Brevet FR2531264A1 — publié le 19840203

La présente invention se rapporte à des actionneurs bi-métalliques thermosensibles à action brusque destiné à être utilisés pour actionner les contacts d'interrupteurs de commutateurs électriques thermosensibles tels que des coupe-circuits, des disjoncteurs et des thermostats, par exemple. Le brevet britannique 1 542 252 comporte un exposé des problèmes qui se posent dans le cas de leactionneur bi- métallique bien connu comprenant un disque de configuration bombée qui prend une conf iguration bombée en sens opposé avec action brusque en réponse à des variations de la tem- pérature, ces problèmes comprenant la dérive de la tempé- rature de fonctionnement à laquelle le disque s'inverse avec l'âge, une tendance à la formation de fissures de con- trainte dans le disque et le très petit intervalle de mou- vement utile associé à ltaction brusque. Le brevet britannique 1 542 252 traite également de la forme également bien connue de bilames qui est décrite par exemple dans le brevet britannique 657 437, qui com- prend une feuille ou lamelle rectangulaire bimétallique ayant une languette centrale détachée dv entre deux branches extérieures dont les extrémités sont réunies, dans la ré- gion de l'extrémité libre de la languette, par une partie en forme de pont, et dans lequel la lamelle a reçu une configuration en assiette de sorte que, avec les change- ments de température, la lame se déplace entre des confi- gurations bombées en assiette en sens opposé avec une ac- tion brusque Telle qu'elle est décrite dans le brevet britannique 657 434, la configuration en assiette était donnée à la lamelle par la formation dtun gaufrage dans la partie pont mentionnée plus haut mais, plus récemment on a obtenu la configuration en assiette nécessaire en pressant la lame entre deux matrices Le bilame du brevet britannique 657 434 donne un intervalle de mouvement utile beaucoup plus grand que l'actionneur à disque connu et il peut être réglé sur une température de fonctionnement dé- finie avec précision mais on a également constaté qu'il était susceptible de fissuration de contrainte. L'actionneur du brevet britannique 1 542 252 était 3 particulièrement conçu pour surmonter les problèmes de fis- suration de contrainte de la technique antérieure et, dans sa forme de réalisation préférée, il comprend un élément circulaire bombé en assiette en feuille bimétallique et ayant une ouverture incurvée qui, de même que dans le bi- lave du brevet britannique 657 434 dégage une languette de l'élément bimétallique L'ouverture a une périphérie extérieure présentant la forme d'un arc de cercle, qui se raccorde sans rupture de ligne t la périphérie intérieure de l'ouverture, à des extrémités arrondies adjacentes à la racine de la languette dégagée, cette configuration ayant été conçue pour réduire a un minimum les contraintes dans l'actionneur lorsqu'il passe brusquement de l'une à l'autre de ses configurations bombées en sens opposé lfune de l'au- tre On peut se reporter au brevet britannique 1 542 252 pour trouver un exposé complet des problèmes liés aux ac- tionneurs de la technique antérieure et des considérations de conception adoptées dans le nouvel actionneur du brevet britannique 1 542 252. Bien que l'actionneur perfectionné du brevet britan- nique 1 542 252 présente certaines caractéristiques avanta- geuses, il implique malheureusement un gaspillage de matiè- re et les actionneurs à lamelle rectangulaire de la forme générale décrite dans le brevet britannique 657 434 conti- nuent à être largement utilisés, en particulier, bien que non exclusivement, avec la lamelle bimétallique montée par sa branche centrale (c'est-à-dire par sa languette dégagée). On a constaté que, lorsque de tels actionneurs a lamelle rectangulaire sont utilisés comme élément détecteur de cou- rant de surcharge dans des disjoncteurs, o la lamelle trans- porte le courant à surveiller et répond à l'effet de chauf- fage de ce passage de courant, il se pose différents pro- blèmes. La répartition des températures de la lamelle bimé- tallique est irrégulière et les deux extrémités de la la- melle tendent à se refroidir, ce qui donne lieu à des con- traintes complexes dans le bilame En outre, l'extrémité de la lamelle la plus proche de l'extrémité libre ou de la pointe de la languette dégagée, c'est-à-dire l'extrémité qui, dans la technique classique, aurait subi un gaufrage pour donner la configuration en assiette à la lamelle, est très large et peut de son côté s'inverser brusquement à une température différente de l'autre extrémité de la la- melle, la plus proche de l'extrémité de racine de la lan- guette dégagée, qui est l'extrémité qu'on considérerait normalement comme constituant la partie à action brusque du bilame; cet effet est particulièrement marqué aux bas- ses températures (par exemple -40 OC) et,-lorsque le bila- me est monté par sa branche centrale, il a pour résultat que la grande extrémité du bilame, la plus proche de l'ex- trémité de racine de la languette, franchit son point mort et que les contacts de l'interrupteur restent cependant fermés jusqu'à ce que l'autre extrémité (extrémité de con- tact) du bilame se soit inversée à une température diffé- rente. La présente invention fournit un actionneur à lamel- le bimétallique analogue d'une façon générale à l'action- neur du brevet britannique 657 434 mais dans lequel la la- melle est formée de manière à donner une répartition de température plus cohérente et plus uniforme sous l'action du courant et dans lequel l'extrémité de contact du bilame est affaiblie mécaniquement de manière à ne pas empêcher l'autre extrémité de s'inverser et d'ouvrir les contacts de l'interrupteur Ainsi qu'il ressortira de la suite, la lamelle résultante présente une configuration ayant la for- me générale d'une poire. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet une lamelle bimétallique présentant la forme générale d'une poire qui est contrainte de manière à pouvoir se dé- placer avec les variations de la température entre deux configurations bombées l'une à l'opposé de l'autre, une découpe présentant la forme générale d'un U ménagée dans la lamelle dégageant de cette dernière une languette qui présente une racine ou extrémité fixe adjacente à la grande extrémité de la lamelle en forme de poire et une pointe ou extrémité libre adjacente à la petite extrémité, la lan- guette s'étendant entre deux parties extérieures ou bran- ches de la lamelle qui t une largeur qui décroît dans le sens allant de l'extrémité large vers l'extrémité étroite de la lamelle La lamelle est de préférence symétrique de -part et d'autre d'un axe qui divise la languette en deux parties égales et, pour réduire au minimum le risque de rupture par contrainte, les profils de l'intérieur et de l'extérieur de la lamelle sont de préférence dépourvus d'angles vifs et ne comprennent que des parties courbes ou courbes et droites qui se raccordent les unes aux autres sans rupture de ligne. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre des formes préférées de réalisation de l'invention compa- rées à une lamelle bimétallique de la technique antérieure. Dans les dessins annexés, la Fig 1 montre une lamelle bimétallique rectan- gulaire de la technique antérieure; la Fig 2 montre une première lamelle en forme de poire selon la présente invention; la Fig 3 montre une deuxième lamelle en forme de poire selon l'invention, et la Fig 4 montre un exemple de commutateur qui comprend la lamelle de la Fig 3. Comme on peut le voir en se reportant à la Fig l, la lamelle bim 6 tallique qui y est représentée est de forme générale rectangulaire et possède une languette centrale 1 qui y est découpée, la languette 1 s'étendant entre les branches 2 et 3, lesquelles sont reliées dans la région de l'extrémité libre de la languette par une partie 4 for- mant Dont Lorsque la lamelle représentée sur la Fig 1 est montée par sa languette centrale 1, la partie 4 formant pont porte généralement le contact mobile d'une paire de contacts d'interrupteur La lamelle de la Fig 1 est décri- te dans une application typique dans notre demande de bre- vet britannique No 8031960 (brevet 2 061 009 A) qui con- cerne un interrupteur électrique comportant une telle la- melle en qualité dtactionneur d'interrupteur thermosensi- ble à action brusque, un élément de verrouillage de l'in- terrupteur coopérant avec une patte de prolongement de la lamelle (qui correspond à la patte 6 représentée sur la Fig 1) pour emp-cher l'interrupteur, une fois actionné, de se rétablir tant que l'effet de verrouillage de Hléler ment de verrouillage n'a pas été supprimé; la patte 6 ne constitue donc pas une partie essentielle d'une lamelle bimétallique de ce type et sert uniquement a exercer une fonction de verrouillage, la lamelle de la Fig O 1 est bombée, ainsi qu'il est bien connu dans la technique et elle se dé- place avec action brusque de 2 une à lvautre de deux con- figurations incurvées en sens inverse l'une de l'autre avec les variations de température. La lamelle bimétallique de la Fig 1, bien qu'elle présente des caractéristiques avantageuses comparativement à d'autres formes de lamelles bimétalliques, est néanmoins susceptible de poser un certain nombre de problèmes qui, conjointement et isolément, ont suscité la présente inven- tion Par exemple, alors que les lamelles bimétalliques du type général représenté sur la Fig 1 travaillaient de fa- çon satisfaisante à des températures ambiantes élevées dans un mode transportant le courant, aux basses tempéra- tures ambiantes, de l'ordre de -30 C à -40 C, par exem- ple, l'extrémité travaillante de la lamelle, (à savoir l'extrémité adjacente à la racine de la languette 1) s'est révélée tenter de commuter (c'est-à-dire de passer brusque- ment à sa position bombée dans le sens opposé) mais en être empêchée par la partie pont 4 Au mieux, ceci pour- rait avoir pour effet que la lamelle commute à une tempé- rature légèrement incorrecte mais, dans les conditions les plus mauvaises, la conséquence de ce défaut pourrait être une commutation à double action de la lamelle, dans laquel- le l'extrémité travaillante de la lamelle franchit son point mort mais ne modifie pas l'état fermé des contacts tant que la région pont de la lamelle n'a pas atteint sa propre température d'inversion. Un problème qui se pose avec la lamelle bimétalli- que de la Fig 1 consiste dans l'irrégularité de l'échauf- fement de la lamelle sous l'action du courant électrique qui circule dans la lamelle, entre la pointe de la languet- te dégagée 1 et le contact 5 Il n'est pas possible dtobte- nir une densité de courant absolument constante sur toute la lamelle puisque ceci exigerait que la languette 1 soit deux fois plus large que les branches extérieures 2 et 3, ce qui, comme le montre l'expérience, conduit à rendre les branches extérieures trop faibles pour pouvoir assurer l'action brusque exigée, de sorte que la lamelle devient inopérante L'étroitesse relative de la languette 1 accroit la densité de courant dans cette languette, de sorte que la languette devient la partie la plus fortement chauffée de la lamelle lorsque le courant circule dans la lamelle. Dans une certaine mesure, ceci n'est pas un inconvenient et peut même être avantageux, puisque l'excès de chauffage de la languette contribue à l'échauffement de la partie travaillante de la lamelle et, par conséquent, à l'aptitude de la lamelle à répondre et oblige également la languette à fléchir, en accroissant ainsi la pression de contact jus- qu'au moment o la lamelle passe brusquement-à son état bombé en sens inverse Toutefois, l'échauffement excessif de la languette déterminait l'apparition d'un gradient de température dans la lamelle, de la languette 1 jusqu'à la partie pont 4 en passant par la partie travaillante et les branches extérieures 2 et 3, l'échauffement de la lamelle était médiocre dans la partie-pont 4, ce qui conduisait à un défaut de précision dans le fonctionnement de la la- melle. Les Fig 2 et 3 montrent des lamelles en forme de poire selon l'invention, dans lesquelles l'extrémité for- mant la partie pont de chaque lamelle est réduite en di- mension comparativement à l'autre extrémité, de manière à supprimer la rigidité et à faire en sorte que ce soit l'au- tre extrémité de la lamelle qui fixe les caractéristiques de commutation de la lamelle Cette configuration en forme de poire s'est en outre révélée produire un échauffement plus uniforme de la lamelle sous l'effet du passage du courant dans cette lamelle. Il convient de remarquer que la lamelle de la Fig 2 est d'une forme légèrement différente de celle de la la- melle de la Fig 3 On peut apporter des modifications à la forme générale de poire de la lamelle et la configura- tion précise choisie pour une application particulière quelconque dépendra des caractéristiques qu'on exige pour la lamelle Toutefois, d'une façon générale, chacune des lamelles des Fig 2 et 3 possède une extrémité large 7 qui constitue l'extrémité travaillante de la lamelle et une extrémité étroite 8 qui constitue l'extrémité de la lamelle qui porte normalement le contact, une découpe 9 présentant la forme générale d'un U définissant une languette 10 en- tre des branches extérieures 11, lesquelles décroissent en largeur de l'extrémité large à l'extrémité étroite de la lamelle, Ainsi qu'on l'a représenté, chaque lamelle est d'une façon générale symétrique par rapport à un axe qui divise la languette correspondante en-deux parties égales et chaque lamelle est profilée, aussi bien intérieurement, c'est-à- dire dans la région de la découpe en forme de U, qu'extérieurement de manière à éviter des raccordements à anale vife qui pourraient constituer des centres pour l'a- morçage de ruptures de contraintes Les branches de la dé- coupe 9 en forme de U sont parallèles dans les formes de réalisation des Fig 2 et 3, bien que le domaine de l'in- vention ne soit pas limité à cette construction. On peut voir sur les Fig 2 et 3 que la partie pont des lamelles, c'est-àdire la partie désignée par 12 sur les Fig, est fortement réduite en dimension comparative- ment à l'autre extrémité ou extrémité travaillante de la lamelle et que, en outre, les extrémités des branches ex- têrieures 11, à l'endroit o elles se raccordent à la par- tie pont, sont rétrécies On a constaté qu'en donnant cette forme à la lamelle, on résout dans une large mesure les principaux problèmes posés par la lamelle de La technique antérieure représentée sur la Fig 1 sans perdre les ex- cellentes caractéristiques en ce qui concerne -son amplitude de mouvement utile Les effets mécaniques et électriques combinés des modifications de dessins proposés selon ltin- vention donnent donc une lamelle bimétallique ayant des caractéristiques de fonctionnement nettement améliorées. La Fig 4 montre un exemple de réalisation d'un in- terrupteur thermostatique équipé d'une lamelle bimétalli- que du type représenté à la Fig 3 Dans un corps 40 en matière plastique moulée sont moulées deux bornes en lai- ton 41, 42, qui définissent respectivement des supports pour un contact fixe de l'interrupteur et pour la lamelle bimétallique 43, la lamelle 43 étant montée par le fait que sa languette est soudée par points ou fixée d'une autre façon à une partie de la borne 42 Un contact mobile est soudé à la partie pont de la lamelle pour coopérer avec le contact fixe de l'interrupteur, la position des contacts étant désignée par 44 Dans l'interrupteur en question, la partie patte 45 de la lamelle n'est pas utilisée avec un mécanisme de verrouillage, mais, au contraire, elle coopère simplement avec une butée prévue dans le corps moulé 40 pour limiter le mouvement de la lamelle dans le sens de O JI'ouverture de l'interrupteur et éviter qu'elle ne soit soumise à une contrainte excessive au cours de son mouve- ment de travail à action brusque. R E V N D I C A T I ON N S 1 Actionneur binétallique thermosensible à action brusque destiné à être utilisé pour actionner les contacts d'interrupteur d'un interrupteur électrique thermosensible, l'actionneur étant caractérisé en ce qu'il comprend une la- melle bimétallique présentant la forme générale d'une poire qui est contrainte de manière A pouvoir se déplacer avec les variations de temperature entre deux configurations bombées l'une en sens inverse de l'autre, une découpe ( 9) présentant la forme générale d'un U étant prévue dans la lamelle de manière a dégager de cette lamelle une languette ( 1) qui possède une extrémité racine ou une extrémité fixe adjacente à l'extrémité large ( 7) de la lamelle en forme de poire et une pointe ou extrémité libre adjacente à ltextré- mité étroite ( 8); et la languette ( 1) s'étendant entre deux branches extérieures ( 11) de la lamelle, dont chacune possède à l'extrémité étroite de la lamelle une largeur inférieure à celle qu'elle présente a l'extrémité large de la lamelle. 2 Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des branches ( 11) possède une largeur qui décroît progressivement dans le sens allant de l'extrémité large ( 7) à l'extrémité étroite ( 8) de la lamelle. 3 Actionneur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la lamelle est symétrique de part et d'autre d'un axe qui divise la languette ( 1) en deux parties égales. 4 Actionneur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les profils intérieur et extérieur de la lamelle sont pratiquement dépourvus d'angles vifs et comprennent uniquement des courbes ou des courbes et des lignes droites qui se raccordent les unes aux autres sans rupture de ligne. Actionneur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la contrainte de la la- melle est obtenue par le fait que la lamelle a ét 6 estam- pée d'une manière qui lui a donné une configuration bombée en assiette. 6 Actionneur bimétallique thermosensible à action brusque pour un interrupteur électrique thermosensible, cet actionneur comprenant une lamelle bim 6 tallique présen- tant intérieurement une découpe ( 9) ayant la forme générale d'un U et qui définit une languette-(l) s'ttendant entre des branches extérieures ( 11), en partant d'une première partie terminale ( 7) de la lamelle, située dans la région de l'extrémité de racine ou extrémité fixe de la languette ( 1), en se dirigeant vers une deuxième partie terminale ( 8) de la lamelle adjacente à la pointe ou extrémité libre de la languette, lesdites branches extérieures ( 11) étant con- tinues et d'une seule pièce avec la première et la deuxiè me partie terminale de la lamelle, à leurs deux extrémités, la lamelle étant contrainte de manière à pouvoir se dépla- cer entre deux configurations bombées l'une à l'opposé de l'autre avec action brusque en r 6 ponse à une variation de la température, cet actionneur étant caractérisé en ce que la lamelle présente la forme générale d'une poire, ladite première partie terminale ( 7) étant plus large que la deu- xième partie terminale ( 8) et les branches ( 11) étant ré- trécies vers la deuxième partie terminale ( 8), étroite, de la lamelle, de sorte que la partie terminale large ( 7) de la lamelle est responsable de façon prédominante du passage de la lamelle par action brusque, en fonction de la tempé- rature, à sa configuration bombée à l'opposé et n'est pas fortement restreinte dans cette action par le couplage mé- canique avec l'extrémité étroite ( 8) de la lamelle, et de sorte que les configurations de passage du courant dans la lamelle, entre l'extrémité libre de la languette ( 1) et la deuxième partie terminale ( 8) de la lamelle, engendrent dans les branches-( 11) une densité de courant qui croit vers la deuxième partie terminale ( 8) de la lamelle. 7 Interrupteur électrique thermosensible compre- nant un actionneur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 monté sur une partie de l'interrupteur par l'extrémité libre de la languette ( 1) de la lamelle, l'ex- trénité étroite ( 8) de la lamelle étant agencée pour dé- crire le mouvement de fonctionnement des contacts de l'in- terrupteur. 8 Interrupteur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que l'extrémité libre de la languette ( 1) de la lamelle de l'actionneur est montée sur une première borne ( 42) de l'interrupteur, un contact mobile est monté sur l'extrémité étroite ( 8) de la lamelle et un contact fixe de l'interrupteur est monté sur une deuxième borne ( 41) de l'interrupteur, les contacts fixe et mobile étant agencés de manière à pouvoir coopérer entre eux. 9 Interrupteur thermosensible comprenant un corps isolant de l'électricité, une première ( 42) et une deuxiè- me ( 41) bornes conductrices de l'électricité fixées dans ledit corps, une lamelle bimétallique ayant intérieurement une découpe qui présente la forme générale d'un U ( 9) qui en détache une languette ( 1) s'étendant entre des branches extérieures ( 11) reliées par leurs extrémités àaune pre- mière ( 7) et une deuxième ( 8) parties terminales de la la- melle qui sont respectivement adjacentes à l'extrémité de 23 racine (extrémité fixe) de la lamelle et à l'extrémité de pointe (extrémité libre) de la languette, l'extrémité de pointe de languette étant fixée à ladite première borne ( 42) pour le montage de la lamelle dans l'interrupteur, la deuxième partie terminale de la lamelle portant un con- tact mobile de l'interrupteur, un contact fixe de l'inter- rupteur étant prévu dans ladite deuxième borne ( 41) pour coopérer avec ledit contact mobile, et la lamelle étant précontrainte de manière à pouvoir se déplacer avec action brusque entre deux configurations bombées l'une en sens inverse de l'autre pour faire fonctionner l'interrupteur en réponse à une variation de la température, caractérisé en ce que la lamelle présente la forme générale d'une poire, avec une extrémité large ( 7) qui constitue ladite première extrémité et une extrémité étroite ( 8) qui constitue ladite deuxième extrémité, lesdites branches extérieures ( 11) e- tant plus étroites dans la région adjacente à l'extrémité étroite ( 8) de la lamelle que dans la région adjacente à l'extrémité large ( 7) de celle-ci, de sorte que l'extrémi- té étroite ( 8) de la lamelle ne constitue pas un grand obs- tacle mécanique au mouvement brusque de la lamelle déclen- ché par son extrémité large ( 7) et que le passage du cou- rant à travers la lamelle, entre les bornes de celle-ci, engendre dans lesdites branches ( 11) une densité de cou- rant qui est la plus grande vers l'extrémité étroite ( 8) de la lamelle