Brevet FR2509519A1 — publié le 19830114

L'invention concerne un mécanisme de commande pour appareils de commutation électriques commandés en fonction d'une pression et comportant un axe de commande, des éléments intermé- diaires servant à transformer une rotation de l'axe en une trans- lation parallèle à l'axe pour la manoeuvre d'un microrupteur fixe ayant au moins deux positions, un ressort de rappel et un élément de manoeuvre à mobilité limitée parallèlement à l'axe, les éléments intermédiaires comprenant une pièce de commande fixée sur l'axe et une douille de commande déplaçable parallèlement à l'axe par la pièce de commande et agissant sur l'élément de manoeuvre, qui peut ttre tournée sur plus de 360 par rapport à la pièce de commande par un élément d'entraînement et dont la course couvre les diffé- rentes positions du microrupteur. L'expression "appareils de commutation électriques -15 commandés en fonction d'une pression" utilisée ici désigne tous les appareils de commutation dans lesquels la dilatation d'un milieu gazeux et/ou liquide enfermé dans un capteur et dans un organe moteur de l'axe de commande produit une rotation de cet axe Il s'agit notamment de régulateurs de température mais aussi de régulateurs de pression. Dans de tels régulateurs, l'organe moteur de l'axe de commande sera généralement un tube-ressort ou tube Bourdon à une ou plusieurs couches, un diaphragme métallique, un soufflet ou un organe analogue Il suffit qu'une déformation de l'organe moteur produite par une variation de pression provoque une rota- tion de l'axe de commande. L'invention est applicable de manière particulièrement avantageuse à des appareils de commutation possédant un système indicateur pourvu d'une aiguille d'indication de valeur effective et d'un index de valeur de consigne sur un cadran avec une échelle qui s'étend sur plus de 180 degrés d'angle L'aiguille est alors montée sur l'axe de commande, tandis que l'index est monté sur un axe de réglage coaxial sur lequel est calé aussi l'élément d'entral- nement déjà mentionné Une commutation est produite dans un tel appareil lorsque, pendant un mouvement relatif de l'axe de commande -et de l'axe de réglage, ce qui correspond à un mouvement relatif de i' pièce de colwande et de ll'dlmeurt d'entratnement ou de la douille de commande, l'aiguille et l'index se recouvrent. Le brevet suisse 411 634 décrit un régulateur électrique pourvu d'une aiguille et de plusieurs index auxquels plusieurs microrupteurs bistables sont adjoints physiquement Les micro- rupteurs sont disposés coulissantssur le bord du cadran pour le réglage des valeurs de consigne considérées Les microrupteurs sont manoeuvrés par un bras de commande radial fixé à l'axe de commande et passant par des leviers basculants en forme de fourche. qui font partie dés mécanismes desmicrorupteurs. Bien que ce mécanisme de commande connu travaille sans hystérésis en dehors des points de commutation, les microrupteurs bistables présentent un écart relativement grand entre les posi- tions de commutation lorsqu'une streté suffisante contre une com- mutation indésirable doit être garantie Pour cette raison et aussi à cause de l'adjonction matérielle aux index, il n'est pas possible d'utiliser des microrupteurs à bouton poussoir du commerce; il- s'agit donc de microrupteurs de fabrication spéciale De plus, comme le changement des valeurs de consigne implique le déplacement des microrupteurs, il faut des connexions flexibles entre les micro- rupteurs et le bottier du régulateur, ce qui augmente la place néces- saire Les points de commutation de microrupteurs voisins ont en plus un espacement minimal qui correspond à la largeur d'un micro- rupteur dans le sens du pourtour du cadran. Le brevet de la République Fédérale d'Allemagne 16 23 850 décrit deux versions d'un mécanisme de commande pour instruments indicateurs avec dispositif de contact, plus précisément pour des régulateurs de température, o la pièce de commande est une came. L'-élément intermédiaire situé entre cette came et le microrupteur est un levier coudé combiné avec le microrupteur et pénétrant par une tige de commande dans une rainure en Z de la came Pour changer la valeur de consigne, le microruptéur doit ici également être déplacé par rapport à la came, ce qui implique des connexions flexibles pour le microrupteur La mobilité en pivotement du micro- rupteur et la pénétration de la tige-de commande dans la rainure - rendue nécessaire par cette mobilité ont pour conséquence que la tige de commande s'applique en permanence contre le flanc de rainure de la came des deux côtés du point de commutation Ceci conduit inévitablement et dans tous les cas à des forces de frot- tement, lesquelles sont à l'origine d'une "hystérésis d'indication". Cette particularité oblige à utiliser un tube Bourdon, servant d'organe moteur, qui soit puissant, surtout lorsque le même organe moteur doit servir à la commande de plusieurs microrupteurs. La demande de brevet allemand DE-OS-29 52 474 décrit un mécanisme de commande du type indiqué au début o la pièce de commande présente une nervure circonférentielle qui entoure la pièce sur un angle égal ou inférieur à 3600 La nervure possède deux extrémités qui sont axialement espacées l'une de l'autre d'une distance supérieure à la dimension de la tige de commande en direction de l'axe géométrique de l'axe de commande, de sorte que la tige peut passer entre les extrémités de la nervure cir- conférentielle Grâce à cette mesure, la tige de commande ne s'applique plus que d'un côté du point de commutation contre la nervure lors de son mouvement par rapport à la pièce de commande, de sorte que l'hystérésis due au frottement est déjà nettement réduite. L'invention vise à créer un mécanisme de commande du type défini au début, c'est-à-dire pour un appareil de commutation comportant un microrupteur fixe, dans lequel une liaison entre la pièce de commande et lés éléments intermédiaires ne soit plus nécessaire, des deux-côtés du point de commutation proprement dit, et dans lequel la pièce de commande ne soit plus chargée, en dehors du point de commutation, par la force du ressort de rappel du microrupteur. Selon l'invention; un tel mécanisme est essentiellement caractérisé en ce que l'élément d'entraînement porte un inverseur mécanique bistable qui, d'une part, peut être amené de l'une à l'autre de ses deux positions stables par un maneton disposé sur la pièce de commande, de-telle manière que la pièce de commande, à chaque position de l'inverseur, peut être tournée de plus de 180 degrés par rapport à l'inverseur sans produire une nouvelle opération de commande, d'autre part, est en liaison avec la douille de commande par un plan incliné, et en ce que l'emplacement et la pente du plan incliné sont choisis de telle manière que la douille de commande est déplaçable, entre les deux positions de l'inverseur, sur une distance qui fait passer le microrupteur chaque fois de l'une à l'autre position. Un tel inverseur mécanique bistable constitue une sûreté parfaite contre la commutation involontaire du microrupteur à la position précédente en dehors du point de commutation Si ses com- posants sont conçus en conséquence, l'inverseur bistable peut être maintenu chaque fois à la position o il a été amené, si bien que, en dehors du point de commutation ou de la zone de commutation proprement dit, l'axe de commande ou la pièce de commande n'ont pas à produire des forces de retenue pour immobiliser axialement la douille de commande, aur laquelle agit le ressort de rappel du microrupteur Le mécanisme est ainsi totalement exempt d'hystérésis des deux côtés du point de commutation, de sorte que le même organe moteur peut également être utilisé pour la manoeuvre de deux ou davantage de microrupteurs, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une exécution plus puissante de cet organe Il devient même possible d'utiliser comme organe moteur un tube Bourdon comme ceux qui sont habituellement employés seulement pour des instruments servant uni- quement à l'indication L'invention est importante surtout parce qu'elle permet en même temps le montage fixe d'un ou de plusieurs microrupteurs, contrairement, par exemple, au brevet suisse 411 634 déjà cité. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'inverseur comporte un secteur d'une croix de Malte et la pièce de commande présente circonférentiellement, des deux côtés du maneton, une surface cylindrique qui, en dehors de la zone de commutation, établit un verrouillage mécanique-en combinaison avec le secteur Les croix de Malte sont certes connues mais elles n'ont pas encore été utilisées comme éléments intermédiaires pour des mécanismes comme ceux dont il est question ici et moins encore en position réglable entre la pièce de commande et la douille d'un tel mécanisme Ltemploi d'une croix de Malte ou, plus, précisément, d'un secteur d'une telle croix, conduit à des positions parfaitement - 1 définies de l'inverseur et à l Vimpossibilité de quitter la position à laquelle il a été amené en dehors du point de commutation. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le secteur de la croix de Malte est relié par un axe monté dans l'élément d'entraînement à un plan incliné sous forme d'une rampe de came hélicoïdale qui agit directement ou indirectement sur la douille de commande Par le choix de la pente de cette rampe de came, on peut varier les forces de commutation et l'écart entre les points de commutation entre de larges limites et indépendam- ment du microrupteur Il est possible en plus de produire un blocage automatique entre le plan incliné et le point de contact avec la douille de commande pour empêcher la rotation du secteur de croix de Malte par rapport à la pièce de commande sous l'effet de forces de réaction du microrupteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue de côté d'un mécanisme de com- mande selon l'invention en combinaison avec le système de mesure d'un régulateur à deux positions comportant une aiguille pour l'in- dication de la valeur effective et un index pour l'indication d'une valeur de consigne; et les figures 2 à 4 sont des vues en plan en différentes positions du mécanisme de commande proprement dit, la vue étant prise chaque fois à partir du plan X-X de la figure 1. Le régulateur représenté partiellement sur la figure 1 comporte comme organe moteur 1 un tube Bourdon à une couche dont l'extrémité extérieureest disposée fixe de façon connue et reliée par des capillaires non représentés à un capteur Le capteur, formant un corps creux, les capillaires et le tube Bourdon en spirale sont remplis d'un milieu qui, lorsque sa pression monte, en cas d'élé- vation de la température par exemple, provoque un changement de la forme du tube Bourdon, L'extrémité intérieure de ce tube est reliée à un axe de commande 2 sur lequel est fixée une aiguille 3 d'indication de la valeur effective de la grandeur mesurée et régulée Sur 3 axe de commande 2 est fixde en outre, par une vis 5, une pièce de commande 4 Toute action exercée par l'organe moteur 1 sur l'axe de commande 2 se traduit par une rotation de même ampli- tude et dans le même sens de l'aiguille 3 et de la pièce de com- mande 4. La pièce de commande 4 possède un moyeu 6 qui présente une surface cylindrique 7 sur la majeure partie de son pourtour (figure 3), de même qu'un rebord 8 en forme de collet, dans lequel est fixé, à un point déterminé de la périphérie, un maneton 9, en regard duquel le moyeu 6 présente une encoche cylindrique-10 (figure 2) Les axes du maneton 9 et de l'encoche 10 sont paral- lèles à l'axe de commande 2. L'axe de commande 2 est creux et est monté rotatif mais sans pouvoir coulisser axialement sur un axe de réglage 11 dont l'extrémité extérieure porte un bouton-de réglage 12 et un index de valeur de consigne 13 L'aiguille 3 et l'index 13 sont disposés au-dessus d'un cadran non représenté dont l'échelle s'étend sur un angle de 270 par exemple. De l'autre côté de la pièce de commande 4, l'axe de réglage il porte un doigt d'entraînement 14 qui est fixé sans pouvoir tourner et axialement immobile sur cet axe par une vis sans tête 15. Sur l'axe de réglage 11 est montée en outre une douille de commande 16, présentant un bras 17, qui est axialement déplaçable sur l'axe 11 mais peut seulement être tournée ensemble avec le doigt d'entraînement 14 par rapport à la pièce de commande 4 Pour l'en- traînement de la douille 16 avec son bras 17, ce dernier possède une fourchette 18 dans laquelle pénètre une saillie 19 disposée fixe sur le doigt d'entraînement 14 et permettant un déplacement axial de la douille 16 par rapport au doigt 14. La douille 16 possède un collet 20 qui est orienté radialement par rapport à l'axe de réglage 11 et contre lequel s'applique un levier de commande 21 agissant sur un microrupteur 22 de type courant qui est monté fixe Ce microrupteur présente deux positions (fermé-ouvert) et comporte un ressort de rappel non représenté et un élément de manoeuvre 23 sous forme d'un bouton 7: poussoir qui possède une mobilité limitée parallèlement à l'axe de commande 2 Cet élément de manoeuvre, chargé par le ressort de rappel du microrupteur, presse le levier de commande 21 contre le collet 20 L'extrémité opposée du levier 21 est reliée par une articulation 24 à un appui 25 réglable parallèlement à l'axe de commande 2 Le réglage de l'appui 25 se fait par une vis 26 montée dans l'appui 25 et dans le bottier 27 de l'appareil, dont une petite partie seulement est représentée La possibilité de réglage de l'appui 25 sert à l'ajustement du point de commutation du microrupteur 22. Le doigt d'entraînement 14 possède un prolongement radial 28 portant un inverseur mécanique-bistable 29 Cet inver- seur comporte un secteur 30 d'une croix de Malte, comme on peut le voir sur les figures 2 à 4 Le secteur 30 est calé sur une extrémité d'un axe 31 qui est parallèle à l'axe de commande 2. Sur l'extrémité opposée de l'axe 31 est calée une came 32 présen- tant un plan incliné 33 sous forme d'une rampe de came hélicoïdale. Le bras 17 de la douille 16 s'applique d'en bas contre le-plan incliné 33 La rotation de ce dernier permet de déplacer la douille 16 sur une distance axiale déterminée qui couvre les différentes posi- tions du microrupteur La douille 16 agit par son collet 20 et le levier 21 sur le bouton-poussoir 23 du microrupteur. La forme du secteur de croix de Malte 30 ressort en particulier des figures 2 à 4 Il possède un trou 34 par lequel il est fixé sur l'axe 31 et une fente 35, dont la largeur corres- pond au diamètre du maneton 9, qui est orientée radialement par rapport à l'axe 31 et dont la profondeur est suffisante pour que le maneton 9, lors de sop passage par la position médiane repré- sentée figure 3, ne touche pas le fond de la fente Des deux c 8 tés de la fente 35, le secteur 30 présente deux échancrures en arc de cercle 36, 37 dont le rayon est légèrement plus grand que le rayon de la surface cylindrique 7 de la pièce de commande 4 Grace à cette disposition, le secteur 30 peut prendre deux positions stables, représentées sur les figures 2 et 4, d'o il ne peut pas Etre inversé involontairement lorsque le maneton 9 es-t en dehors de la fente 35 Le secteur 30 peut cependant être inversé par le maneton 9 en raison de la présence de l'encoche 10, comme le montre la figure 3 Le secteur 30 a la forme d'une mince feuille et est avantageusement en métal, comme l'axe 31, tandis que la came-32 est de préférence-d'un seul tenant avec le plan incliné 33 et constituée d'une pièce en plastique moulée par injection par exemple La pièce de commande 4 peut être en métal ou en plastique, tandis que le maneton 9 est de préférence en métal et peut être serti dans le rebord 8 - Fonctionnement Il est supposé que le secteur 30 occupe la position extrême stable représentée figure 2 o, grâce'a la disposition dans l'espace du plan incliné 33, il a produit, par exemple, la fermeture du microrupteur, pour déclencher une élévation de tempéra- ture dans un processus de chauffage par-exemple A supposer que la pièce de commande 4 tourne ensuite dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre à partir de la-position de figure 2, par exemple par suite de l'élévation de la température et d'un changement de forme correspondant de l'organe moteur 1, le maneton 9 pénètre dans la fente 35 La surface cylindrique 7 s'écarte en même temps devant l'échancrure 37 Le maneton 9 entralne maintenant le secteur 30, le fait passer par la position médiane représentée figure 3 et l'amène à l'autre position extrême stable, représentée figure 4, o la surface cylindrique 7 veouille ou immobilise le sec- teur 30 par sa coopération avec l'échancrure 36 Le plan incliné 33 ayant été tourné-sur le même angle que le secteur 30, la douille 16 a été amenée à une autre position axiale, ce qui a eu pour effet que le levier 21 a produit la commutation du microrupteur 22 à un point de commutation réglable A partir de la position représentée figure 2, la pièce de commande 4 peut encore être tournée de plus de 180 , par exemple de plus de 270 dans le sens des aiguilles d'une montre, par rap- port au secteur 30, sans qu'une nouvelle opération de commande soit déclenchée et sans que le verrouillage entre la surface cylindrique 7 et l'échancrure 37 soit supprimé; De même, la pièce de commande 4 peut encore être tournée de plus de 180 , de pré- férence de plus de 270 , dans-le sens contraire a celui des aiguilles d'une montre à partir de la position représentée figure 4, également sans qu'une nouvelle opération de commande soit déclenche et sans que le verrouillage du secteur 30 soit supprimé La pièce 4 peut donc tourner sur plus de 360 , de préférence sur plus-de 540 par rapport au doigt d'entraînement 14 et à la douille 16 sans que cela entraîne plus d'une commutation du microrupteur - La possibilité d'un angle de rotation relative aussi grand sans commutation est importante pour deux raisons Primo, la pièce de commande 4 peut tourner d'un angle qui correspond à toute la déviation de l'aiguille 3 Secondo, au moyen du bouton de réglage 12, le doigt d'entraînement 14, donc aussi la valeur de consigne, peuvent également être réglés sur un angle qui cor- respond à toute la déviation de l'aiguille, avec le résultat que, dans le cas extrême, les déviations de l'aiguille et de l'index s 'additionnent. Les mouvements sont exactement l'inverse de ce qui vient d'être décrit en cas de changement de la valeur de consigne Lorsque le doigt d'entraînement 14 portant le secteur 30 est tourné dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à-la pièce de com- mande 4 à partir de la position représentée figure 2, l'inverseur mécanique 29 produit très rapidement une commutation Ensuite, le doigt 14 peut être tourné sur environ 270 avant qu'une nouvelle commutation ne soit déclenchée Le doigt 14 peut par contre être tourné d'environ 270 dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre à partir de la position de figure 2 sans qu'une com- mutation soit produite. Il ressort de ce qui précède et du dessin qu'il existe seulement un frottement devant être vaincu par l'organe moteur 1 - entre la pièce de commande 4 et le secteur 30 dans la zone de com- mutation représentée figure 3 En dehors de cette zone, des deux côtés de celle-ci> la pièce de commande 4 et le secteur 30 ne frottent pas l'un sur l'autre sous l'influence d'une force exté- rieure Il a déjà été indiqué que l'influence éventuelle de forces de rappel sur le secteur 30 peut être éliminée par un blocage auto- matique au droit du plan incliné 33 Le léger contact qui pourrait exister malgré cet autoblocage entre le secteur 30 et la surface -cylindrique 7 est négligeable et ne représente tout au plus qu'une lo fraction très p eti t e d u frottement qui existe encore, par exemple, dans l'objet de la demande DE-OS 29 52 474 Il est à noter à cet égard que les organes moteurs habituels pour les appareils de commutation dont il est question ici peuvent seule- ment produire des couples très faibles et que les frottements habituels provoquent une hystérésis considérable dans la commande du microrupteur. 250 '9519 REVENDICATIONS 1 Mécanisme de commande pour appareils de commutation électriques commandés en fonction d'une pression et comportant un axe de commande, des éléments intermédiaires servant a transformer une rotation de l'axe en une translation parallèle a l'axe pour la manoeuvre d'un microrupteur fixe ayant au moins deux positions, un ressort de rappel et un élément de manoeuvre àa mobilité limitée parallèlement à l'axe, les éléments intermédiaires comprenant une pièce de commande fixée sur l'axe et une douille de commande déplaçable parallèlement à l'axe par la pièce de commande et agis- sant sur l'élément de manoeuvre, qui peut être tournée sur plus de 360 par rapport à la pièce de commande par un élément d'entraîne- ment et dont la course couvre les différentes positions du micro- rupteur, caractérisé en ce que l'élément d'entraînement ( 14) porte un inverseur mécanique bistable ( 29) qui, d'une part, peut être amené de l'une à I'autre de ses deux positions stables par un maneton ( 9) disposé sur la pièce de commande ( 4), de telle manière que la pièce de commande, à chaque position de l'inverseur, peut être tournée de plus de 1800 par rapport à l'inverseur sans produire une nouvelle opération de commande (commutation du microrupteur), d'autre part, est en liaison avec la douille de commande ( 16) par un plan incliné ( 33), et en ce que l'emplacement et la pente du plan incliné sont choisis de telle manière que la douille de com- mande est déplaçable, entre les deux positions de l'inverseur, sur une distance qui fait passer le microrupteur ( 22) chaque fois de l'une à l'autre position. 2 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inverseur ( 29) comporte un secteur ( 30) d'une croix de Malte et en ce que la pièce de commande ( 4) présente circonférentiellement, des deux cbtés du maneton ( 9), une surface cylindrique ( 7) qui établit un verrouillage mécanique en combinaison avec le secteur ( 30) en dehors de la zone de commutation. 3 Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'entraînement ( 14) possède un prolongement radial ( 28) dans lequel l'inverseur ( 29) est monté rotatif par un axe ( 31) qui est parallèle à l'axe de commande ( 2) et dont une extrémité porte le secteur ( 30) de la croix de Malte, tandis que son autre extré- mité porte un plan incliné ( 33) sous forme d'une rampe de came hélicoïdale. 4 Mécanisme selon là revendication-3 caractérisé en ce que la douille de commande ( 16) porte un bras radial ( 17) qui coopère avec le plan incliné ( 33) de l'inverseur ( 29).