Brevet FR2462013A1 — publié le 19810206

La présente invention se rapporte à des interrupteurs horaires thermiques comprenant un thermostat à bilame et une résistance électrique chauffant le bilame dudit thermostat. L'invention vise à obtenir un interrupteur très petit, très peu onéreux et ne fonctionnant qu'avec une faible production de chaleur. Selon les caractéristiques essentielles de 1 'inven- tion, la résistance de l'interrupteur est une résistance en couche épaisse et le thermostat à bilame est encapsulé dans un boitier plat en matière plastique sur l'un des cotés plats duquel est montée ladite résistance en couche épaisse. Un tel interrupteur se prête à des utilisations simples dans lesquelles, en fonctionnement normal, la résistance est parcourue en pernla- nence- par du courant électrique. Cet état normal de fonctionnement peut être perturbé par une baisse ou une disparition du courant, voire par une augmentation de ce courant qui parcourt la résistanceen couche épaisse.Dans le premier cas, l'interrupteur est conçu de telle sorte que la température d'enclenchement du bilame soit inférieure à la température correspondant à un fonctionnement normal, tandis que, dans le second cas, elle est supérieure à ladite température en service normal. Dans les deux cas, la commutation résulte d'une réaction à la défaillance constatée, accompagnée d'une temporisation dépendant de l'inertie thermique des composants de l'interrupteur, notamment de la résistance en couche épaisse, du boitier et du bilame. Cet interrupteur est donc temporisé. En outre, l'interrupteur selon l'invention peut être utilisé pour des cas dans lesquels la résistance en couche épaisse n'est pas parcourue par du courant en service normal, et donc est à la température ambiante ; lorsque, par suite de l'actionnement d'un interrupteur, cette résistance en couche épaisse est ensuite parcourue par du courant, la température de l'interrupteur horaire augmente, et ce dernier effectue une commutation lorsque sa température de déclenchement, supérieure à la température ambiante, est dépassée. Par exemple, la résistance encouche épaisse peut être montée dans le circuit d'un appareil électrique de telle sorte que, lorsque cet appareil est enclenché, cette résistance soit parcourue par du courant et que ledit appareil se déclenche automatiquement après que la température d'enclenchement de l'interrupteur a été dépassée. De la sorte, l'interrupteur horaire peut être utilisé, par exemple, dans des ventilateurs électriques. Compte tenu du faible dégagement de chaleur de la résistance en couche épaisse, les températures peuvent être limitées à un niveau relativement faible et ne soulevant aucune difficulté, même lorsque la résistance est chauffée en permanence. Cependant, pour permettre une utilisation suffisamment fiable du thermostat à bilame, ce dernier doit être suffisamment petit et présenter de bonnes propriétés thermoconductrices. Le choix d'un boîtier plat en matière plastique logeant le thermostat à bilame, et sur un côté plat duquel se trouve la résistance en couche épaisse, résulte de la constatation selon laquelle un boîtier en matière plastique est un mauvais conducteur de la chaleur, mais que la faible capacité thermique de ce boîtier en matière plastique est plus importante encore lorsqu'il s'agit de ne pas obtenir trop lentement la température d'enclenchement malgré une faible transmission de chaleur ou lors du refroidissement de l'interrupteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : le bilame de l'interrupteur est situé du côté dudit interrupteur orienté vers la résistance en couche épaisse le ressort de contact de l'interrupteur est fixé d'un côté dans le boîtier, et le bilame conformé en une languette à déclic est monté librement entre des pattes, des crochets ou des supports analogues sur la face dudit ressort de contact tournée vers l'extérieur ; la face efficace du bilame est orientée vers la résistance à couche épaisse ; et dans la région de la résistance en couche épaisse montée à l'extérieur du boîtier, ce dernier est transparent ou translucide. Ces caractéristiques visent ensemble à améliorer la transmission de chaleur de la résistance au bilame et à accroître la vitesse de réaction de ce dernier. En outre, ce bilame est isolé thermiquement dans une large mesure par le ressort de contact qui possède une capacité thermique relativement grande. L'inertie thermique de ce ressort de contact n'influence que faiblement l'aptitude du bilame à réagir. Dans l'esprit de la présente invention, une languette à déclic consiste en un bilame incurvé par estampage et dont la courbure passe brusquement de l'état concave à l'état convexe, et inversement, selon que sa température d'enclenchement est dépassée ou non. Par "face efficace" du bilame, il faut cpmprendre la face constituée de la matière présentant le plus grand coefficient de dilatation thermique. Lorsqu'on oriente cette face vers la source de chaleur, est de préférence chauffée en même temps qu'elle la face responsable en premier lieu de la modification de la courbure. I1 est recommandé d'utiliser un boîtier transparent ou translucide lorsqu'un rayonnement thermique doit également contribuer de façon notable à l'échauffement ou au refroidissement du bilame. Dans la forme de réalisation la plus simple, la résistanceen couche épaisse, qui se présente de manière classique sous la forme d'une mince plaque de céramique vitrifiée revêtue,est collée par sa face revêtue sur le boîtier logeant le thermostat à bilame. Or, un interrupteur dans lequel la résistance en couche épaisse est disposée contre la face interne de la paroi du boîtier est particulièrement compact et résistant. En outre, un tel agencement présente également l'avantage que la résistance engendre une quantité de chaleur extrêmement faible et que l'influence des variations de la température ambiante sur la sensibilité de l'interrupteur horaire est diminuée. Au lieu de coller la résistance en couche épaisse sur le boîtier, elle peut être posée librement sur ce dernier, après quoi les deux éléments peuvent être entourés par une bande de silicone qui les assujettit. Au lieu d'appliquer la plaque dé céramique vitrifiée par sa face revêtue sur le boîtier, on peut procéder également à l'inverse, en orientant cette face revêtue vers l'extérieur. Cela présente l'avantage que la chaleur engendrée dans la résistance à couche épaisse est également répartie sur le boîtier, et que la possibilité d'une surchauffe locale est exclue. Lorsqu'on souhaite obtenir un interrupteur particulièrement inerte, il est recommandé de l'entourer d'un boîtier supplémentaire en métal possédant une grande capacité thermique. La vitesse de réaction de l'interrupteur horaire peut être avantageusement et très élégamment accrue dans des cas ou la température d'enclenchement est supérieure à la température en service normal, notamment lorsque cet interrupteur horaire est normalement à la température ambiante, donc lorsque la résistance en couche épaisse n'est pas parcourue par du courant à l'état normal, en prévoyant, en plus de la-résistance en couche épaisse, un conducteur à froid (résistance à coefficient positif de température, dite résistance PTC), monté en série avec ladite résistance à couche épaisse. Lorsqu'on désire augmenter la vitesse de réaction de l'interrupteur seulement à l'aide d'une résistance en couche épaisse, il faut augmenter l'intensité du courant qui parcourt cette résistance, ou bien diminuer la résistance ohmique de ladite résistance. De ce fait, la température d'équilibre, établie lorsque le courant est constant, peut être considérablement supérieure à la température maximale admissible du boîtier en matière plastique, ce qui peut avoir des suites dommageables.Lorsqu'on utilise un conducteur à froid supplémentaire branché en série avec la résistance en couche épaisse, on peut cependant choisir une résistanceen couche épaisse plus petite et éviter une surchauffe du boîtier, étant donné que, lorsque la température est faible, la résistance ohmique dudit conducteur à froid reste tout d'abord relativement faible en deçà du point de Curie et qu'elle n'augmente pas fortement. Ce n'est que lorsque la température du conducteur à froid atteint le point de Curie que la résistance augmente d'une manière telle que le dégagement de chaleur est freiné. Dans ce cas, la température d'enclenchement de l'interrupteur horaire doit être inférieure au point de Curie afin que la température d'enclenchement soit sûrement atteinte ; en outre, le point de Curie de ce conducteur à froid ne devrait pas être supérieur à la température maximale admissible du boîtier si l'on veut protéger ce dernier des effets d'une trop grande influence de la température. Les valeurs de résistance des conducteurs à froid présentent inévitablement des variations. Ces dernières influencent naturellement le temps de réaction de l'interrupteur horaire et elles impliquent une dispersion de ses temps de réaction. I1 est possible de;naintenir cette dispersion à un faible niveau en choisissant la résistance ohmique du conducteur à froid à la température ambiante considérablement plus faible que la résistance ohmique de la résistance en couche épaisse, qui ne comporte que de petites tolérances. A titre d'illustration pratique, un interrupteur doté d'une résistance en couche épaisse de 40 k JI et raccordé à une tension électrique de 220 volts à une température ambiante de 200 C, atteint sa température d'enclenchement prédéterminée de 1000 C après un temps de réaction d'environ 2 minutes. Dans ce cas, le boîtier atteint une température finale de 1500 C, qui est encore tolérable. Si l'on remplace la résistance en couche épaisse de 40 k ~gt par une résistance de 20 K Q seulement, l'interrupteur atteint sa tenipérature de déclenchement de 1000 C après environ une minute, mais la température finale du boitier atteint cependant 2200 C, ce qui n'est pas admissible.Lorsque, avec la résistance en couche épaisse de 20 k Q on branche en série un conducteur à froid présentant un point de Curie de 1500 C et, à la température normale,une résistance ohmique de 2,4 K De préférence, le conducteUr' à froid se trouve sur le même support que la résistance en couche épaisse. Par exemple, cette dernière peut être disposée contre la face interne d'une paroi du boîtier tandis que le conducteur à froid est appliqué contre la face externe de ladite paroi. Cependant, la résistance et le conducteur peuvent être appliqués sur une plaque de support commune à l'extérieur du boîtier. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un interrupteur horaire selon l'invention la figure 2 est une coupe longitudinale le long des côtés plats du boîtier logeant l'interrupteur horaire de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe analogue à la figure 2, illustrant un autre mode de réalisation de l'interrupteur horaire selon l'invention. L'interrupteur horaire illustré sur les figures 1 et 2 comprend un thermostat à bilame encapsulé dans un boîtier 8, ainsi qu'une résistance 12 en couche épaisse, qui est collée, par sa face revêtue de la bande-résistance, sur un côté plat dudit boîtier 8. Sur la figure 1, les extrémités d'une bande conductrice 13 reliée à ladite bande-résistance sont disposées sur un support, en forme de plaquette, de la résistance en couche épaisse.Ces extrémités sont raccordées par deux soudures 14 à un conducteur électrique d'amenée 15. Le boîtier 8 est réalisé en une matière plastique transparente indéformable, de préférence en téréphtalate de polyéthylène. Sur la face interne du côté plat du boîtier, éloignée de la résistance 12, un conducteur électrique 3 est raccordé à un contact fixe 4. Au-dessus de ce conducteur 3, et à peu près au milieu du boîtier se trouve un ressort de contact 1 supportant à une extrémité un contact mobile 2. Le ressort 1 et le conducteur 3 sont fixés et maintenus à distance par deux entretoises 6 et 7 en matière plastique insérées dans le boîtier 8. L'ouverture dudit boîtier, située à l'extrémité de ce dernier éloignée des contacts 2 et 4, est emplie d'une masse de résine coulée 9, traversée par deux conducteurs 10 reliés au thermostat à bi-lame. Deux pattes 11, ménagées- par emboutissage dans le ressort de contact 1, sont en forme de crochet et coudées vers le haut. Elles maintiennent entre elles une languette ou bilame à déclic 5 posé librement sur la face externe du ressort 1, et donc séparé seulement de la face revêtue de la résistance 12 par la paroi supérieure transparente du boîtier. L'interrupteur horaire selon l'invention peut présenter une forme de réalisation très compacte. Ses dimensions optimales sont les suivantes : longueur = 15mm-20mm, largeur = 5mm-8mm, épaisseur = environ 3mm. Dans l'interrupteur horaire illustré sur la figure 3, les composants correspondant à ceux de l'interrupteur des figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques. L'interrupteur de la figure 3 ne se distingue de celui décrit ci-avant que par le fait qu'un conducteur à froid 16 est prévu en plus de la résistance 12 à couche épaisse, sur la face postérieure de celle-ci. Ce conducteur à froid 16 peut être collé sur la plaque de support céramique de la résistance 12, et/ou fixé par une bande de silicone non représentée et entourant fermement l'ensemble de l'interrupteur. Ce conducteur 16 est branché électriquement en série avec la résistance 12 par l'intermédiaire de conducteurs de raccordement 17 représentés seulement de manière schématique. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'interrupteur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REI!EN'DICATIONS 1. Interrupteur horaire thermique, comprenant un thermostat à bilame et une résistance électrique chauffant le bilame dudit thermostat, interrupteur caractérisé en ce que la résistance consiste en une résistance (12) en couche épaisse, et en ce que le thermostat à bilame est encapsulé dans un boîtier plat en matière plastique (8), sur l'un des côtés plats duquel ladite résistance (12) est disposée. 2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bilame (5) de l'interrupteur est situé sur la face de ce dernier orientée vers la résistance (12). 3. Interrupteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ressort de contact (1) dudit interrupteur est fixé d'un côté au boîtier (8), et en ce que le bilame (5), configuré en une languette à déclic, est maintenu libre- ment entre des pattes (11), des crochets ou des supports analogues sur la face du ressort de contact (1) tournée vers l'extérieur. 4. Interrupteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la face efficace du bilame est orientée vers la résistance (12). 5. Interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque la résistance (12) est montée à l'extérieur du boîtier (8), ce dernier est transparent ou translucide. 6. Interrupteur selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un conducteur à froid,ou résistance à coefficient positif de tempéture (16),branché électriquement en série avec la résistance (12). 7. Interrupteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que sa température d'enclenchement est située en deçà du point de Curie du conducteur à froid (16). 8. Interrupteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le point de Curie du conducteur à froid (16) n'est pas situé au delà de la température maximale admissible du boîtier en matière plastique (8). 9. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, pour une température de fonctionnement normal dudit interrupteur, la résistance ohmique du conducteur à froid (16) est considérablement plus faible que la résistance ohmique de la résistance (12) à couche épaisse. 10. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le conducteur à froid (16) et la résistance (12) sont disposés sur un même support. 11. Interrupteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le conducteur à froid (16) et la résistance (12) sont situés sur les faces opposées d'un support en forure de plaquette.