Brevet FR2504722A1 — publié le 19821029

L'invention concerne un dispositif de protection avec mécanisme de déclenchement automatique pour installations électriques, et appareils, tels qu'appareils de chauffage électriques pour l'échauffement de produits liquides, tels que bouilloires à élément chauffant immergé de production d'eau chaude Un tel dispositif de protection peut également être utilisé pour provoquer des processus de coupure en cas de surcharge de courant dans des installations électriques, par exemple avec des fusibles. Les installations électriques, par exemple appareils de chauffage pour production d'eau chaude, peuvent être pourvues d'un dispositif de protection, afin que, dans le cas d'incidents de fonctionnement imprévisibles, notamment "d'assèchement" par absence de liquide à chauffer, une destruc- tion des corps (enroulements) chauffants disposés dans ces appareils, soit évitée Avec de tels dispositifs de protection, sont ainsi évités des risques de grillage rendant ces appa- reils inutilisables. Au contraire de tous les autres appareils de chauffage électrique, l'incorporation d'un dispositif de protection dans un chauffe-eau à immersion de l'élément chauf- fant dans le liquide soulève certaines difficultés consistant notamment dans la nécessité de prévoir, dans la pièce servant de branchement et de saisie, un contacteur qui se trouve dans les extrémités non chauffées du tube, tandis qu'un organe de déclenchement ou palpeur doit être disposé à proximité du point thermiquement sensible devant produire le signal de dé- connexion La difficulté réside dans le fait que, en fonction- nement, la zone destinée à saisir l'appareil est exposée à l'air et reste ainsi relativement froide, tandis que la zone dans laquelle est disposée le corps chauffant de l'appareil atteint des températures de l'ordre de 1173 K. En outre, il est nécessaire que l'organe palpeur de température et le contacteur du dispositif de protection con- tre la surchauffe soient reliés entre eux de manière fonction- nelle. D'autres exigences consistent en une disposition étanche à l'eau du dispositif de protection dans l'appareil de chauffage et dans la possibilité d'actionner de l'extérieur le contacteur disposé dans la pièce de branchement et de saisie de l'appareil. Toutes ces exigences signifient fondamentalement une dépense relativement considérable de moyens techniques coûteux. Les dispositifs de protection actuellement connus fonctionnent suivant différents principes, tels que par exemple ceux exposés dans les brevets DE 1 074 778, 1 099 661 (principe d'une dilatation d'un liquide ou d'un gaz), DE-OS 2 104 618, 2 238 341 (régulateurs de température ou mécanismes à courroie), DE-AS 1 241 619 (combinaison de bi-métal), DE-OS 2 540 034 (fusible de température) et DC 29 170 (principe de soudure fusible). Les brevets DE 1 074 778 et 1 099 661 décrivent des dispositifs de connexion qui fonctionnent suivant le prin- cipe de dilatation de liquide ou de gaz Il s'agit là d'un récipient fermé qui consiste en une chambre de pression disposée dans la poignée de saisie de l'appareil et un tube capillaire palpeur de température disposé à l'extérieur sur le tube chauffant. La chambre de pression est constituée comme une membrane à ressort qui, dans des conditions de pression déter- minées, passe brusquement, de manière réversible, dans une nouvelle position de repos Le récipient fermé est rempli avec un fluide se dilatant à la chaleur Lors du dépassement d'une température déterminée à l'extrémité du tube palpeur, le fluide contenu dans l'ensemble du récipient se dilate Une pression intérieure croissante qui en résulte provoque un passage brusque de la membrane dans une position de repos convexe qui s'oppose à l'amenée supplémentaire de courant à l'appareil de chauffage. C'est seulement lorsque la membrane est ramenée, au moyen d'un bouton poussoir de connexion, dans une position de repos concave, que le processus de chauffage peut être rétabli. L'inconvénient de ce dispositif réside dans sa fabrication relativement compliquée en raison du remplissage d'une quantité définie de liquide de dilatation dans un volume défini dans le récipient sous vide. En outre, ce dispositif de protection ne convient pas pour des installations et appareils électriques dans lesquels l'élément émetteur de signal et le contacteur (récepteur) doivent être disposés séparément en raison de conditions déterminées. D'autre part, la disposition du tube palpeur de température extérieurement sur le tube chauffant est désavan- tageuse, car des dépôts de calcaire et des déformations parfois inévitables de l'appareil peuvent créer des limites pour le bon fonctionnement. En outre, dans un brevet DD 29 170, est décrit un dispositif de protection contre un fonctionnement à sec d'un appareil de chauffage d'eau à immersion de corps chauffant, suivant le principe de fusion de soudure Ce dispositif comprend, dans la poignée de l'appareil, un ressort à lame à tension préalable, avec une broche ou un fil métallique fixé sur lui, qui est entouré par un tube creux et dont l'autre extrémité est maintenue dans ce tube par une soudure fusible à l'étain. La broche et le ressort à lame maintiennent en commun, sous l'action d'unressort de compression, une pièce de contact également disposée dans la poignée de l'appareil En cas d'absence'de liquide, la soudure fusible libère la broche, de sorte que le ressort à lame se soulève et se sépare de la pièce àe contact et le circuit de courant est coupé L'incon- vénient de ce dispositif réside dans un processus de rétablis- sement de contact qui est compliqué, coeteux, et sujet à des défaillances. La remise en circuit doit être déclenchée soit à l'intérieur de la phase de refroidissement de la soudure à l'étain, soit à l'aide d'une source de chaleur étrangère et au moyen de l'enroulement chauffant déjà présent. L'invention a pour but de créer un dispositif de protection technologiquement simple avec économie de matière, comprenant un mécanisme de déclenchement automatique pour des installations électriques, lequel présente une sécurité de fonctionnement relativement élevée, et la possibilité d'une transmission à distance d'un signal approprié, étant applicable aussi bien à des appareils importants qu'à de petits appareils. Ce dispositif de protection du genre décrit plus haut consiste en ce qu'un fil métallique de tension prévu dans la zone de production de signal se trouve, en cas d'incident de fonctionnement imprévu, libéré et peut être ramené ensuite dans sa position de départ Une coupure du circuit de courant produite par le fil métallique ne peut pas se trouver 4 2504722 automatiquement supprimée, mais il est rendu possible un état du dispositif de protection prêt pour sa remise en état de connexion. Dans ce but, l'invention a pour objet un dispo- sitif de protection pour appareil électrique, caractérisé par un contacteur mécanique comprenant un isolateur électrique à effet de ressort, un conducteur de courant électrique à effet de ressort et un ressort recourbé en forme de dièdre, ces organes étant réunis dans la poignée de branchement et de saisie de l'appareil. Le ressort recourbé en forme de dièdre est accouplé, avec une de ses extrémités, dans le domaine de l'isolateur électrique dans lequel est disposé le fil de tension. Entre l'isolateur et le ressort en forme de dièdre, est disposé le conducteur de courant électrique à effet de ressort La branche du ressort en forme de dièdre, qui est accouplée avec la zone de l'isolateur et du fil de tension est constituée, à son extrémité, en forme de S. En outre, le ressort disposé entre l'isolateur et le ressort en forme de dièdre est plus court que les éléments à ressort mentionnés plus haut. D'autre part, un organe d'appui est prévu, dans la poignée de branchement et de saisie de l'appareil, en dessous de l'isolateur à ressort, de préférence dans la zone o se trouve le fil de tension Cet appui constitue, en même temps, une pièce de jonction de courant électrique entre le conducteur de courant à ressort et le tube dans lequel est guidé, de manière connue, le fil de tension, du contacteur vers l'organe producteur de signal. Le mode de fonctionnement du dispositif décrit est le suivant: A l'état connecté du dispositif de protection, les contacts de connexion sont fermés au moyen du ressort constitué comme conducteur de courant Le fil métallique est encore immo- bilisé dans le domaine de la production de signal L'isolateur électrique est détendu Le ressort qui est disposé entre l'isolateur et le ressort recourbé en forme de dièdre a été tendu au moyen d'uun bouton-poussoir disposé sur la poignée de l'appareil Ce ressort tendu, en tant qu'élément actif du pro- cessus de connexion du dispositif de protection, exerce sur le 2504722 fil métallique une force de traction, au moyen du ressort en forme de dièdre qui est ancré dans le domaine du fil de tension relié rigidement à l'isolateur. Le ressort en forme de dièdre est détendu en son point le plus élevé (arête du dièdre) et est tendu en son point de fixation. Lors d'un incident de fonctionnement imprévu, le fil métallique de tension est libéré hors du domaine de produc- tion de signal Le ressort actif c'est-à-dire conducteur de courant se détend et tire alors en direction du bouton-poussoir l'isolateur accouplé avec le ressort en forme de dièdre. Ce processus est favorisé et entretenu par le ressort en forme de dièdre, jusqu'à ce que celui-ci parvienne, à son point le plus élevé, à l'intérieur de la poignée de branchement et de saisie de l'appareil Dans cette phase, le circuit de courant dans l'appareil est interrompu. Le ressort en forme de dièdre, qui s'appuie alors contre la paroi, a ses branches écartées par le ressort actif qui, maintenant, n'est plus conducteur de courant Cet écar- temerit des branches a pour effet un découplage de l'isolateur et du ressort recourbé en forme de dièdre L'isolateur, réalisé sous la forme d'un ressort, peut ainsi se détendre, avec son fil métallique de tension, en direction du domaine de production de signal. Cette phase de découplage et de détente des éléments à ressort se produit à l'intérieur du laps de temps dans lequel le domaine de production de signal se trouve encore dans l'état qui avait été provoqué par l'incident de fonctionnement imprévu. A la fin de la phase ci-dessus mentionnée, le fil métallique de tension se trouve à nouveau dans le domaine de la production de signal et il est immobilisé par une réversibilité de l'état de ce domaine Le dispositif de production se retrouve alors prêt pour une remise en circuit éventuelle. Après correction de l'incident de fonctionnement imprévu, le ressort courbé en forme de dièdre est déplacé, par actionnement du bouton-poussoir, en direction de l'emplace- ment de l'isolateur, assez loin pour qu'il soit à nouveau accoupl dans le domaine de l'isolateur o se trouve le fil métallique de tension Ainsi, le ressort en forme de dièdre, et le ressort disposé entre lui et l'isolateur, et également le fil métal- 2 e 04722 lique de tension, se trouvent tendus à nouveau C'est seulement à ce moment que le circuit de courant est fermé à nouveau. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un appareil de chauffage par immersion dans lequel est incor- poré le dispositif de protection conforme à l'invention, les figures 2 à 5 sont des représentations schématiques du déroulement de fonctionnement du dispositif de protection de la figure 1. Le dispositif de protection conforme à l'invention est représenté en figure 1, à titre d'exemple, incorporé dans un appareil de chauffage électrique pour l'échauffement de fluides liquides, notamment dans un chauffe-eau à immersion du corps chauffant. L'appareil de chauffage d'eau par immersion repré- senté en figure 1, comprend une poignée 2 et un tube chauffant 3. La poignée se compose de deux moitiés 4 et 5 Dans chacune de ces moitiés et dans le tube chauffant 3 est incorporé le dis- positif de protection conforme à l'invention, dont le méca- nisme de déclenchement fonctionne suivant le principe de fusion de soudure et comprend un fil métallique de tension 6, une masse fusible 12 et un contacteur 7. Le fil métallique de tension 6 est immobilisé à son extrémité dans le domaine de la masse fusible 12 et d'un serpentin chauffant 13, qui est en même temps le domaine de production de signal Le fil métallique de tension 6 forme un organe de liaison mécanique entre le domaine de production de signal 12, 13 et le contacteur 7 prévu dans la poignée 2. Le serpentin chauffant 13 est disposé à l'intérieur du tube chauffant 3 qui peut être un tube de cuivre nickelé. Le contacteur 7 se compose de trois éléments à ressort 8, 9, 10 et d'un bouton-poussoir 11 entouré d'un capot et disposé dans la partie de poignée 4 Les trois éléments à ressort 8, 9 et 10 sont logés à l'intérieur de la poignée 2 de l'appareil chauffe-eau à immersion, entre le bouton-poussoir 11 et un organe d'appui 19, étant fixés à un point commun 18, qui peut consister par exemple en une vis d'immobilisation. L'organe d'appui 19 sert à la fois à éviter une déformation du fil de tension 6 et à constituer une amenée de courant au serpentin. Le ressort 8 peut, au voisinage du bouton-poussoir 11, être recourbé en forme de dièdre En outre, ce ressort 8, à son-extrémité opposée à celle de fixation au point 18, présente une forme de S (figure 2) Cette partie recourbée en forme de S de l'une des branches 17 du ressort 8 en forme de dièdre, sert à l'accouplement avec un ressort 10, constitué par un ressort à lame en matériau électriquement isolant, désigné dans la suite par "isolateur 10 " Le fil métallique de tension 6 est disposé à l'endroit d'accouplement du ressort en forme de dièdre 8 avec l'isolateur 10. Entre le ressort en forme de dièdre 8 et l'isolate 4 r , est disposé un autre ressort 9, constitué de préférence également par un ressort à lame. A l'état tendu, ainsi qu'à l'état détendu du dispositif de protection conforme à l'invention, c'est-à-dire lorsque le fil métallique de tension 6 se trouve toujours (fi- gures 2 et 5) dans le domaine de production de signal 12, 13, l'isolateur 10 et le fil métallique de tension 6 forment entre eux un angle de 90 degrés La force de ressort de l'isolateur doit être suffisamment grande pour que, en cas de fonction- nement "à sec" de l'appareil, elle ramène aussitôt à force le fil de tension 6, après un processus de coupure de circuit, dans sa position de départ originale, c'est-à-dire dans le domaine de production de signal 12, 13 Dans cette phase, il est nécessaire que la substance fusible soit restée encore liquide. Le ressort à lame 9 qui est disposé entre le ressort en forme de dièdre 8 et l'isolateur 10, doit être considéré comme l'élément actif du dispositif de protection de l'invention Ce ressort 9 doit être soumis à une tension préa- lable telle que l'isolateur 10 soit libéré de son accrochage avec le ressort en forme de dièdre 8 Il peut être prévu plus court que les autres éléments à ressort 8 et 10. En outre, le ressort 9 est constitué comme un élément conducteur de courant du dispositif de protection, dans lequel est disposé, par exemple, l'un des deux contacts de connexion 20 sur le ressort 9 Le ressort en forme de dièdre 8 peut être précontraint suivant un angle déterminé autour du 8 2504722 point de fixation 18 Il peut, en outre, être constitué également comme un élément conducteur de courant. Le serpentin chauffant 13 est relié à un tube mince 15 qui est disposé à l'intérieur du tube chauffant 3 et qui est raccordé aux points de contact 16 en direction du serpentin Ce tube mince 15 peut agir en même temps comme un conducteur de courant entre l'appui 19 et le domaine de produc- tion de signal 12, 13 La masse de substance fusible 12 est prévue, dans ce domaine, à l'intérieur du tube 15 Dans cette masse, est ancré le fil métallique de tension 6 avec son extrémité opposée à l'isolateur 10, en formant une combinaison de substances Le tube 15 peut être constitué, par exemple, en aluminium et le fil de tension 6 être constitué en un alliage de magnésium-aluminium, la masse fusible 12 étant une substance eutectique. La mise en oeuvre du dispositif de protection conforme à l'invention est également possible dans le cas d'autres appareils ou installations électriques o des incidents non prévisibles risquent de se produire. Les avantages apportés par le dispositif de protec- tion conforme à l'invention sont les suivants: Comme le-montrent les figures 1 à 5, le dispositif de l'invention est d'une technologie relativement simple, robuste et économe de matériaux En outre, ce dispositif, en raison de sa simplicité, est applicable aussi bien aux appareils importants qu'à ceux de petite taille, et avec la même fiabilité de fonctionnement Ces caractéristiques-du dispositif de pro- tection conforme à l'invention garantissent, par rapport aux contacteurs et dispositifs antérieurs connus, une mise hors circuit plus sure de l'installation, et permettent sa remise en fonction par un simple actionnement manuel du bouton-poussoir. La disposition avantageuse et la constitution des éléments de construction dispensent d'un ajustement de réglage du dispositif. Le fil métallique de tension 6 peut remplir, d'une part, une fonction purement mécanique et, d'autre part, une fonction électrique, en agissant comme un organe de sécurité électrique, notamment en cas de court-circuit d'un corps chauffant dans un appareil. La solution conforme à l'invention convient également, par exemple, à des installations électriques du type dans lequel il est nécessaire d'adopter des dispositions localement séparées des éléments producteurs de signal et du contacteur interrupteur de courant, pour des raisons de condi- tions particulières de chaleur, d'humidité, de vibrations, d'isolation électrique, qui rendent nécessaire une transmission à distance des signaux vers le contacteur 7. 04722 REVENDICATIONS 1) Dispositif de protection avec mécanisme automatique de déclenchement pour installations ou appareils électriques, notamment pour appareils chauffants électriques pour liquides, dispositif placé dans la pièce de branchement et de poignée de prise d'un appareil de chauffage approprié, et se composant essentiellement d'un fil métallique de tension et d'un contacteur, le fil étant guidé à l'intérieur d'un tube mince jusqu'au domaine de production de signal dans lequel il est fixé, dispositif caractérisé en ce que le contacteur mécanique ( 7) se compose d'un isolateur électrique à ressort ( 10), d'un conducteur de courant électrique à ressort ( 9) et d-'un ressort recourbé en forme de dièdre ( 8), qui sont reliés entre eux dans la poignée de branchement et de saisie d'un appareil de chauffage, le ressort en forme de dièdre ( 8) étant accouplé par une de ses branches ( 17) dans le domaine de l'iso- lateur électrique ( 10) dans lequel est placé le fil métallique de tension ( 6), le conducteur de courant à ressort ( 9) étant disposé entrel'isolateur ( 10) et le ressort courbé en forme de dièdre ( 8). 2) Dispositif de protection suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la branche ( 17) du ressort en forme de dièdre ( 8), qui est accouplé avec le domaine commun isolateur ( 10) et fil de tension ( 6), est repliée, à son extrémité ( 14) en forme de S. 3) Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ressort ( 9) qui est disposé entre l'isolateur ( 10) et le ressort courbé en forme de dièdre ( 9) est plus court que les éléments de ressort ( 9, 10) précédemment mentionnés. 4) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que, au-dessous de l'isola- teur à ressort ( 10), de préférence dans le domaine dans lequel est situé le fil métallique de tension ( 6), est prévu un organe d'appui ( 19) dans la poignée de branchement et de saisie de l'appareil. ) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe d'appui ( 10) sert en même temps à établir une liaison conductrice de courant entre le conducteur à ressort ( 9) et le tube mince ( 15)chauffant.