducteur et on peut alors imprimer a ladite fourche un mouvement de translation qui se transmet au tourillon de façon a rapprocher les deux éléments conducteurs; -les moyens de compression mis alors en service ont pour effet de fournir la pression de serrage nécessaire au fonctionnement de la connexion lorsque les éléments conducteurs sont parcourus par un courant de forte intensité. Il doit être entendu que l'établissement de la connexion et la déconnexion du dispositif sont effectués hors tension, le dispositifn'ayant pas de pouvoir de coupure. Selon une disposition avantageuse, on peut établir la mise en comnunication de deux conduites de fluideassociées aux éléments conducteurs de façon a permettre l'alimentation simultanée en liquide de refroidissement et en énergie électrique de l'appareil récepteur. La constitution particulière des moyens associés aux éléments conducteurs pour obtenir l'effet de rapprochement et l'effet de serrage permet une manipulation rapide du dispositif par un opérateur, un effort de serrage de valeur élevée pouvant de plus être appliqué par l'usage d'un levier associé de la façon indiquée aux moyens-de serrage. De toutes façons l'invention sera bien comprise et les avantages qu'elle procure ressortiront clairement au vu de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence aux figures des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un rode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; ; la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale partielle du dispositif représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue latérale partielle du dispositif représenté sur la figure 1 illustrant une première phase de fonctionnement ; - la figure 4 représente une vue latérale partielle du dispositif représenté sur la figure I illustrant une-secoade phase de fonctionnement ; --la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'un détail du dispositif représenté sur la figure I ; - la figure 6 représente une vue latérale d'un détail du dispositif repré senté sur la figure 1 et illustre la cinématique de fonctionnement de ce dispositif. on a représenté sur la figure 1 un dispositif de connexion en position déconnectée, ce dispositif comprenant un élément mobile I et un élément fixe 2 tous deux réalisés en un matériau conducteur de l > électricité et susceptibles de coopérer pour connecter un cable électrique 3 relié à l'élément mobile et un cable électrique 4 relié à l'élément fixe. L'élément mobile l est suspendu en son centre de gravité par des cables 5 d'un treuil non représenté équipé d'un dispositif d'équilibrage de telle façon que le poids apparent dudit élément soit sensiblement nul. L'élément mobile I comprend essentiellement un corps creux 6 équipé de tourillons horizontaux 7 et de galets 8, une partie cylindrique mâle 9 et une poignée de manoeuvre 10.L'axe des tourillons 7 est situé dans le même plan que l'axe XY de la partie cylindrique 9 et perpendiculaire audit axe. L'élément fixe 2 comprend essentiellement un corps creux Il muni de glissières 12 et un équipage 13. Cet équipage comprend deux tirants 14 susceptibles de pivoter autour d'un axe 15 solidaire du corps 11, et un levier 16 mobile en rotation autour d'un axe 17 parallèle à l'axe 15 et fixe à l'extrémité des tirants 14 d'une façon qui sera précisée plus loin. te levier 16 est constitué d'un bras 18 et de deux fourches 19 susceptibles de coopérer avec les tourillons 7. Le corps il de l'élément fixe comprend un alésage cylindrique 20 susceptible de coopérer avec la partie cylindrique 9 de l'élément mobile ; en outre les galets 8 de l'élément mobile 1 sont susceptibles de coopérer avec les glissières 12 de l'élément fixe 2, lesdites glissières étant parallèles à l'axe XP. L'élément mobile 1 comporte également une butée de fin de course 40 située en-dessous du plan contenant l'axe des tourillons 7 et l'axe de rotation 15 dans la position pour laquelle les parties fixe et mobile du dispositif coopèrent par engagement du cylindre 9 dans l'alésage 20. En se reportant plus particulierement à la figure 2, qui représente le dispositif en position de connexion, on voit que l'organe cylindrique 9 de l'éléient mobile peut s'engager dans -l'alésage cylindrique 20 de l'elément fixe avec un léger jeu, l'élément mobile venant en appui contre l'élément fixe par une portée de contact 21 située dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'organe cylindrique 9. Le dispositif comporte en outre des clapets 22, 23 respectivement disposés à l'intérieur du corps 6 et du corps 11 et coopérant par leurs extrémités respectives pour mettre en communication l'intérieur du corps 6 et l'intérieur du corps Il lorsque le dispositif est en position connectée.A cet effet, chacun des -clapets 22, 23 est monté de façon à pouvoir coulisser axialement à l'intérieur du corps dans lequel il se trouve disposé, chaque clapet étant respectivement sollicité par un ressort 24, 25 de façon à assurer une fonction d'étanchéité lorsque le dispositif est en position substantiellement déconnectée. Un joint 26 est disposé dans l'alésage cylindrique 20 pour assurer l'étanchéité au droit de l'assemblage alésage 20-cylindre 9 préalablement à la mise en communication des zones internes des corps 6 et il par ouverture des clapets 22, 23. En ée reportant plus particulièrement aux figures 3 et 4 on voit que l'équipage 13 peut passer successivement d'une première position dite position d'engagement A à une seconde position dite position de contact sans pression B et à une troisième position dite position de connexion C.La position d'engagemment A de l'équipage 13 est défilue- géométriquement par une position angulaire des.tirants 14 fixée par des billes 27 visibles sur la figure 2, ces billes étant sollicitées par des ressorts 28 et s'engageant dans des-evidements 29 pratiqués à l'extrémité des tirants de façon à obtenir la position angulaire désirée, et par une position angulaire des fourches 19 fixée par rapport à la position des tirants 14 par une goupille 30 engagée simultanément dans une patte 31 solidaire de l'une des fourches et dans le tirant correspondant. Les positions de contact sans pression et de connexion seront définies plus loin. Comme on le voit sur les figures 3gt 4, le bras 18 du levier 16 forme avec les fourches 19 dudit levier un angle tel que ledit bras forme avec le tirant 14 un angle sensiblement droit lorsque- l'équipage est dans la position d'engagement, ceci afin de faciliter la manipulation du levier par l'opérateur. De plus, chaque fourche 19 forme avec le tirant 14 correspondant un angle aigu a de telle façorq'jangle ss formé dans le plan des figures par l'axe XY et l'axe X'Y' de la fourche 19 soit un angle obtus. Chaque fourche 14 comporte à son extrémité une partie en forme de U 39 dont une branche 32 située à l'intérieur de l'angle aigu a est plus longue que l'autre branche 33 située à l'extérieur dudit angle, lesdites branches étant substantiellement parallèles à l'axe de la fourchette. Lorsque l'équipage 13 est en position dite d'engagement, on peut définir une position correspondante de l'élément mobile 1 telle que les galets 8 soient en contact avec les glissières 12, l'organe cylindrique 9 étant simulta nément engagé dans l'alésage 20 et les tourillons 7 venant en contact avec les branches respectives 32 des fourches 14 de la manière figurée sur la figure 3 pour la position A de l'équipage 13. En se reportant maintenant à la figure 5 on voit que chaque tirant 14 comporte à son extrémité opposée à l'axe 15 une tige rapportée 34 coulissant librement dans un perçage diamétral 35 de l'axe 17 et à l'extrémité libre de laquelle sont vissés un écrou 36 et un contre écrou 37 avec interposition entre l'écrou et l'axe 17 d'un empilage de rondelles élastiques de compression 38 du type connu sous la dénomination commerciale "rondelles Belleville". On va maintenant décrire la cinématique du dispositif en se reportant à nouveau aux figures 1, 3 et 4. Dans ce qui suit on décrira uniquement les mouvements respectifs d'une fourche et du tirant correspondant, étant entendu comme on le voit sur a figure 1 que le mouvement du second tirant et de la fourche correspondante est identique et simultané. Partant de la position d'engagement A définie ci-dessus, pour laquelle le cylindre 9 se trouve partiellement engagé dans l'alésage 20 et le galet 8 est en contact avec la glissière 12, l'opéra- teur débloque le tirant 14 en basculant le bras 18 dans le sens antihoraire, de façon à dégager les billes 27. Ce mouvement entratne un léger recul du tousillon 7.Puis l'opérateur enlève la goupille 30 de façon à libérer en rotation le levier 16 et agit sur la poignée 10 de façon à déplacer l'élément mobile selon un axe XY constituant l'axe commun du cylindre 9 et de l'alésage 20 ; le galet 8 se déplace simultanément sur la glissière 12 parallèle audit axe. Le mouvement de translation de l'élément mobile 1 se poursuit jusqu a ce que ledit élément vienne en butée sur la portée de contact 21. Au cours de ce mouvement le tourillon 7 se déplace sur l'axe XY d'une distance d, et l'équipage 13 passe de la position A à la position B illustrée sur la figure 3. Le tirant 14 et le levier 16 étant libres en rotation, la branche 32 de la fourche 19 peut glisser contre la butée 7 jusqu'à ce que ladite fourche vienne en appui sur ladite butée par le fond de sa partie en forme de U 39. Comme on le comprend aucun effort notable ne doit être exercé sur le levier 18 entre l'instant où la goupille 30 est enlevée et l'instant où le tourillon 7 est substantiellement engagé dans la partie en forme de U 39. Le mouvement d'engagement du tourillon dans la fourche advient de soi-même et quasi-instantanément sous l'effet des forces de pesanteur. Le mouvement de translation de l'élément mobile 1 sur la distance d selon l'axe XY peut toutefois être provoque totalement ou en partie par une action antihoraire sur le levier 16 des l'instant où le tourillon 7 est engagé à fond dans la partie 39 de la fourche 19, cette action ayant pour effet d'exercer sur ledit tourillon une force ayant une composante sur l'axe XY orientée dans le sens de deplace- ment de l'élément mobile 1. La phase d'engagement de ltélement mobile prend fin lorsque ledit élément stest déplacé de la distance d, l'équipage 13 etant alors dans la-position B, dite position de contact sans pression. Au cours de cette phase d'engagement, la projection sur le plan de la figure 3 de l'axe de l'organe 17 s'est déplacée selon un arc de cercle centré sur l'axe 15 du tirant. L'élément mobile entant venu en butée sur la portée de contact 21, le déplacement de l'axe de l'organe 17 selon ledit arc de cercle devient impossible à partir du moment où l'équipage 13 est dans la position B correspondante. En se reportant plus particulierement à la figure 4, on voit que la phase suivante du mouvement de l'équipage 13 correspond à une rotation de la fourche 19 autour du tourillon 7 qui constitue alors un point fixe. La projection sur le plan de la figure 4 de l'axe de l'organe 17 se déplace alors selon un arc de cercle centré sur l'axe du tourillon7. Il en résulte un accroissement progressif at de la distance entre l'axe de rotation 15 du tirant 14 et l'axe de ltorgane 17, cet accroissement étant maximum lorsque les projections respectives sur le plan de la figure 4 de l'axe de rotation 15, de l'axe du tourillon 7 et de l'axe de l'organe 17 sont situées sur une meme droite.Cet accroissement de longueur est rendu possible par le montage coulissant de la tige 34 dans l'axe 17, et s 'accompagne d'une compression des rondelles élastiques 38. L'énergie correspondante est fournie par l'opérateur exerçant sur le levier 18 un effort antihoraire. Le tirant 14 est donc mis en traction et la fourche 19 en compression, la composante selon l'axe XY de l'effort de compression appliqué par la fourche 19 au tourillon 7 étant transmise s la portée de contact 21. Le mouvement se poursuit jusqu'à ce que le levier 16 vienne en contact avec la butée de fin de course 40. On rappelle que cette butée de fin de course est située au-dessous du plan contenant l'axe de rotation 15 et l'axe du tourillon 7. La butée 40 est en outre située à l'intérieur d'un dièdre défini par ledit plan et un plan contenant l'axe de rotation 15 et un axe symétrique par rapport audit plan de l'axe de l'organe 17 lorsque 1 'équipage 13 est dans la position de contact sans pression ou position B. On conçoit donc que lorsque le levier 16 vient en contact sur la butée 40, il subsiste un accroissement AQ substantiel de la distance entre l'axe dé l'organe 1Z èt l'axe de rotation 15, et par conséquent un effort de compression substantiel des rondelles 38. En conséquence l'élément mobile 1 dudispositif est appliqué contre l'élément fixe 2 par la portée de contact 21 avec une force de serrage correspondante.L'équipage 13 se trouve dans la position C dite position de connexion illustrée par la figure 4. On voit que le mouvement antihoraire du levier 16 lorsque l'axe de l'organe 17 est situé à l'intérieur du dièdre défini ci-dessus correspond à une diminution de At et par conséquent à une restitution partielle de l'énergie de compo giton des rondelles 38. En conséquence la position de connexion est une position stable. La déconnexion du dispositif est effectuée par l'opérateur en exerçant sur le levier un effort horaite jusqu'à ce que l'accroissement ht atteigne sa valeur maximale, à la suite de quoi la position de la fourche devient instable et l'équipage revient de lui-même à la position de contact sans pression. L'opérateur peut alors reculer l'élément mobile 1*et relever ltéquipage à là position d'engagement A. La mise sous tension est effectuée après connexion et la mise hors tension est effectuée avant déconnexion par un interrupteur approprié non représenté situé sur le circuit d'alimentation du dispositif. Compte tenu de la disposition des clapets 22, 23, la circuIation d'eau de l'élémentmobile 1 à l'élément fixe 2 advient. légèrement avant la connexion et est interrompue légèrement après la déconnexion, de sorte que l'on assure la fonction de refroidissement durant toute la durée de mise sous tension. On a représenté sur la figure 6 un mode de réalisation avantageux de la fourche 19 selon lequel les branches 32, 33 présentent chacune un dégagement respectivement référencé 41, 42 en forme de portion de cylindre de diamètre égal au diamètre du tourillon 7, la partie en forme de U 39 se trouvant ainsi élargie à sa base. Le dégagement 41 de la branche longue 32 a pour fonction d'assurer un enclenchement de la fourche et du tourillon en position d'engagement du dispositif, de façon à éviter que ledit tourillon ne se dégage fortuitement en glissant le long de la branche 32 au cours du mouvement de rapprochement de l'élément mobile 1 et de l'élément fixe 2 du dispositif. Lorsque l'élément fixe 1 vient en butée contre la portée de contact 21, la position correspondante de la fourche 19 se trouve illustree sur la figure 6 par le contour en trait pointillé long se déduisant du contour en trait continu correspondant à la position initiale d'engagement par une double rotation de la fourche 19 telle que décrite en référence à la figure 3 en relation avec le mouvement de l'équipage 13 de la position d'engagement A à la position de contact sans pression B. L'effet antihoraire appliqué sur le bras de levier 18 se reporte alors uniquement sur la fourche 19 en provoquant une rotation de ladite fourche autour de l'axe 17 de telle façon que le tourillon 7 se trouve libéré du dégagement 41 et vienne en appui contre le dégagement 42 de la façon représentée sur la figure 6 par un contour en trait mixte. L'opérateur provoque alors le mouvement de rotation de l'équipage entier autour de liaxe du tourillon 7 tel qutillustre sur la figure 4 pour obtenir le passage de la position de contact sans pession B à la position de connexion C. Au cours de ce mouvement, l'enclenchement du tourillon 7 dans le dégagement 42 permet d'éviter que ledit tourillon ne se dégage fortuitement en glissant le long de la branche courte 33. I1 va de soi que le dispositif qui vient d'être decrit est conçu pour obtenir une connexion monophasée ; toutefois on peut adapter aisément les dispositions constructives pour établir des connexions polyphasées. Le dispositif selon l'invention trouve son application pour la connexion d'appareils récepteurs alimentés en particulier par un courant de forte intensité, par exemple pour l'alimentation en courant monophasé d'un inducteur de chauffage associé à un récipient d'aciérie. On sait que de tels appareils peuvent nécessiter l'utilisation d'un courant de plusieurs milliers d'ampères. Dans ce cas particulier, on pourra utiliser deux dispositifs identiques tels que décrits dans l'exemple, le premier dispositif servant à l'alimentation en énergie électrique et en liquide de refroidissement de l'inducteur, le second servant au retour du courant et à 11 évacuation du liquide de refroidissement. Une fois ces dispositifs déconnectés, le récipient peut être utilisé de façon autonome de la même façon qu'une poche d'aciérie et transporté d'un premier poste de travail à un second poste de travàil où il peut se trouver connecté à nouveau à une source d'énergie électrique et de liquide de refroidissement. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de connexion électrique comprenant deux éléments conducteurs susceptibles d'être amenés en contact caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accrochage solidaires de l'un desdits éléments conducteurs et pouvant être mis en service de façon à coopérer avec l'autre élément conducteur pour établir ledit contact, et des moyens de serrage mis en service par lesdits moyens d'accrochage pour établir et maintenir une pression de contact entre lesdits éléments conducteurs. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'accrochage sont constitués par un équipage comprenant au moins un tirant mobile en rotation autour d'un axe solidaire de l'un des éléments conducteurs et au moins un levier mobile en rotation autour d'un point d'appui, situé au voisinage d'une extrémité dudit tirant, l'extrémité de l'un des bras dudit levier constituant une fourche susceptible de coopérer avec un organe solidaire de l'autre élément conducteur pour provoquer un déplacement linéaire relatif des éléments conducteurs lorsque le tirant et le levier sont simultanément sollicités en rotation. 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le point d'appui du levier est constitué par un axe mobile en translation par rapport au tirant. 4 - Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les moyens de serrage sont constitués par des organes de compression solidaires du tirant et susceptibles de solliciter l'axe constituant le point d'appui du levier lorsque le tirant et le levier sont simultanément sollicités en rotation. 5 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'organe solidaire de l'un des éléments et susceptible de coopérer avec l'extrémité du levier conformée en fourche est constitué par un tourillon de forme générale de révolution. 6 - Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la distance entre l'axe du tourillon et ltaxe de rotation du levier lorsque les deux éléments conducteurs viennent au contact est inférieure à la dis tance entre l'axe de rotation dudit levier et l'axe de rotation du tirant, moyennant quoi une rotation dudit levier'autour de l'axe du tourillon constituant alors un point fixe entraine une translation du point d'appui du levier le long du tirant et une mise en compression simultanée des organes de compression de façon à donner naissance à un effort de traction dans ledit tirant et à un effort de compression dans le bras de levier coopérant avec le tourbillon, les composantes respectives desdits efforts selon-la direction de deplacement relatif des éléments conducteurs donnant ellesmes naissance à une pression de contact entre lesdits éléments conducteurs. 7 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits éléments conducteurs étant creux, deux clapets sont respectivement agencés à l'intérieur desdits éléments conducteurs et coopèrent de façon à mettre en communication intérieur desdits éléments lorsque ceuxci viennent en contact. 8 - Dispositif selon les revendications 2 et 5 dans lequel la fourche comr porte deux branches, caractérisé en ce que lesdites branches présentent respectivement à leur extrémité adjacente à la base de ladite fourche un dégagement dans lequel est susceptible de s'engager partiellement le tourillon.