Brevet FR2468196A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne des interrupteurs électriques à action rapnide dont l'élément mobile est constitué par une lame flexible encastrée de manière à présenter au moins une position stable, ces interruDte!rs -étant utilisés spécialement dans l'industrie automobile et dans les produits à usage domestique et industriel. Pour de telles applications, on a besoin d'interrupteurs peu onére.-Kx de fabrication aisée, et dont le fonctionnement est rapide et sûr. La demande de brevet britannique no 18969/78 a décrit un interrupteur ccnçu pour satisfaire les exigences de telles applications. Dans la demande de brevet précitée, on a décrit et revendiqué un inter:cteur à action rapide, qui comprend: une-lamelle d'un matériau flexible et électriquement conducteur maintenue prisonnière dans un betier de telle sorte que la lamelle est courbée; une tige qui s'éter- o'un côté à l'autre du boîtier perpendiculairement à l'axe longitudinal de la lamelle et placée entre les extrémités du boîtier; une surface -e support adjacente à la lamelle et sur le côté opposé de celle-cl par rapport à la tige, cette surface s'étendant entre les points du bstier o la lamelle est maintenue prisonnière et étant dans l'enserble parallèle à l'axe longitudinal de celle-ci, la tige appuyant sur la la-elle de façon à la forcer à prendre une position dans laquelle la partie de la lamelle comprise entre l'une des extrémités du boitier et la tige présente une courbure convexe par rapport à la surface de support, alors que la partie comprise entre la tige et l'autre extrémité du bottier repose le long de la surface de support; un élément de déclencherent adjacent à la lamelle et placé sur le côté opposé de celle-ci par rapport à la surface de support, cet élément quand il est actionné appuyant sur la partie courbée de la lamelle, ce qui provoque le fla-bage de la lamelle qui se trouve alors dans une position inverse o la partie oui était courbée repose le long de la surface de support alors que l'autre partie présente une courbure convexe par rapport à cette surface, la tige jcuant ainsi le rôle d'un pivot pour la lamelle; et des zccens de contact situés sur la surface de support de façon à coopérer atec la lamelle élastique dans au moins une de ses positions. Bien qu'un interrupteur de ce type s'avère satisfaisant dans de rncbreuses applications, il présente le désavantage suivant: les contacts effectivemenrit fixés à l'interrupteur, par exenple par soudaze, affectent défatorablenent l'effet de cormutation.. L'un des objets - -e présente invention est donc de fournir un interrupteur du type précité, mais dans iequel on a surmonté ou même éliminé l'inconvénient dont il est fait mention plus haut. 2 24681 96 Donc, selon la présente invention, il est fourni un interrupteur électrique à action rapide, qui comprend: une lamelle d'un matériau flexible maintenue prisonnière dans un bottier de telle sorte que la lamelle est courbée; une tige qui s'étend d'un côté à l'autre du bottier perpendiculairement à l'axe longitudinal de la lamelle et placée entre les extrémités du bottier; une surface de support adjacente à la lamelle et sur le côté opposé de celle-ci par rapport à la tige, cette surface s'étendant entre les points du boîtier o la lamelle est maintenue prisonnière et étant dans l'ensemble parallèle à l'axe longitudinal de celle-ci, la tige appuyant sur la lamelle de façon à la forcer à prendre une position dans laquelle la partie de la lamelle comprise entre l'une des extrémités du bottier et la tige présente une courbure convexe par rapport à la surface do support, alors que la partie comprise entre la tige et l'autre extrémité du bottier repose le long de la sur' _e de support; un élément de déclenchement adjacent à la lamelle et placé sur le côté opposé de celle-ci par rapport à la surface de support, cet élément quand il est actionné appuyant sur la partie courbée de la lamelle, ce qui provoque le flambage de la lamelle qui se trouve alors dans une position inverse o la partie qui était courbée repose le long de la surface de support tandis que l'autre partie présente une courbure convexe par rapport à cette surface, la tige jouant ainsi le rôle d'un pivot pour la lamelle; et des moyens de contact situés sur la surface de support de façon à coopérer avec d'autres moyens de contact commandés par le mouvement de la lamelle flexible entre ses deux positions symétriques caractérisé par le fait que lesdits autres moyens de contact sont portés sur une partie de matériau commandée par la lamelle flexible mais séparée de la partie courbée de la lamelle flexible ou ajoutée à ladite partie courbée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, un schéma du module de commutation de base de l'application précitée; - les figures 2a et 2b, deux variantes d'une première méthode selon l'invention pour fixer des contacts à la lamelle élastique d'un interrupteur tel que celui de la figure 1; - les figures 3a à 3f, six variantes d'une seconde méthode selon l'invention pour fixer des contacts à la lamelle élastique d'un interrupteur tel que celui de la figure 1 24 6 81 96 - la figure 4, un schéma d'une modification apportée à l"âne quelconque des variantes de la figure 3; - la figure 5, une vue en coupe partielle et un peu agrandie d'un interrupteur utilisant le dispositif de la figure 3a. Le module électrique de commutation que l'on va décrire est, comme celui de l'application de la demande de brevet précitée, basé sur l'effet de flambage d'une longueur captive de matériau élastique. Comme le montre la figure 1, la lamelle élastique est retenue darns un boîtier 2, qui est légèrement plus court que la lamelle 1, et est également retenue en son milieu par une tige 3 de telle sorte qu'elle prend une forme gondolée comme le montre la figure 1. Comme le montre également la figure 1, la partie de cette lamelle comprise entre la tige 3 et la paroi gauche du boîtier présente une courbure convexe par rapport au fond du boîtier, et la partie comprise entre la tige et la paroi droite du boîtier repose le long du fond du boîtier et est à peu près parallèle à sa surface. Les caractéristiques de l'interrupteur sont telles que si la partie courbée de la lamelle élastique est soumise à une pression, on atteint un point d'instabilité o se produit un flambage de la lamelle au-dessous de la tige 3, la lamelle atteignant alors une deuxième position stable, symétrique à la précédente. Dans cette autre position la partie qui est représentée courbée dans la figure 1 repose le long de la surface du fond du boîtier 2 et lui est à peu -près parallèle, tandis que l'autre partie présente une courbure convexe par rapport au fond du boîtier. De la sorte, à cause du profil de la base du boîtier et de la position de la tige de ratenue par rapport aux points extrêmes de retenue, avant que le flambage ne se produise, toute la distorsion de la lamelle se trouve sur le côté gauche de celle-ci. Cela est réalisé quand le profil de base est parallèle à une ligne imaginaire qui relierait les points extrêmes et le point central de retenue, mais légèrement au-dessous de celle-ci. Cela est important dans la mesure o cela donne à ce type d'interrupteur sa caractéristique d'action rapide. Pour fonctionner comme un interrupteur, la lamelle doit soit comporter un contact, soit agir comme un contact. Dans l'application précitée, la lamelle elle-même agit comme un contact, dans lequel cas le choix du matériau se limite à des métaux ayant une. bonne conductivité électrique. Quand les contacts sont portés par la lamelle, il importe de s'assurer que la méthode de montage des contacts ne vient pas perturber le flambage de la lamelle >4 24 6 81 96 de l'interrupteur. C'est pour cette raison que des contacts soudés à la lamelle ne sont pas souhaitables, car ils affectent défavorablement l'effet de commutation, de tels contacts ainsi fixés pouvant s'ouvrir lentement avant le flambage de la lamelle. Les techniques fournies par la présente invention surmontent les problèmes ci-dessus. Dans la première de ces techniques une paire de contacts est montée sur une bande porteuse en métal conducteur (mais pas nécessairement flexible), tel que du bronze phosphoreux ou du cuivre au béryllium. Ainsi, la figure 2 représente une lamelle 5 portant deux contacts 6, cette lamelle 5 étant reliée à la lamelle 1 de l'interiupteur de la figure 1, de telle sorte que son axe longitudinal est perpendiculaire à celui de la lamelle de l'interrupteur. Cette fixation n'est pas rigide, et à cause du degré de liberté ainsi fourni, il n'y a pas de perturbation de: effet de commutation de base. Dans le dispositif de la figure 2a, la lamelle 5 a la forme générale d'un bracelet, ses extrémités étant repliées par-dessus le bord de la. lamelle élastique 1, la lamelle 5 étant mise en place par des renforcements ou des découpages dans les bords de la lamelle élastique. La mise en place des parties repliées pourrait aussi être effectuée par des gorges ou des trous dans la lamelle élastique. Dans le dispositif de la figure 2b, chacune des extrémités de la lamelle 5 passe à travers un trou ménagé dans la lamelle élastique, mais ne se replie pas vers l'intérieur. Dans les dispositifs de la figure 2, chacun des dispositifs de contact mobile agit comme un contact de liaison, et coopère avec deux contacts situés dans la base de l'interrupteur, l'ouverture non franche de contact due aux contacts eux-mêmes ou au défaut de parallélisme des guides de la lamelle étant éliminée par la rotation de la lamelle 5 autour de son point central. Un interrupteur utilisant des dispositifs tels que ceux de la figure 2 peut être employé comme contact travail ou contact repos simple, ou, si l'on place deux lamelles du type de la lamelle 5 l'une de chaque côté de la tige 3, comme inverseur. Le matériau utilisé dans ces dispositifs pour la lamelle élastique 1 doit être de ceux qui ont les meilleures propriétés mécaniques, par exemple de l'acier inoxydable laminé extra dur, ou de l'acier à haute teneur en carbone trempé et recuit. Dans la seconde technique.fournie par la présente invention, on effectue un ou plusieurs découpages dans la lamelle élastique, des 24 6 81 9 6 exemples de ceux-ci étant représentés dans la figure 3, o dans tous les cas le trait central indique la ligne pivot due à la tige 3 de la figure 1. Dans tous les cas représentés dans la figure 3, les extrémités de la la-elle sont retenues prisonnières, comme dans le cas de l'interrupteur de la figure 1. Ainsi la lamelle élastique comprend désormais deux ou trois sectîcns, dont l'une commande les caractéristiques mécaniques tandis que l 'Ere commande les-caractéristiques électriques. Comme on le verra par la suite, chacune des languettes tellesque 10 et 11, prévues pour assurer la fonction électrique peut comporter une petite broche en natériau propre à effectuer le contact. Dans sa forme la plus simple, par exemple comme celle de la figure 3d o.u de la figure 3e, l'interrupteur agit comme un contact tra.ail cu un contact repos simple, avec un contact à l'extrémité d'une latelle elle que 12, 13, qui coopère avec un contact immobile à la base de l'interrupteur. Dans ce cas, un contact fiable est assuré par l'action de frottement du contact de la lamelle pendant le fonctionnement de l'interrupteur. On remarquera qu'avec un dispositif tel que ceux des figures 3a, 3b, 3c ou 3f, dans lesquels la lamelle cc-porte deux de ces languettes, par la fourniture de deux contacts de base, on peut obtenir un contact inverseur. Selon les valeurs de courant et de tension à manipuler, et selon que l'interrupteur est destiné à fonctionner en courant continu alternatif, les surfaces de contact peuvent être des parties plaquées, ou des grains de contact rapportés sur la languette, par exemple par scudage. Une augmentation du volume de matériau au point de contact de la laielle. qui peut être souhaitable, peut être réalisé de noëbreuses façons, l'une d'entre elles étant représentée par la figure 4, o l'extréiité de la languette est repliée sur elle-même. On peut également utiliser une lamelle profilée dont la languette de contact est constituée par une épaisseur de matériau supplémentaire. Une telle augmentation en volume de matériau est bénéfique à deux égards. Pre.miîèrement. cela augmente la quantité de matériau éliminé par l'érosion due à l'arc électrique ce qui prolonge la vie du dispositif. Deuxième.ent, un accroissement en volume sert à augmenter la pression de contact crÈze à-son effet sur la masse et sur la rigidité. Lne a&tre façon d'aug-enter encore la pression de contact due aux caractéristiques mécaniques de la lam-elle est d'inclure une forme quelconque de pièce élastique dans l'élément de déclenchement de 42 l'interrupteur. qui appliquerait une pression supplémentaire au bras de 6 2 24 6 8196 contact, l'interrupteur étant sur sa position de travail. Des chancetents dans la conception de l'interrupteur sont possibles. Ainsi cc.-e le rontre la figure 3, des languettes de contact peuvent être form6es sur chacune des extrémités de la lamelle pour fournir un interrupteur à inverseur. Par ailleurs, les lamelles peuvent être disposées au uoisJrrace les unes des autres pour former un interrupteur bipolaire cu multipolaire actionné par une pièce de commande unique. Enfin, deux lamelles peuvent être empilées l'une par- dessus l'autre et séparées par une couche isolante pour fournir un interrupteur bipolaire. Le matériau utilisé pour la lamelle dans les dispositifs des figures 3 ou 4 doit avoir à la fois des propriétés électriques et mécaniques adéquates. L'acier inoxydable ne conviendra donc pas à cause de sa haute résisti ité. et on emploiera un alliage de cuivre tel que du cuivre au ber> liru ou du bronze phosphoreux. On peut modifier les caractéristiques Ce l'interrupteur pour obtenir des exigences spécifiques de fonctionnement et de puissance utilisable par un choix approprié de l'épaisseur de la lamelle, de sa largeur et de sa longueur, de la longueur par razzoft au boîtier, et du point de commande. Le module de cozmutation est adapté pour la plupart des pièces de commande d'interrupteurs, qu'ils soient à bascule, à bouton- poussoir et à curseur, et la figure 5 représente un interrupteur à bascule comportant un dispositif tel que celui de la figure 3a. L'interrupteur a un boîtier 20, d'une longueur d'environ 5 à 6 cm comportant une surface plate 21 avec une partie surélevée en son milieu en alignement avec la "tice pivot" 22. Cette dernière appuie sur la région centrale d'une la-elle élastique 23 par exemple en cuivre au beryllium. Deux brcches 24, 25 pénètrent dans la surface 21, chacune de ces broches cocportant un grain de contact en métal précieux, comme le montre la figure. La lamelle élastique comporte deux languettes plates 26, 27 chacune ayant un grain de contact, placées de manière à coopérer avec les grains de contact ces broches 24 et 25, respectivement. Sur le côté opposé de la l1elle élastique 23, par rapport à la surface 21, se trouve une bascule 23, qui forme un tout avec la tige 22. Ce système est maintenu en place par un couvercle 29. Le bottier 20, la bascule 28 et le cou\ercle 9 s:-.. constitués d'un matériau plastique approprié. Le fonctic--e-ent de la bascule 28 commande l'interrupteur de la façon que l'on a décrit plus haut. On re7ar-era que. selon les caractéristiques de la bascule 28, l'interrupteur peut être soit bistable soit monostable. Des change.nents dans la conception de l'interrupteur sont possibles. On peut former des bras de contact sur chaque extrémité de la la7elle pour obtenir un interrupteur à inverseur. Les lamelles peuvent être disposées su voisinage les unes des autres pour former un interrupteur bipolaire ou multipolaire commandé par un seul déclenche- ment. Deux lamelles peuvent être empilées l'une par-dessus l'autre, séparées par une couche isolante, pour donner un interrupteur bipolaire. Le matériau utilisé pour la lamelle dans'cette dernière solution doit avoir des prcprfiétés adéquates, à la fois électriques et mécanicues. A cause de sa haute résistivité, l'acier inoxydable n'est pas approprié aussi on utilisera un alliage de cuivre,tel que du cuivre au ber}ilium ou du brcnze phosphoreux. Sinon, si les caractéris- tiques récaniques d'un.satriau comme l'acier inoxydable sont reconnues particulière-ent souhaitables, on pourra l'utiliser, avec un revêtement de cuivre, pour améliorer ia conductivité. Les caractéristiques de l'interrupteur peuvent être modifiées pour atteindre des exigences spécifiques de fonctionnement et de puissance utilisable par un choix approprié de l'épaisseur de la lamelle, de sa largeur et de sa longueur, de la longueur de la lamelle par rapport au bottier, et du point de cor.nande. Pour en revenir à la figure 3 et plus particulièrement à la figure 3d, on remarquera que le bras porteur de contact 12 peut se prolonger au-delà de la ligne d'axe si cela est souhaitable pour des raisons de fonctionnement. C'est le cas, par exemple, quand l'interrupteur fonctionne en courant alternatif, car pour satisfaire les normes britanniques et européennes. il faut un intervalle de 3 mm entre les contacts lorsqu'ils sont cuterts. Des modifications possibles ont été mentionnées plus haut. On va maintenant examiner certaines d'entre elles plus en détail. La bascule de ccr.mande et sa tice de pivotement centrale telles que les montre la figure 5 peuvent en effet être une seule et même pièce, celleci étant munie d'un bcuton-poussoir à chaque extrémité. Un tel dispositif à bascule peut être maintenu en place dans le boîtier de l'interrupteur par un élé-ent approprié parallèle à la tige pivot (22 dans la figure 5). Une autre possibilité est d'avoir deux boutons-?oussoirs l'un de cha;ue côté d'ure pièce centrale dont la face supérieure est parallèle à la face supérieure du boîtier de l'interrupteur. Cette pièce centrale porte (ou forme un tout avec) la tige pivot. Les B6 2468196 boutcns-poussoirs pourraient aussi être supportés par une autre tige piot sur le boitier de l'interrupteur. Un autre procédé pour action7er les boutons-poussoirs emploie un bouton rotatif dont la face interne ccr.. Porfe une partie biseautée qui quand elle est convenablement placée appuie sur l'un ou l'autre des boutons-poussoirs. Dans le cas de dispositifs à curseur très employés dans l'ir.n>strie autcobile. le curseur dans l'un des cas comporte sur chaque côté de sa partie centrale une pièce oblique qui déclenche le flambage de la laselle élastique nécessaire à la comrutation. Il est bien é6ident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exe-ole ron limitatif et que d'autres variantes peutent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Interrupteur à action rapide dont l'élément mobile de commande des contacts est constitué par une lamelle d'un matériau élastique, caractérisé par le fait qu'il comprend un boîtier (2, 20) dans lequel ladite lamelle (1, 23) est comprimée axialement entre deux parois opposées de manière à présenter une courbure longitudinale, une tige ou une pièce analogue (3, 22) montée perpendiculairement à l'axe de la lamelle entre les parois longitudinales du boîtier et à un emplacement tel qu'elle comprime ladite lamelle pour lui donner un profil longitudinale en forme de S, un élément de déclenchement (28) adjacent à la lamelle qui vient appuyer sur la partie de la lamelle courbée vers l'extérieur quand il est actionné et fait prendre à ladite lamelle un profil symétrique dans lequel ladite partie courbée vers l'extérieur devient courbée vers l'intérieur et des moyens de contact (5, 26, 22) associés avec la lamelle élastique de manière que leurs états de travail et de repos soient commandés par le mouvement de ladite lamelle. 2. Interrupteur à action rapide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite tige transversale (3) est placée à un endroit tel que ladite lamelle élastique (1) a un comportement monostable. 3. Interrupteur à action rapide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite tige transversale (3) est placée à un endroit tel que ladite lamelle (1) a un comportement bistable, ledit élément de déclenchement ayant deux extrémités qui chacune peuvent faire pression sur la lamelle dans l'une de ses positions stables et l'amener à un point d'instabilité o elle prend brusquement la position stable symétrique par détente élastique. 4. Interrupteur à action rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bottier (20) comporte un fond ou surface de support (21) reliant les parois contre lesquelles bute ladite lamelle élastique, ladite tige transversale (3, 22) maintenant la lamelle (1, 23) de façon qu'une seule partie de la lamelle comprise entre la paroi extrême respective et la tige soit courbée vers l'extérieur tandis que l'autre partie de la lamelle s'appuie sur ladite surface de support, et que des moyens de contact (24, 25) sont situées sur ladite surface de support de façon à coopérer avec d'autres moyens de contact (5, 26, 27) commandés par le mouvement de ladite lamelle élastique. 5. Interrupteur à action rapide selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits autres moyens de contact (5,26, 27) sont portés par une partie de matériau (10 à 13 ou 5) commandés par la lamelle 24 6 81 9 6 élastique ou ajoutée à ladite partie courbée. 6. Interrupteur à action rapide selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de contact portés par la lamelle élastique (1) sont constitués par une courte lamelle de métal (5) ayant une bonne conductivité électrique portée par l'une des deux parties de la lamelle élastique, ladite lamelle courte étant perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lamelle élastique et portant une paire de contacts adjacents (6), et qu'une paire de contacts ïMmobiles est placée sur la surface de support de façon à coopérer avec les contacts portés par la lamelle élastique. 7. Interrupteur à action rapide selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chacune des extrémité de la lamelle courte (5) est repliée par-dessus l'un des bords de la lamelle élastique (1), et que ladite lamelle courte est mise en place par des renfoncements et des découpages dans les bords de la lamelle élastique. 8. Interrupteur à action rapide selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chacune des extrémités de la lamelle courte (5) est repliée de manière à s'adapter dans un trou ménagé dans la lamelle élastique (1). 9. Interrupteur à action rapide selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de contact portés par la lamelle élastique (1) consistent en un ou plusieurs contacts, chacun d'eux étant monté sur une languette de métal (10 à 13) formant un tout avec la lamelle élastique et dont les mouvements suivent ceux de ladite lamelle élastique. 10. Interrupteur à action rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit élément de déclenchement est une bascule (28) dont l'axe de pivotement est constitué par ladite tige (22). 11. Interrupteur à action rapide selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément de déclenchement et la tige sont une seule pièce. 12. Interrupteur à action rapide selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la bascule (28) est maintenue en place dans l'interrupteur par une pièce rectangulaire (29) recouvrant la bascule et fixée au boîtier (20) de l'interrupteur. 13. Interrupteur à action rapide selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la bascule (28) a la forme d'une barre dont chaque extrémité comporte un bouton-poussoir, qui est maintenue en place dans l'interrupteur par une tige qui s'étend d'un côté à l'autre Il 24681 96 de l'interrupteur et parallèle à ladite tige (22). 14. Interrupteur à action rapide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de déclenchement consiste en deux boutons-poussoirs, l'un de chaque côté de ladite tige (22). 15. Interrupteur à action rapide selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'élément de déclenchement (28)est un curseur ayant deux parties biseautées orientées vers le bas destinées à coopérer avec les deux parties de la lamelle élastique.