Brevet FR2294529A1 — publié le 19760709

L'invention concerne les commutateurs électriques et, notamment, un commutateur k ressort. L'invention concerne plus particulièrement un commutateur unipolaire à deux direc tisons, type fre'quemment appelé "commutateur à deux circuits". Ce commutateur comporte quatre bornes et un organe intermédiai- re de contact ou pontet de contact, destiné à porter sélectivement sur l'une ou l'autre des deux paires de bornes pour fermer un circuit. Ce type de mécanisme présente de bonnes caractéristiques de coupure, une durée de vie des contacts importante, une adaptation aise aux circuits et une bonne résistance aux vibrations. De plus, son boîtier est petit. Les commutateurs à ressort du type décrit ci-dessus sont couramment utilises dans l'industrie aéronautique ainsi que dans les machines industrielles et commerciales. Il est fréquent que des commutateurs de ce type doivent respecter certaines tolérances critiques et doivent subir un traitement thermique spécial. Ils comportent fréquemment desssa- mes flexibles devant entre réalisées dans des matières particulières de manière que leur durée de vie en service soit relativement longue. La réalisation de commutateurs devant présenter des caraetéristiques différentes nécessite la mise en oeuvre de procédés différents. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 2 840 657 décrit un commutateur de ce type qui, de mEmeWque le commu tateur selon l'invention, est constitué de pièces ne devant pas subir de traitements thermiques et pour lesquelles il neest pas nécessaire de respecter des tolérances critiques. Ce com mutateurà deux circuits utilise un ressort hélicoSdal à position centrale instable comme organe de commande. Cependant, le ressort du commutateur du brevet no 2 840 657 précité est un ressort de traction, alors que le ressort du commutateur selon l'invention est un ressort de compression.L'importance résultant de l'utilisation d'un ressort de compression de préférence à un ressort de traction pour ce. type de commutateur ressortira de la description ddtaillée qui suit. De mdme que le commutateur du brevet no 2 840 657 précité, le commutateur selon l'invention est du type à deux circuits, comportant des pièces de conception simple qui permettent l'utilisation de matières résistant aux températures élevées, ces matières étant fréquemment difficiles à travailler pour la réalisation de pièces de formes complexes. De plus, le guidage de l'organe de commande de ce type de commutateur est convenable, de sorte que ltorgane de commande bénéficie d'un appui extr & ement bon, favorisant le maintien des contacts en position convenable0 Ce type de commutateur réalise également un nettoyage par frottement des contacts, de manière à maintenir la surface de ces derniers en état de propreté et à éliminer, lors de l'ouverture, le collage des contacts soudés.De plus, ce type de commutateur peut utiliser des bornes portant les contacts, comme décrit dans le brevet no 2 840 657 précité. Le boftier et les contacts fixes du commutateur décrits dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité conviennent également au commutateur selon l'invention, bien que d'autres bottier et contacts puissent être utilisés si cela est souhaité. Bien que les pièces communes aux deux commutateurs soient décrites dans lé présent mémoire, certains détails du bottier ne sont pas mentionnés. Cependant, ces détails concernant le bottier et les contacts fixes sont décrits dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité. L'organe de commande du commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité est réalisé d'une seule pièce et présente une ouverture et quatre rainures allongées à ses surfaces externes, ces rainures partant de points voisins de ltouverture. Un ressort de traction, qui passe dans cette ouverture, est accroché par ses extrémités dans des trous de pattes de contact approximativement en U, de manière à tendre à rapprocher ces pattes ou lames l e de l'autre. Sous cette traction, les aretes présentées par les extrémités des lames sont introduites à force dans des rainures correspondantes de l'ouverture qui assume alors la fonc tion de pivot permettant la commutation lorsque l'organe de commande est enfoncé.Le commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité est bien conçu et convient à de nombreuses applications pour lesquelles il réalise des commutations sdres.Cependant, l'augmentation rapide des colts de production a entratné un accroissement du prix de fabrication de ce commutateur, de sorte qu'il est souhaitable de disposer d'un commutateur moins cher.La raison principale au coat élevé du commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unïs d'Amérique no 2 840 657 précité est que la présence des deux lames de contact en U et du ressort de traction passant dans l'ouverture de organe de commande nécessite des opérations manuelles de mqntage, car le ressort doit être introduit dans l'ouverture et ses extrémités doivent entre accrochées dans les trous des lames. Outre le codt de montage du commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 2 840 657 précité, la fixation du ressort de traction aux lames de contact, par introduction des extrémités de ce ressort dans les trous des lames, soulève également un problème car il est apparu, après de nombreuses manoeuvres du commutateur, que les extrémités du ressort tendent à user excessivement les lames de contact à proximité des trous. Cette usure entrasse une modification de la force exercée par le ressort et,par conséquent, une augmentation des risques de défaut après un fonctionnement continu. L'invention concerne un commutateur à ressort à deux circuits, présentant les avantages du commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 2 840 657 précité, mais dtune grande durée de vie et pouvant entre assemblé à un faible colt. L'invention concerne un commutateur pouvant être construit à bon marché et présentant une durée de vie supérieure à celle des commutateurs antérieurs du type à ressort. A cet effet, il comporte un mécanisme de commutation qui com prènd deux lames présentant des bords effilés ou arêtes, qu'un ressort de compression introduit à force dans des rainures d'un organe de commande, de manière à éloigner les lames l'une de l'autre et à constituer un pivot pour ces lames lorsqutil est enfoncé. A cet effet, organe de commande comprend deux éléments au lieu dtun, présentant chacun une ouverture et portant l'un contre l'autre par certains tronçons de leur longueur, Ces éléments sréloignent l'un de l'autre à proximité des ouvertures pour former une cavité centrale0 Les tronçons supérieurs des deux éléments sont reliés et forment une saillie sur laquelle le bouton de commande du commutateur est monté.Les tronçons inférieurs des deux éléments sont également reliés et forment deux pattes et un ergot sur lequel est monté un ressort-de rappel disposé entre les pattes. Une autre différence entre l'organe de commande du commutateur selon l'invention et celui du commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité est que les rainures qui constituent le pivot des lames sont réalisées aux surfaces internes et face à face des deux éléments de commande, plutôt suraux surfaces externes d'un élément de commande unique. L'organe de commande étant constitué de deux éléments, les ardues des lames peuvent être placées séparément dans les rainures.Le ressort de compression peut être placé sur ltune des lames, puis les deux éléments de commande peuvent titre assemblés et fixés l'un à l'autre, de manière que le ressort de compression tende à éloigner à force les deux lames l'une de l'autre et à maintenir leurs ardues dans les rainures correspondantes de ltorga- ne de commande, Ce dernier étant constitué de deux éléments, les lames peuvent entre placées sur les pièces associées et sur Organe de commande à l'aide drun appareil automatique de montage.De plus, le ressort de compression du commutateur selon ltinvention étant simplement placé entre les deux lames, la durée potentielle de vie de ce commutateur est importante et toute variation des caractéristiques du ressort de commande, due à l'usure, est pratiquement éliminée0 L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue en perspective du commutateur selon l2invention la figure 2 est une élévation, avec coupe longitudinale partielle, du commutateur selon l'invention dont le couvercle est retiré du bottier ; la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2 ; et la figure 5 est une vue en perspective de organe de commande, des lames et du ressort de commande du mécanisme du commutateur selon l'invention. Les figures représentent le commutateur 20 selon l'invention qui comporte un boftier comprenant une partie principale ou un corps 22, et un couvercle 24. Ce boftier est réalisé en toute matière isolante convenable, par exemple en "Bakélite". Le couvercle 24est fixé au corps 22 à l'aide d'organes convenables, par exemple des rivets (non représentés) qui passent dans deux trous alignés 26 dont les extrémités opposées présentent des noyures. Les paires de trous alignés 26 sont avantageusement. placées sur une diagonale du bottier, de mOme qu'une autre paire de-trous alignés 28. Ces trous 28 et 26 sont placés aux quatre coins d'un rectangle. Les trous 28 sont\destinés au passage de vis pour la fixation du commutateur dans toute position souhaitée. Le corps 22 du boftier présente, B ses extrémités opposées, des fentes horizontales 30 espacées verticalement l'une de l'autre, dans ltorientation des figures, aboutissant, à une extrémité, sur le cRté ouvert du corps et fermées par le couvercle 24. Les fentes 30 logent des supports 50 destinés à la fixation de bornes et constituant également des contacts fixes. Chaque organe rapporté 50 comprend un corps sensiblement rectangulaire duquel fait saillie vers l'extérieur et sur un côté utle patte ou oreille 52 de connexion. Les pattes 52 présentent des trous 54. Les organes supérieur et inférieur sont inversés l'un par rapport à l'autre, de manière que les pattes soient orientées sur des cotés opposés pour faciliter la connexion de filsu Chaque organe 50 comprend également deux paires de doigts parallèles 56, opposées l'une à l'autre. Ces organes sont réalisés par découpage et emboutissage dans une tôle flexible, par exemple une tôle de laiton. Les extrémités extérieures des doigts 56 de chaque paire sont plus rapprochées que les extrémités intérieures0 Le corps de chaque organe rapporté présente également un trou dans lequel est rivé un contact 58 ou 59 en métal conducteur convenable, avantageusement en argent, selon un procédé classique de montage des contacts. Il ressort des figures et de la description précédente que les contacts 58 et 59 sont montés aux extrémités op-, posées du boftier et espacés verticalement l'un de l'autre. Ces contacts sont également alignés l'un sur l'autre, de manière qutun contact à deux faces, mobile verticalement, puisse porter sélectivement sur l'un ou l'autre Le corps 22 présente un chemin 60 vertical et central de guidage, ouvert vers l'intérieur du boftier. Le couvercle présente un chemin 62 de guidage, analogue au chemin 60 et orienté vers ce dernier. Un organe 64 de commande est monté de manière à pouvoir exécuter un mouvement alternatif vertical dans ces chemins de guidage. Cet organe 64 comporte des pièces de laiton ou autres, relativement épaisses, réalisées par em boutissageO Il comprend un corps approximativement rectangulaire, comportant un tenon 66 orienté vers le haut et de dimensions réduites0 Un bouton 68 de matière plastique est em bofté sur ce tenon et enfoncé de manière à porter sur des épaulements 70 situés à la partie supérieure du corps et à proximité du tenon 66.Le bouton, de section transversale rectangulaire, se loge en grande partie dans une ouverture 72 de la paroi supérieure du corps du boftier, et partiellement dans une ouverture du couvercle (non représentée) Ces deux ouver tures forment ensemble une ouverture rectangulaire sur le bord inférieur de laquelle vient porter un collet complémen- taire 76 du bouton, de manière à limiter le mouvement vers le haut de ce dernier et de organe de commande. Le corps de l'organe 64 de commande présente deux ouvertures 78 et 79, et il comporte un ergot 80 faisant saillie vers le bas, destiné au positionnement dtun ressort, et deux pattes 82, situées de part et dtautre de l'ergot et fai- sant saillie également vers le bas. Un ressort hélicoïdal 84 est monté sur ergot 80, entre les pattes 82, et se loge dans un évidement 86 du corps 22 du bottier. Ce ressort tend normalement à élever organe 64 de commande et le bouton 68 vers leur position d'élévation maximale (figure 3). Organe 64 de commande présente des rainures 88 en Y orientées horizontalement et transversalement par rapport au centre des ouvertures 78 et 79. Ces rainures sont orientées directement l'une vers l'autre Une lame 92 de contact pivote sur chaque coté de l'organe 64 de commande. Un plot 98 de contact à deux faces, fixé à chacune des lames, est destiné à porter sur l'un des contacts situés au-dessus et au-dessous de la lame 92. Les extrémités internes des laniers 92 présentent des bords effilés ou arêtes 100 qui se logent dans les rainures 88, de part et d'autre des ouvertures 78 et 79.Un ressort hélicoldal 102 de compression passe dans ces ouvertures 78 et 79. Chaque lame 92 est avantageusement réalisée en métal flexible, par exemple en cuivre au berrylium. Les plots 98 de contact sont avantageusement réalisés en argent, comme les contacts 58 et 59, et le ressort hélicoïdal 102 est classique, généralement en acier. Les figures 4 et 5 représentent en détail le mécanisme de commutation selon l'invention. L'organe 64 de commande comprend deux éléments séparés 67 et 69, portant l'un contre l'autre à proximité du tenon 66, de manière à recevoir le bouton 68. Ces éléments 67 et 69 portent également l'un contre l'autre pour former les pattes 82 et ergot 80 de po sitionnement du ressort à la partie inférieure de l'organe 66. Le ressort 84 se loge entre les pattes 82 et entoure l'er- got 80 orienté vers le bas. Chacun des éléments 67 et 69 présente une ouverture. Ainsi, une partie 71 de l'élément 69 présente une ouverture 78, et une partie 73 de l'élément 67 présente une ouverture 79. Ces parties 71 et 73 font saillie vers l'extérieur du tenon et des pattes, de manière qu'une cavité 74 soit délimitée entre les surfaces internes 75 et 77 des éléments 69 et 67, respectivement. Ces derniers présentent deux rainures 88, voisines chacune des ouvertures 78 et 79 qu'elles atteignent. Ces rainures 88 sont orientées transversalement par rapport à l'axe longitudinal 81 et elles assument la fonction de pivot pour les lames correspondantes 92 de contact. Les lames 92 comprennent un tronçon 83 relativement large, proche des parties 71 et 73 en saillie des éléments 69 et 67 Chaque lame est inclinée vers le bas, vers une extrémité étroite 85 à proximité de laquelle les plots 98 de contact sont fixés. Chaque lame 92 peut comporter, si cela est souhaité, une ouverture 87 de refroidissement. Ltextrémi- té intérieure de chaque lame 92 comporte deux pattes 89 terminées par des doigts 91 qui présentent des arêtes effilées 100 se logeant dans les rainures correspondantes 88 de ltorga- ne 6$ de commande. Par conséquent, les arêtes 100 des doigts 91 et les rainures 88 constituent le pivot de chaque lame du commutateur. Lors de l'assemblage du commutateur, les lames 92 peuvent entre placées sur les éléments séparés 67 et 69 de ltorgane 66 de commande, de manière que les arêtes 100 des doigts 91 se logent dans les rainures correspondantes 88o Le ressort 102 de compression peut ensuite être placé sur l'un des organes 93 de positionnement faisant saillie à l'extremi- té interne des lames 92. Ce ressort 102 est placé entre les pattes 89 et sur l'organe 93 de positionnement, de manière à tendre à éloigner les lames 92 l'une de l'autre lorsque le commutateur est assemblé.Le ressort 102 peut être placé ini tislement sur itun dés organes 93 å l'aide d'un appareil automatique de montage, puis les éléments 67 et 69 peuvent être rapprochés par ce meme appareil pour constituer organe complet de commande. Le ressort est ensuite placé sur l'autre organe 93, puis le mécanisme de commutation est achevé comme représentéysur la figure 5. Un avantage important de la forme de réalisation représentée sur la figure 5, par rapport au commutateur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 2 840 657 précité, qui comprend un ressort de traction, est que le ressort de compression est fixé entre les pattes 89 et positionné avec précision par les organes 93.Il ntest donc pas nécessaire de fixer les extrémités de ce ressort aux lames 92. Ce montage élimine l'usure aux points de liaison entre les lames et le ressort, cette usure pouvant nuire à la sdreté du fonctionnement du commutateur après des manoeuvres répétées. Le ressort 84 tend normalement à maintenir l'organe de commande et le bouton en position d'élévation (figure 3), comme mentionné précédemment. Le ressort 102 tend à éloigner les lames de contact l'une de l'autre et vers le bas, de manière que les plots 98 portent sur les deux contacts inférieurs 59. Lorsque le bouton 68 est enfoncé contre la force du ressort 84, le pivot des lames 92, qui comprend les rainures 88, est abaissé vers une position centrale d'équilibre instable entre le ressort 102 et les tronçons des lames aux- quels ce ressort Yst fixé. Dès que le pivot dépasse cette position d'équilibre instable, le ressort 102 élève brusquement les lames de contact et fait porter ainsi les plots 98 sur les deux contacts supérieurs 58. Il est évident que les deuf plots 98 se déplacent sensiblement en synchronisme, car le ressort 102 les élève brusquement dès que le pivot dépasse la position centrale d'équilibre instable mentionnée ci-dessus. Lorsque le bouton 68 est reltché, le ressort 84 le ramène, avec organe de commande, vers la position d'élévation. Le pivot passe de nouveau par une position centrale d'équilibre instable. Le ressort602 abaisse alors brusquement les plots 98 pour les faire porter contre les contacts inférieurs 59. Il est évident que le commutateur décrit ci-dessus est du type à rappel par ressort, c'est-à-dire que le ressort 84 maintient normalement organe de commande en position d'élévation (figure 2), de manière à fermer un circuit passant par les contacts inférieurs 59 à l'aide des plots 98, des lames 92 et de ltorgane 64 de commande. Les contacts supérieurs 58 sont connectés l'un à l'autre de mdme manière uniquement lorsque le bouton 68 est maintenu abaissé. Il est évident que le ressort 84 peut être supprimé et qutun tenon analogue au tenon 66 peut entre réalisé à l'extrémité inférieure de l'organe de commande pour coopérer avec un second bouton dépassant à la surface inférieure du commutateur. Ce dernier peut alors entre manoeuvré manuellement dans un sens ou dans l'autre et il reste dans la position qui lui est donnée jus qutà ce qui soit manoeuvré en sens opposé au précédent, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique no 2 840 657 précité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent titre apportées au commutateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Commutateur à ressort, caractérisé en ce quril comporte un support isolant, un organe de commande monté dans le support et coulissant entre une position normale et une seconde position, un élément destiné à faire coulisser organe de commande par rapport au support, un élément de rappel de l'organe de commande tendant à déplacer ce dernier de la seconde position vers sa position normale, deux lames séparées de contact pivotant sur des cotés opposés de l'organe de commande et orientées à peu près transversalement par rapport à ce dernier, ces lames étant approximativement planes, l'or- gane de commande comprenant deux éléments fixés l'un à l'au- tre de manière que leurs surfaces internes soient espacées l'une de l'autre à un emplacement prédéterminé de l'organe de commande, chaque élément présentant une ouverture et des zones de pivotement, sensiblement opposées et situées aux surfaces internes orientées l'une vers l'autre et présentées par les deux éléments, ces zones constituant, pour les lames, un pivot situé sur organe de commande, dans une position comprise entre les limites du coulissement de cet organe, chaque lame présentant deux pattes espacées, reliées par une ame à l'une de leurs extrémités, un ressort hélicoldal étant comprimé entre lesdites lames et se logeant entre lesdites pattes, de manière à tendre à éloigner à force les lames l'une de l:au tre, afin que des parties desdites lames portent sur lesdites zonesopposées de pivotement, chaque lame portant, à son extrémité extérieure, un organe de contact électrique, et chaque lame comportant également, sur ses cotés opposés, deux butées espacées, situées à peu de distance de l'extrémité extérieure de la lame, ces butées, qui sont portées par le support, étant disposées sensiblement à proximité de la position moyenne du pivot, chaque butée comprenant un contact électrique aligné sur le contact correspondant porté par la lame associée, les lames passant brusquement en synchronisme d'une position normal9 dans laquelle elles portent chacune sur un premier des contacts constituant les butées, vers une seconde position dans laquelle elles portent chacune sur l'autre des contacts constituant les butées, consécutivement à un coulissement de organe de commande, ce coulissement faisant passer le pivot des lames au-delà d'une position centrale d'équilibre instable par rapport auxdites lames et au ressort tendant à les éloigner l'une de l'autre, les lames, lorsqu'elles occupent l'une de leurs positions, réalisant avec les contacts qu'elles portent un circuit électrique intermédiaire par lequel les contacts constituant les butées sont connectés. 2. Commutateur à ressort, caractérisé en ce qutil comporte un bottier isolant allongé présentant une cavité de section en U orientée transversalement par rapport à l'axe longitudinal dudit boftier, et une seconde cavité orientée longitudinalement par rapport au bottier et aboutissant à l'extérieur de part et d'autre de la première cavité citée, un organe de commande coulissant transversalement dans ladite première cavité entre une position normale et une seconde position, cet organe de commande, qui comprend un élément al- longé en matière conductrice, présentant une ouverture allongée alignée sur son axe longitudinal, un bouton isolant étant fixé à une première extrémité de l'organe de commande et faisant saillie sur un premier caté du boftier, ce bouton, qui est mobile, pouvant 8tre enfoncé de manière à faire passer organe de commande de la position normale àtla seconde position, un élément ramenant organe de commande de ladite seconde position à sa position normale, deux lames de commutation séparées, qui pivotent sur l'organe de commande, étant orientées à peu près en opposition l'une par rapport à l'autre et transversalement par rapport à ltorgane de commande, dans la cavité longitudinale du bottier, ces lames, qui sont ap proximativement planes,comportant deux pattes espacées reliées l'une à/tautre par une âme à une première de leurs extrémités, deux doigts faisant saillie vers l'extérieur desdites pattes, deux parties dc Itorgane de commande, espacées l'une de l'au- tre, présentant chacune une ouverture, les surfaces internes orientées l'une vers l'autre de ces parties présentant chacune deux entailles placées de manière 8 loger chacune l'un desdits doigts, un ressort de compression étant monté entre les pattes des lames de manière à déplacer à force ces dernières vers l'extérieur et à appliquer à force lesdits doigts dans les entailles ou rainures qui constituent ainsi, avec les doigts, un pivot par lequel les lames portent sur l'organe de commande, ce pivot pouvant prendre une position moyenne entre les limites du coulissement de l'organe de commande, lesdites entailles étant situées à l'extérieur et sur les cotés opposés des ouvertures allongées, et ces entailles étant également orientées transrersalement par rapport à l'axe longitudinal de Itorgane de commande, les extrémités extérieures des lames portant-des contacts électriques qui font saillie sur les iaces opposées desdites lames, deux butées espacées étant placées à chaque extrémité de la cavité longitudinale du boftier, de manière à peu près symétrique et dans des plans situés de part et d'autre de la position moyenne du pivot, une butée de chaque paire constituant un contact aligné sur le contact correspondant de la lame voisine, un coulissement de organe de commande provoquant un déplacement brusque et synchronisé des deux lames, a tune position dans laquelle elles portent chacune sur l'une des.butées de la paire associée, b une position dans laquelle elles portent chacune sur l'autre des butées de laditepaire;le coulpssement de l'or- gane de commande faisant passer le point par lequel les lames pivotent sur cet organe au-delà d'une position centrale d'équilibre instable par rapport auxdites lames et au ressort, les lames réalisant, dans l'une de leurs positions et à l'aide de leurs contacts, un circuit électrique entre les contacts constituant les butées correspondantes.