Brevet FR2475797A3 — publié le 19810814

FR 2475797 A3 19810814 FR 8102568 A 19810210 la présente invention se rapporte à un limiteur de tension comprenant au moins deux électrodes dont les surfaces médianes en regard délimitent un espace de déchar ge et entre les éléments extérieurs desquels est disposée une matière électriquement isolante afin de créer une chambre intérieure étanche au gaz. L'invention concerne également un procédé pour la mise en oeuvre d'un tel limiteur de tension. Dans des limiteurs de tension actuels les électrodes sont reliées par fusion et selon un procédé connu par la technique de fabrication de lampes électroniques à l'un ou aux deux c8tés d'un corps tubulaire en matière isolante. Le passage du courant aux endroits de scellement s'effectue à l'aide d'un fil de scellement adapté aux caractéristiques du verre utilisé et en utilisant, si nécessaire, des verres intermédiaires appropriés (brevet CH 444 276). Cependant ces scellements d'un métal par fusion du verre ne résistent pas aux sollicitations thermiques dues aux courants élevés lors d'un allumage du limiteur de tension. La réalisation de ces limiteurs de tension conventionnels en verre nécessite, en outre, un grand nombre d'opérations telles que la mise en contact avec le verre, le scellement par fusion, la création du vide, le réchauffement, l'introduction du gaz, le sectionnement par fusion, le recuit, le scellement du ou des socles, etc. Ces opérations doivent eAtre exécutées séparément pour chaque limiteur de tension et nécessitent une chaste de fabrication ou plusieurs machines automatiques A plateau tournant et A grand nombre de positions.Les machines de ce type sont très compliquées et tombent facilement en panne ce qui augmente le prix de revient des limiteurs de tension. Un autre inconvénient des limiteurs de tension conventionnels en verre réside dans leur longueur importante qui est fonction du scellement par fusion. affin de remédier a' cet inconvénient, on réalise depuis quelques années des limiteurs de tension compacts en céramique qui sont de faibles dimensions et se présentent sous la forme de "bouton". L'enveloppe de ces limiteurs de tension est constituée par un tube de faible longueur en céramique, par exemple en oxyde d'aluminium, qui est ouvert aux deux extrémités, et une électrode est posée sur chacune des extrénités ouvertes.Les zones médianes de ces électrodes se font face et délimitent entre elles l'intervalle de décharge proprement dit, tandis que les zones périphériques sont reliées aux bords du tube en céramique (brevet US 3 535 582). La liaison du tube en céramique avec les bords des électrodes métalliques est réalisée fréqueximent à l'aide d'un procédé de soudage connu pour l'assemblage d'un métal et d'une matière céramique. Suivant ce procédé la pièce en céramique est d'abord métallisée en utilisant un métal qui réagit au contact de la matière céramique et cette couche métallique est soudée avec les électrodes métalliques en apportant d'autres couches intermédiaires, par exemple de la brasure (brevet CH 378 765). Ce procédé présente également l'inconvénient que chaque pièce en céramique doit être soumise à un traitement particulier qui nécessite l'emploi de machines com- pliquées et réduit considérablement le rendement de la production. Dans un autre procédé connu (demande de brevet DEY08 2 207 009), on peut renoncer à la métallisation des extrémités de la pièce en céramique en raccordant par vitrification les électrodes au corps en céramique. Mais ce procédé nécessite également un traitement individuel de chaque limiteur de tension et de ce fait un outillage compliqué, sujet aux perturbations et ne permettant pas une fabrication en grande série. Un autre inconvénient des limiteurs de tension connus en céramique réside dans le fait que les différentes pièces doivent présenter des dimensions d'une tolérance très étroite afin d'obtenir une liaison étanche au gaz ce qui complique et augmente le prix de fabrication de ces pièces. La présente invention a pour objet d'éliainer les inconvénients inhérents à l'état de la technique antérieur en créant un limiteur de tension d'une conception simple et de faibles dimensions qui fonctionne do façon sare tout en ne nécessitant que des pièces dont les tolérance de fabrication peuvent être moins serrées. Le procédé de fabrication du limiteur de tension doit être simple, ne pas exiger l'utilisation de machines compliquées et sujettes aux perturbations mais permettre une fabrication en grande série. Ces problèmes sont résolus conformément à l'invention par un limiteur de tension qui est caractérisé en ce que l'élément isolant est constitué par un corps en verre moulé et en ce que les parties extérieures des électrodes sont en un alliage de scellement par fusion auquel le corps en verre moulé est relié par fusion. Le procédé pour la mise en oeuvre du limiteur de tension suivant l'invention est caractérisé en ce qu'un corps préformé en verre fritté est inséré entre les électrodes et en ce que les pièces sont chauffées à l'état assemblé à la température de frittage du corps en verre fritté Jusqu'à ce que ces pièces soient reliées, de façon étanche au gaz, par fusion. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 représente un limiteur de tension comportant une électrode extérieure en forme de pot. La fig. 2 montre un limiteur de tension qui est galbé vers l'intérieur. La fig. 3 représente le limiteur de tension suivant la fig. 2 dont l'alimentation en courant s'effectue au moyen de conducteurs en forme de tige. La fig. 4 montre un limiteur de tension dont le coté avant présente la forme d'une assiette. La fig. 5 représente un limiteur de tension com portant une pièce intercalaire en céramique. La fig. 6 montre un limiteur de tension présentant une pièce intercalaire en céramique et un centrage pour les électrodes. La fig. 7 représente un limiteur de tension à double voie. La fig. 8 montre un limiteur de tension équipé d'une électrode d'allumage additionnelle. La fig. 9 montre un limiteur de tension de dimensions réduites. La fig. 10 montre un limiteur de tension analogue à celui de la fig. 9 mais muni d'une bague intercalaire. Le limiteur de tension représenté à la fig. 1 comporte une électrode extérieure 1 en forme de pot et à paroi cylindrique 3. Une autre électrode 2, également en forme de pot et à paroi cylindrique 4, est disposée à l'intérieur de l'électrode extérieure de façon à être entourée par cette dernière. Les parties centrales 1 et 2 des deux électrodes se font face en délimitant un intervalle déterminé qui constitue l'espace de décharge. Les parties extérieures 3 et 4 des deux électrodes sont reliées de façon étanche au gaz tout en étant immobi- lisées,l'une par rapport à l'autre, au moyen d'une matière isolante en verre fritté. l'espace intérieur S ainsi créé est rempli d'un gaz qui répond aux conditions d'allumage désirées du limiteur de tension, par exemple de l'argon additionné d'une certaine quantité d'hydrogène sous une pression déterminée, par exemple de 100 millibars. Dans l'exemple de réalisation considéré, le diamètre de l'électrode extérieure est d'environ 8 mm, tandis que la hauteur de la partie extérieure 3 peut être comprise entre 3 et 8 mm. Les électrodes sont réalisées en un métal, par exemple un alliage approprié de fer et de nickel ou un alliage de fer, de nickel et de cobalt, qui peut être relié par fusion aux verres courants connus sous le nom de verres de "Vacont' ou de verres de "Kovar". Les dimensions de ces pièces ne sontvpas limitées par des tolérances serrées étant donné que le corps en verre fritté s'adapte automatiquement aux dimensions des parties extérieures des électrodes et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un corps en céramique de dimensions impératives. il est à noter que le limiteur de tension venant d'être décrit peut astre rempli d'un gaz radioactif dopé par exemple de crypton 85 ou de tritium ou encore de Drométhiun 147 à l'état solide ou de nickel 63 afin dfaméliorer la tension de réponse dynamique.Il est, en outre, possible de munir les électrodes 1 et 2 de moyens non représentés aux figures, par exemple de couches d'activation connues, ou de rainures, d'arêtes vives, d'anneaux rapportés, etc., en vue de réduire la tension d'allumage ou l'émission d'électrons. Le limiteur de tension décrit ci-dessus peut être réalisé en utilisant le procédé suivant. Les électrodes 1 et 2, préformées par exemple par emboutissage profond ou par extrusion, sont assemblées avec un corps en verre fritté préformé de façon correspondante après avoir été nettoyées chimiquement et après avoir été soumises 4 un traitement thermique sous une atmosphère réductrice. Le corps annulaire en verre fritté peut autre disposé à l'intérieur de l'électrode extérieure 3 et l'électrode intérieure 4 peut être engagée ensuite dans le trou du corps en verre fritté. L'ordre chronolo Bique de ces opérations n'est pas impératif et il est possible de procéder dans l'ordre inverse.Dans un four les trois pièces assemblées sont soumises à un traitement à plusieurs phases successives et qui se compose de la mise sous vide de l'intérieur du four, d'un chauffage à environ 4OOC et d'un remplissage avec un gaz approprié et sous la pression désirée. Le four est finalement chauffé à la tempér tElre de frittage du corps en verre, par exemple à une température comprise entre 800 et 10000C, jusqu'à ce que le verre soit soudé par fusion, de façon solide et étanche au gaz, aux deux parties des électrodes. L'utilisation du four permet de traiter simultanément un grand nombre de limiteurs de tension, par exemple au moins 1000 pièces par charge. Le traitement préliminaire ne nécessite qu'un petit nombre d'opérations pour lesquelles il n'est pas utile de prévoir des machines compliquées et sujettes 4 des perturbations. la fabrication suivant le procédé decrit est particulièrement sim- ple et sare tout en permettant de fournir un très grand nonbre de limiteurs de tension du fait qu'un traitement individuel n'est plus nécessaire. Les fig. 2 à 10 représentent, à titre d'exemples, d'autres limiteurs de tension suivant l'invention qui sont légèrement différents de celui illustré à la fig. 1. Les éléments constitutifs équivalents sont désignés par les mimes références qu'4 la fig. 1. La fig. 2 montre un limiteur de tension qui se différencie de celui de la fig. 1 par le fait que l'éléc- trode extérieure 1 est galbée vers l'intérieur de façon que la partie intérieure de l'électrode soit reliée avec le c8té avant ou le c8té extérieur cylindrique 3 par des épaulements cylindriques ou coniques 6. La fig. 3 représente un limiteur de tension dans lequel les contacts ne sont pas réalisés par les côtés avant mais par l'intermédiaire de conducteurs d'alimentation en courant 7, 8 en forme de tige qui sont reliés aux parties Médianes 1 et 2 des deux électrodes, par exemple par soudage ou brasage. La fig. 4 montre un limiteur de tension dans lequel la première électrode ou la partie extérieure 3 de celle-ci n'entoure que partiellement l'autre électrode 2. La partie extérieure en saillie 4 de l'électrode intérieure est réalisée, dans le présent exemple, sous la forme d'une bride annulaire 9 qui constitue le cté avant et la surface de contact de l'électrode intérieure 2. La fig. S représente un limiteur de tension analogue dans lequel une pièce intercalaire annulaire 10 en une matière isolante et thermorésistante, par exemple en céramique oxydée, est disposée entre la partie 3 de l'électrode extérieure et la surface avant 9 de l'élec trode intérieure. Cette pièce intercalaire maintient les deux électrodes et notamment leurs surfaces intérieures actives 1 et 2 à une distance qui peut être prédéterminée de façon précise. Dans le limiteur de tension illustré par la fig.6, la bague intercalaire 10 présente un épaulement 10a sur le cSté supérieur et un épaulement 10b sur le côté inférieur, la partie 3 de l'électrode extérieure et le bord extérieur de la surface avant 9 s'adaptant dans ces épaulements. Cette forme de réalisation permet, en plus du maintien à distance, un centrage latéral des deux électrodes l'une par rapport å l'autre. La fig. 7 montre un limiteur de tension à double voie et à trois électrodes. Les deux premières électrodes présentent des parties médianes 17 et 12 qui font saillie å l'intérieur et des catis avant annulaires 13 et 14. la voie de décharge principale est située dans ce cas également entre les surfaces intérieures 11, 12 des électrodes. La troisième électrode additionnelle est constituée par une douille métallique 15 dont le diamètre correspond à celui des côtés avant 13, 14 ainsi que par une bague 16 dont l'épaisseur est renforcée au centre et qui est reliée à la douille 15. Les espaces intermédiaires délimités par la bague 16 et les deux électrodes 11, 12 représentent les voies de décharge secondaires. Les deux premières électrodes 13, 14 sont reliées 4 la partie en forme de douille 15 de la troisième électrode par l'intermédiaire de corps en verre fritté 17 et 17'. Des bagues intercalaires 18, 18', par exemple en céramique oxydée, sont montées entre la partie en forme de douille 15 de la troisième électrode et les surfaces avant 13 et 14 de la première et de la deuxième électrode. La fig. 8 montre un limiteur de tension qui ressem ble à celui de la fig. 4 et dons lequel la pièce en verre 5 est montée aas n'est pas encore reliée aux électrodes par iittge. La pièce 5 présente un alésage 5a d'un faible diamètre et dans lequel est introduit un fil métallique 20 lors de l'assemblage des pièces. Dans le cas où l'alé sage 5a traverse complètement la pièce 5, ltextrémité inférieure 20a du fil 20 est en contact avec le côté avant 9 de l'une des électrodes, tandis que l'autre extrémité libre du fil 20 dépasse de la pièce en verre 5 et fait saillie à l'intérieur de l'espace s. Après le frittage le fil 20 sert à faciliter l'allumage afin de réduire la tension d'allumage dynamique.Cependant le fil 20 peut également être isolé par rapport à 11 électrode . La fig. 9 représente un limite tir de tension de dimensions plus réduites. L'électrode extérieure 23 est réalisée sous forme de gobelet. L'électrode intérieure est constituée par un poinçon massif 24 présentant sur l'une de ses extrémités un plateau 29 et qui est engagé dans la pièce 23 en forme de douille jusqu'à ce que les surfaces centrales 21 et 22 délimitent un intervalle prédéterminé en tant que voie de décharge. Une bague en verre 25 est glissée sur le poinçon 24 et relie ce dernier 4 la douille 23, de façon étanche au gaz, après le frittage. Â la surface extérieure de l'électrode 23 ainsi qu au plateau 29 est relié un conducteur 27, 28 pour l'amenée du courant. La fig. 10 montre un limiteur de tension qui ressemble à celui de la fig. 9 et qui comporte une bague intercalaire 30, par exemple en céramique oxydée. Le procédé de fabrication de ces limiteurs de tension décrits est analogue à celui utilisé pour la réalisation du limiteur de tension suivant la fig. 1 et il suffit de prévoir quelques opérations supplémentaires telles que, par exemple, la mise en place d'une bague intercalaire 10, 20, 3O,par exemple en céramique oxydée, du fil 20 facilitant l'allumage ou encore, lorsqu'il s'agit d'un limiteur de tension suivant la fig 7, ltassedblage de trois électrodes avec deux corps en verre fritté ainsi que la mise en place éventuelle de deux bagues intercalaires. Dans tous les cas cependant le procédé suivant l'in- vention est nettement plus simple que le procédé utilisé pour la fabrication des limiteurs de tension connus. Le nouveau procédé ne nécessite pas de machines compliquées et sujettes à des perturbations et il permet le traitement simultané d'un grand nombre de limiteurs de tension ce qui augmente le rendement. Les limiteurs de tension réalises selon ce procédé sont d'une conception simple et ne nécessitent pas de pièces de très grande précision de sorte qu'il est possible de réduire sensiblement le nombre de pièces de rebut malgré le bas prix de revient. REVNDICQ1IIONS 1 - Limiteur de tension comprenant au moins deux électrodes dont les surfaces médianes en regard délimitent un espace de décharge et entre les éléments extérieurs desquels est disposée une matière électriquement isolante, caractérisé en ce que l'élément isolant est constitué par un corps en verre moulé (5, 15, 25) et en ce que les partie extérieures des électrodes (3, 12, 23, 4, 14, 24) sont en un alliage de scellement par fusion auquel le corps en verre moulé est relié par fusion. 2 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en verre moulé (5, 15, 25) est un corps en verre fritté. 3 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en verre moulé (5, 15, 25) est constitué par une pièce réalisée à la presse ou par un tronçon d'un tube en-verre. 4 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure (3) de l'une des électrodes (1) est réalisée sous forme d'un pot à paroi extérieure sensiblement cylindrique et entoure le corps en verre fritté (5) et l'autre électrode (2, 4). 5 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes présente une surface frontale circulaire (9, 13, 14, 29). 6 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes (1, 11, 2, 12) se trouve en retrait par rapport à la surfaceavant. 7 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des électrodes (23) est réalisée sous forme de pot à paroi cylindrique et en ce que l'autre électrode (24) est constituée par une tige faisant saillie à l'intérieur de la première électrode (23). 8 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps en verre fritté (5) présente un alésage dans lequel est introduit un fil métallique (20) qui fait saillie dans l'espace intérieur pour faciliter 1'allumage. 9 - Limiteur de tension suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le fil (20) est relié électriquement à l'une des électrodes (9). 10 - Limiteur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil est réalisé en tant que limiteur de tension à double voie en prévoyant une troisième électrode (15) qui est reliée avec la première et la deuxième électrode (13, 14), à chaque fois par l'inter mediaire d'un corps en verre fritté (17, 17'). 11 - Limiteur de tension suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une pièce intercalaire (10, 18, 18', 30) à point de fusion élevé est disposée entre la première et la deuxième électrode (1, 17, 21, 2, 12, 22). 12 - Limiteur de tension suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la pièce intercalaire (10) présente des épaulements (10a, 10b) pour le centrage des deux électrodes. 13 - Procédé pour la mise en oeuvre d'un limiteur de tension suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un corps préformé en verre fritté est inséré entre les électrodes et en ce que les pièces sont chauffées à l'état assemblé à la température de frittage du corps en verre fritté jusqu'à ce que ces pièces soient reliées, de façon étanche au gaz, par fusion. 14 - Procédé suivant la revendication 13, caractéri sé en ce que les électrodes sont chauffées sous une at mosphère réductrice avant itassemblage 15 - Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le vide à l'intérieur des pièces est créé dans une chambre après leur assemblage mais avant leur soudage par frottage et en ce que les pièces sont chauffées à une température élevée pour Être ensuite remplies d'un gaz d'une composition et d'une pression déterminées.