Brevet FR2503928A1 — publié le 19821015

La présente invention concerne les interrupteurs étanches aux conditions d'environnement et en particulier les interrupteurs étanches de type bouton- pression et elle a plus particulièrement pour objet de tels interrupteurs adpatés à l'emploi dans un environnement de hau- tes températures tel que dans les applications aérospatiales. Les véhicules modernes, particu- lièrement les avions à réaction et à turbo propulseur et les fusées ou missiles à poudre exigent des interrupteurs électri- ques pour déclencher certaines fonctions automatiques ou pour avertir le pilote et l'équipage, en réponse aux mouvements des organes et accessoires du véhicule. Par exemple, un tel inter- rupteur est employé dans un avion multi réacteur et il rentre en jeu au moment du freinage. Un déflecteur affecté a chaque moteur est placé en position pour dévier les gaz vers l'avant afin d'aider le mouvement de freinage de l'avion et l'inter- rupteur s'ouvre et se ferme en réponse au mouvement du déflec- teur pour informer l'équipage de l'état du déflecteur pour chaque moteur. Il est souhaitable que l'interrup- teur soit petit, d'action positive et très résistant et un interrupteur de type bouton-pression peut être favorablement employé à cette fin. De plus dans l'environnement décrit ci- dessus o les températures peuvent atteindre ou excéder 500'C, la construction de l'interrupteur doit être fiable en dépit des hautes températures. De plus, l'interrupteur est scellé de façon avantageuse afin de protéger son mécanisme intérieur, qui est fragile, de la condensation, du gel ou des éléments corrosifs des gaz d'échappement. De tels interrupteurs étanches commandés par bouton pression tels que décrits dans le brevet US no 3.089.009 (KORSGREN) incorporent un bouton commande supporté par une membrane flexible dans une ouverture du capot de l'interrupteur; dans un tel interrupteur, des écarts extrêmes de température et/ou de pression peuvent affecter la sensibilité de l'interrupteur et une exposition soutenue à haute température peut endommager la membrane flexible. L'un des buts de cette invention est de proposer un interrupteur étanche, robuste et fiable qui conviendra bien à un environnement de haute température. Plus particulièrement, un autre but de la présente invention est de proposer un tel interrup- teur qui peut être exposé à des températures excédant 500'C et qui fonctionnera de manière fiable dans un tel environnement pour au moins 25 000 opérations. En accord avec un certain nombre de formes préférées de réalisation de l'invention, un tel mé- 10. canisme incorpore un boitier contenant de façon étanche à l'environnement le mécanisme d'interruption, ledit boîtier ayant une partie flexible constituée par une partie de sa pa- roi; la partie flexible fournit une mesure de l'action de déclenchement lorsqu'elle est fléchie. Un bras de commande extérieur est fixé à une de ses extrémités sur le côté exté- rieur de la partie flexible du boitier et un bras de commande intérieur est fixé de la même manière à une de ses extrémités sur le côté de la partie flexible. Cette construction permet aux bras de commande intérieurs de pivoter en même temps que le bras extérieur; de manière favorable la partie flexible est conformée de manière à procurer un déclenchement brusque lorsqu'elle est infléchie par le pivotement des bras de comman- de; les bras de commande seront de préférence soudés par point à la partie flexible. Un interrupteur, ou tout autre dispositif de commutation comportant une lame flexible peut être commandé par le mouvement du bras intérieur pour sélecti- vement s'ouvrir et se fermer en réponse aux mouvements des bras de commande. A haute température l'élasticité de la lame, ou de tout autre organe de rappel peut ne pas être suffisante pour ramener les bras de commande de leur position commande à leur position normale et un ressort d'accompagnement est incorporé pour solliciter ces bras de commande vers leur position normale. Selon l'une des conceptions possi- bles ce ressort d'accompagnement est un ressort en lame fixé aux bras extérieurs de commande et appuyé contre le sommet du boitier; toutefois dans d'autres formes de réalisation de l'invention, le ressort d'accompagnement pourra être un res- sort hélicoïdal, ou encore pourra être disposé à l'intérieur du boitier. Dans plusieurs formes préférées de construction, l'aire flexible du boitier est définie par une nervureconvexe arquée et par une rainure concave arquée disposées avec leur ouverture en regard l'une de l'autre de manière telle que l'aire flexible a une forme générale circu- laire et que cette aire flexible cliquette entre les positions fléchie bt détendue en réponse au mouvement des bras de comman- de. comprise tion qui relation mètrique vention, La présente invention sera mieux et des détails en relevant apparaîtront à la descrip- va être faite d'une forme préférée de réalisation en avec les figures des planches annexées dans lesquelles: - la fig.1 est une perspective iso- d'une forme préférée de réalisation conforme à l'in- - la fig.2 est tion selon 2-2 du dispositif de la fig.1, - la fig.3 est suivant 3-3 de la fig.1, - la fig.4 est me de commande à l'état détendue, une coupe en éléva- une coupe analogue une coupe du mécanis- - la fig.5 est une coupe identique du même à l'état fléchie, - la fig.6 est une-coupe transver- sale d'un organe des fig.1 à 3, et - la fig.7 est une vue de côté d'un autre organe de ce dispositif. Un mécanisme de commutation cons- truit conformément à l'invention et qui est particulièrement bien adapté à l'utilisation dans un environnement de haute température sera maintenant décrit en référence aux dessins en commençant par ceux des fig.1 à 3. Tout d'abord un capot 10 du boitier de l'interrupteur comporte une paroi latérale il ayant une forme générale cylindrique ovale et une face de sommet 12. Une aire flexible 13 de forme générale circulaire est située entre un bossage ou nervure 14 en forme de croissant et-une cuvette ou rainure 15 en forme de croissant. La nervure 14 et la rainure 15 sont respectivement convexe et concave vus de l'extérieur du capot comme dans la f ig.1 et permettent à l'aire flexible 13 de jouer suivant un mouvement de clique- tage. Le boitier 10 possède un fond 16 en regard de la face de sommet 12 sur lequel est disposée une platine de base mé- tallique à haute résistance thermique. Des isolateurs en verre à haute température 20a, 20b, 20c sont encastrés dans la platine de base 21 pour former une étanchéité à l'environ- nement. Un tube d'évacuation 23 est prévu encastré dans la platine de base 21 pour enlever l'humidité en mettant sous vide le mécanisme de commutation et en remplissant à nouveau avec de l'azote séché ou autre gaz inerte. Trois électrodes 31, 41 et 51 tra- versent la platine de base et sont chacune maintenue en posi- tion respectivement par un isolateur 20a, 20b et 20c. Dans ce cas, les isolateurs sont en verre. Le scellement verre- métal n'est pas parfait à haute température,-mais il empêche- ra l'humidité et la poussière de rentrer dans le boitier. Si un meilleur scellement est requis, par exemple si les températures dépassent 530'C, des matières isolantes en céra- mique "alumine" peuvent être utilisées au lieu du verre. - L'électrode 31 est l'électrode com- mune et possède dans le plan de la figure une conformation en sept dont la partie en cross 32 forme un plateau horizon- tal de soutien 33. Une lame conductrice flexible 34 est fixée à l'une de ses extrémités au plateau 33 et possède un plot de contact supérieur 35 et un plot de contact inférieur 36 dis- posé à l'autre bout, c'est-à-dire à l'extrémité libre de celle- ci. L'électrode 41 est une électrode normalement ouverte et comporte une partie 42 conformée en J pourvue d'une plate-forme 43 horizontale de soutien disposée à une courte distance au-dessous de la lame 34. Comme le montre mieux la fig.6 la plate-forme de soutien 43 a une conformation en U renversé dont l'évidement 43(w) est tourné vers le bas et dont les ailes 43(f) sont verticales. Un plot de contact 44 est disposé à l'extrémité de la plate-forme de soutien 43 et est conçu pour etablir un contact électrique avec le plot de con- tact inférieur 36. Il est également disposé sur une plate- forme de soutien 43, comme le montre la fig.6, un isolateur plat 45; une lame de soutien en forme de patte de chien 46 s'étend.entre le plateau de soutien 33 et l'isolateur plat pour fournir un soutien additionnel à la lame 34. L'électrode 51 est une électrode normalement fermée; un bras de soutien aplati et courbé 52 (fig.3) s'étend autour de la plate-forme de soutien 43 et de la lame 34 et une partie horizontale 53 formant l'extrémité supérieure du bras 52 supporte un plot de tête 54; ce der- nier est conçu pour établir un contact électrique avec le plot supérieur 35. Un système de commande 60 ayant une forme générale de bras basculable, est articulé sur la lame 34 pour pivoter depuis l'extrémité fixe de cette dernière et infléchir la lame à son autre extrémité; le mécanisme 60 ouvre de façon sélective les plots de contacts 35 et 54 tout en fermant les plots 36 et 44. Une paumelle de charnière 61 est solidaire du plateau 33 et de l'extrémité fixe de la lame 34 un axe horizontal 62 passe à travers la paumelle 61 de manière à autoriser le mouvement de pivotement dans le plan vertical. Le mécanisme de commande 60 comprend un arc intermédiaire 63 et un doigt 64 qui portent respectivement sur une partie intermédiaire de la lame 34 et à l'extrémité de celle-ci près dec plots 35 et 36. Le mécanisme de commande 60 est de préférence conçu pour autoriser un dépassement substantiel de ses mouvements sans risque pour la lame 34 ou pour les autres organes du mécanisme de commutation; une structure du mécanisme de commande 60 qui devrait permettre un tel -dépassement pourrait être basée sur celle d'un dispositif de commutation décrit danslebrevet US 3.062.932 (KORSGREN) ou, pourrait être encore basée sur plusieurs autres schémas possibles. Un nmcanisme de incorpore un bras,ou lame,extérieur 71 comportant une par- tie 72 (dans le cas présent en forme de tronc de cône) sou- dée par point ou fixée de toute autre manière à l'aire fle- xible 13. Un ressort d'accompagnement en lame est soudé à la face inférieure du bras de commande et prend un appui glis- sant contre le bord de la face de sommet; ce bras d'accom- pagnement 73 a pour fonction de ramener le bras de commande à sa position normale telle qu'illustrée en fig.4. Le mécanisme 70 incorpore aussi un bras,ou lameintérieur qui comporte lui aussi une partie 75 (dans le cas présent en forme de tronc de cône) soudée par point ou fixée de tout autre manière sur la face inférieure du boitier 10 au milieu de l'aire flexible 13; un poussoir 76 est disposé à l'extrémité libre de la lame 74, ou encore à son extrémité la plus éloignée de l'aire flexible. Ce pous- soir est destiné à entrer en contact avec le bras de comman- de 60 pour pousser celui-ci vers le bras de manière que la lame 34 soit actionnée en réponse aux mouvements concertés de haut en bas des bras de commande 71 et 74; dans ce cas de réalisation, le poussoir 76 est un isolateur, grâce à quoi la lame 34 est isolée du boitier 10. Le bras de commande extérieur 71 fonctionne comme un levier de commande puis commande la fle- xion (et le cliquetage) de l'aire flexible 13, tandis que le bras de commande intérieur 74 ainsi que le montage de commande 60 agissent comme transmission pour transmettre le mouvement du bras extérieur 71 à la lame 34. Le fonctionnement en regard de températures élevées peut être expliqué en relation avec les fig.4 et 5. En position normale, les bras de commande 71 et 74 occupent la position de la fig.4; dans une telle position les plots 35 et 54 normalement fermés sont accouplés électriquement à l'électrode commune 31 est ainsi couplée à l'électrode normalement fermée 51. Cependant si une force est appliquée de manière à abaisser l'extrémité libre du bras 71, celui-ci est induit en pivotement par rapport à l'aire flexible 13 du boitier 10; dès qu'un petit déplacement a eu lieu la partie flexible 13 continue son mouvement sous l'action de cliquetage jusqu'à amener les bras 71 et 74 dans leur position actionnée illustrée en fig.5; dans cette position la partie arrière de l'aire flexible 13,à savoir la partie proche de la nervure 14, s'élève, tandis que la partie avant, à savoir celle proche de la nervure 15, s'abaisse. Dans la position actionnée, le pous- soir 76 de l'extrémité du bras intérieur 74 pousse vers le bas le bras de commande 60 lequel, en pivotant,pousse à son tour la lame 34 vers le bas pour ouvrir les plots 35 et 54 norma- lement fermés, et fermer les plots 36 et 44 normalement ouverts; ainsi en position actionnée, l'électrode commune 31 est reliée électriquement à l'électrode normalement ouverte 41. Lorsque la pression est relâchée à l'extrémité libre du bras de commande extérieur 71, l'élasti- cité de la lame 34 et de l'aire flexible 13 sont normalement suffisantes pour faire revenir les bras 71 et 74 à leur posi- tion de la fig.4; cependant par le fait que l'élasticité de la lame 34 et de l'aire flexible 13 diminue quelque peu aux températures élevées, le ressort d'accompagnement 73 apporte- ra une force additionnelle suffisante pour ramener les bras 71 et 74 à le7ur position normale. La lame 34 des fig.2 et 3 est formée d'une lame unique flexible en acier d'épaisseur nominale par exemple de 0,1 mm. Toutefois,il est encore possible de cons- truire une lame 34', comme cela est illustré en fig.7 avec deux lames accolées 37 et 38 ayant une épaisseur cumulée de 0,15 mm; ce mode de construction a pour effet d'accroître la force élastique de la lame et d'accroître la durée de vie de celle-ci. Le boitier 10 et le mécanisme de commande 70 ont de préférence subi pendant leur construction un traitement thermique de manière à leur assurer des proprié- tés mécaniques convenables; tout d'abord le boitier 10, les bras 71 et 74 et le ressort 73 sont assemblés; puis l'assem- blage est soumis à un traitement de conditionnement austéni- tique par chauffage à 600C + 150C et maintient à tempéra- ture pendant approximativement 90 minutes; puis l'assemblage est refroidi en une heure à une température de 100C à 150C, température qui est maintenue pendant une demie-heure; après quoi on procède à une précipitation de trempe au cours de la- quelle l'assemblage est chauffé à 625-6350C pendant une heure, après quoi il est refroidi à la température ambiante. La lame 34, les bras de commande 71 et 74 et le ressort d'accompagnement 73 sont de préférence constitués d'acier de nuance Elgiloy 1125 tandis que le capot est de préférence réalisé en acier inoxydable 17-7 PH de 0,25 mm. Le dispositif de commutation cons- truit comme indiqué ci-dessus conformément à l'invention per- mettra de réaliser de façon fiable au moins 25 000 opérations et l'on pourra normalement escompter qu'il effectuera en moyenne de 20 000 à 45 000 opérations avant de tomber en panne. De plus après que le dispositif de commutation aura été assemblé et que le boitier aura été con- venablement vidé et à nouveau rempli grâce au tube d'évacua- tion 23, ce dernier sera recourbé ou coupé et son orifice scellé. Le terme "étanche à l'environnement" tel qu'utilisé dans la présente description doit être compris comme étant descriptif du scellement atteint lorsque les iso- lateurs en verre 20a-20c sont insérés dans l'embase 21; au contraire d'un scellement hermétique, cette étanchéité à l'environnement peut permettre à une petite quantité de gaz de transiter aux températures très hautes; cependant un tel scellement évitera à l'humidité, la fumée ou les effluants caustiques,d'entrer dans le mécanisme de commutation. Dans la description ci-dessus, les termes d'orientation tel que "horizontal" et "bas" doivent être compris comme indiquant la direction en référence aux dessins; les commutateurs conformes à l'invention peuvent être bien entendu orientés dans n'importe quelle direction. Bien que l'on ait décrit et repré- senté une forme particulière et préférée de réalisation de l'invention, il doit être compris que la portée de celle-ci n'est pas limitée aux formes ci-dessus décrites ou représen- tées mais qu'elle s'étend à tout dispositif de commutation comportant, prises séparément ou en combinaison, les caracté- ristiques décrites plus haut. R E V E N D I C A T I O N S- 1.- Dispositif de commutation électrique du type comprenant des plots de contact (44,54) disposés à l'extrémité d'élec- trodes (31,51) en regard de plots de contact (35,36) dis- posés à l'extrémité d'une lame flexible (34), elle-même reliée électriquement à une électrode commune (41), lesdits plots et ladite lame flexible étant disposés dans un boi- tier, et des moyens de transmission d'un mouvement de com- mande depuis l'extérieur du boitier jusqu'à ladite lame, caractérisé en ce que ledit boitier est consti- tué par un capot (10) refermé de façon étanche par un fond (16) à traverslequel passent lesdites électrodes (31,41,51), ledit capot comportant une aire flexible (13), et en ce que lesdits moyens de trans- mission comprennent un bras extérieur (71) fixé sur la face extérieure de ladite aire et un bras intérieur (74) fixé sur la face intérieure de ladite aire, d'o il résulte que la transmission du mouvement du bras extérieur est réalisée de manière étanche; 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite aire (13) est une aire sensiblement circulaire définie par une nervure con- vexe (14) et par une rainure concave (15), l'une et l'autre en forme de croissants ouverts en regard l'un de l'autre, d'o il résulte que la déformation de l'aire flexible (13) est une déformation brusque dite en cliquet; 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bras extérieur (71) est pourvu d'un ressort de rappel (73) prenant appui sur ledit capot (10); 2503928' 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bras intérieur (74) comporte à son extrémité libre un poussoir (76) formant isolateur; 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de trans- mission comportent en outre un mécanisme intermédiaire (60) articulé par charnière (61,62) sur ladite lame fle- xible (34), ledit mécanisme (60) étant destiné à recevoir - une poussée du poussoir (76) pour la transmettre à la lame (34) au voisinage de l'extrémité libre de cette dernière, et en ce que ledit mécanisme intermé- diaire (60) comprend en outre un arc intermédaire (63) et un doigt (64) destiné à porter respectivement sur une partie intermédaire de la lame flexible (34) et à l'extré- mité libre de celle-ci, d'o il résulte qu'un dépassement du mouvement des organes de commande et de transmission est autorisé sans risque de déterioration de la lame ou des plots de contact; 6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que - l'électrode commune (31) a une conformation en sept dont la partie en cross (32) forme un plateau horizontal de sou- tien (33) pour la lame flexible (34X, - l'électrode (41), normalement ouverte, comporte une par- tie (42) conformée en J pourvue d'une plate-forme de sou- tien (43) horizontale disposée à une courte distance au- dessous de la lame flexible, et - l'électrode (31), normalement fermé, comporte un bras de soutien aplati et courbé (52) s'étendant autour de la plate-forme (43) et de la lame (34) et se terminant par une partie horizontale d'extrémité (53) comportant un plot de tête (54); ?503928l 7.Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite électrode (41) normalement ouverte a une conformation en U renversé à évidement tourné vers le bas et supporte un isolateur plat (45) pour fournir un soutien additionnel à la lame flexi- ble 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par une lame (46) de soutien en forme de patte de chien s'étendant entre ledit plateau de soutien (33) dont elle est solidaire et ledit isolateur plat (45) sur lequel elle repose, ladite lame de soutien étant destinée à fournir un soutien additionnel à la lame flexible (34); 9.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fond (16) est cons- titué par une platine de base (21) dans laquelle sont en- castrés les isolateurs en verre à haute température (20a, b, 20c) à travers lesquels passent lesdites électrodes, ladite platine comportant en outre au moins un tube (23) d'évacuation et de remplissage; 10.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capot (10) du boitier est constitué d'une paroi latérale (11) ayant une forme générale cylindrique ovale et d'une face de sommet (12), ladite face de sommet comportant ladite aire flexible (13), et en ce que ledit capot est réalisé en une nuance d'acier apte à recevoir un traitement ther- mique de trempe.