Brevet FR2544125A1 — publié le 19841012

- IN=RRUP'IUR ELECTRIQUE DE SECURITE A TIGE COIDUCTRICE AMOVIBIE La présente invention concerne les interrupteurs élec- triques dits à sécurité positive, à commande automatique ou manuelle, destinés à ouvrir un circuit 6 lectrique. Dans des dispositifs bien connus de ce genres un pous- soir ou levier commande un contact électrique lorsqu'il est actionné dans certain sens et direction privilégiés, avec des courses ou angles finis de débattemento De tels dispositifs sont d'un emploi malaisé, voire dangereux, car le degré de liberté de l'élément palpeur est limité et son entraînement accidentel ou involontaire au-delà de ses limi- tes peut l'endommagero On connaît aussi des dispositifs qui utilisent la ruptu- re d'éléments rigides, tiges ou plaquettes conductrices mais ces dispositifs présentent l'inconvénient qu'il faut démonter et rempla- cer par un composant identique le composant détruit lors de chaque fonctionnements Pour résoudre ces problèmes, le brevet français 2 284178 propose de réaliser un interrupteur électrique comprenant un bottier isolant portant deux bornes électriques connectées aux circuits à coupero Une tige conductrice amovible, comportant un prolongement formant organe de manoeuvre, est destinée à venir porter contre les bornes pour établir le contact électrique La tige est normalement maintenue en position stable en butéet poussée par une pièce de re- tenue sollicitée par un ressort et manoeuvrable par un levier de réarmement, contre les bornes électriques et contre une portion de bottier formant guide fixe O Ia tige peut échapper à la pièce de re- tenue, après une course élastique réversible, sous l'action d'une force appliquée sur son prolongement, et ouvre ainsi le contact électrique o Un tel dispositif présente l'avantage de pouvoir couper le circuit à la suite dtune action sur la tige dans n'importe quelle direction, le circuit étant coupé sans destruction d'aucun organes la tige pouvant être replacée par l'utilisateur autant de fois qu'il le désire Toutefoist on a pu constater que ce dispositif présente l'inconvénient de couper momentanément le circuit, soit lorsqu'il est soumis à des vibrations soit lorsque la tige est actionnée de 2 - façon incomplète En particulier, ce dispositif trouve une application interessante pour assurer la sécurité sur les pylônes de transporteurs à câbles, la tige étant destinée à couper le circuit lorsqu'elle est poussée par le câble lors d'un déraillement Le givre présent sur le câble peut produire sur la tige des poussées et mouvements insuffi- sants pour la faire échapper à la pièce de retenues mais suffisants pour l'écarter momentanément d'une borne électrique et couper le circuit En outres les pyl 8 nes sont soumis à des vibrations impor- tantes; la tiges maintenue simplement par la pièce de retenue, peut osciller dans son logement à l'encontre de la poussée du ressort, et, par suite des vibrations, produire des coupures temporaires du cir- cuito En outres les vibrations produisent une usure prématurée des contacts, pouvant également faire apparaître de la rouille à certains endroits o La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients de ce dispositif connu en proposant des améliora- tions permettant d'éviter les ouvertures provisoires du circuit élec- trique dues à des actionnements incomplets de la tige ou à des vibra- tions. Un autre objet de ltinvention est d'assurer un nettoyage permanent des contacts électriques, tout en évitant leur usure et leur rupture par suite des vibrations. Selon un autre objet de l'invention, les perfectionne- ments augmentent sensiblement la rapidité de coupure de ltinterrup- teur, notamment dans le cas des mouvements de tiges qui donnaient lieu précédemment à des ouvertures temporaires du circuit électrique. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présen- te invention prévoit de disposer des conducteurs électriques auxiliai- res connectés aux bornes conductrices et restant au contact de la tige pendant sa course élastique réversible pour maintenir le contact élec- trique jusqu'à échappement définitif de la tigeo Dans la description qui suit, et dans les revendications, on entend par course élastique réversible l'ensemble des positions que peut prendre la tige en res- tant soumise à la force de rappel de la pièce de retenue, cette for- ce de rappel tendant à la ramener en position stable en butée contre les bornes et contre la partie de bottiert Lorsque la tige dépasse la course élastique réversible, elle échappe à la pièce de retenue 2544 1 25 -3- qui tend alors à la repousser à l'opposé de sa position stableo Cette disposition permet d'éviter les microcoupures ou coupures intempesti- ves, par le fait que le contact est maintenu pendant la course élas- tique réversible de la tige, celle-ci pouvant quitter momentanément son appui sur les bornes conductriceso Selon une autre caractéristique de l'invention, les conducteurs électriques auxiliaires sont disposés de façon que l'un des conducteurs au moins se sépare de la tige aussitôt après que celle-ci a dépassé une position limite de course élastique réversi- ble, au-delà de laquelle la pièce de retenue la repousse à l'opposé de sa position stable Ainsi l'ouverture du circuit électrique s'ef- fectue au moment o la pièce de retenue repousse la tige, la vitesse de séparation des pièces électriques étant alors maximale, et la coupure du circuit étant alors la plus rapide possible. Selon une disposition particulière, les conducteurs électriques auxiliaires sont des conducteurs élastiques mécaniquement solidaires du boîtier et dont une partie vient porter en appui élas- tique contre la tige On peut les réaliser notamment en fil de métal ressort comportant une partie hélicoldale prolongée par une partie rec- tiligne formant contact, la partie hélicoïdale assurant elle-même la fonction de rondelle frein, et la partie rectiligne tendant à repous- ser la tige perpendiculairement à la direction de poussée de la pièce de retenue, Ie débattement de la pièce élastique est ainsi minimum lors de la course élastique de la tige, ce qui réduit les efforts imposés à cette pièce élastique En outre, le fil en appui contre la tige assure un bon contact par le fait que le contact est ponctuel. Selon une autre caractéristique de l'invention, la par- tie rectiligne du fil de métal ressort est disposée de façon oblique par rapport à la tige lorsqu'elle celle-ci est en position stable. Ainsi, lors des mouvements de la tige dans sa course élastique réver- sible, le point de contact se déplace-à la fois sur le fil de métal et sur la tige, répartissant l'usure du contact et assurant l'auto- nettoyage de ses surfaces. Selon une autre caractéristique de l'inventions la pièce de retenue est un disques retenu en son centre par un ressort, et dont une première face est en appui contre le bottier et porte con- tre la surface latérale de la tige; la première face et le chant -4 - du disque sont recouverts d'une épaisseur de matière isolante à fai- ble coefficient de frottement telle qu'une résine acétal Une telle réalisation de la pièce de retenue assure ue double fonction: iso- ler le levier de réarmement et la tige augmenter le glissement en- tre la pièce de retenue et la tige pour favoriser et accélérer son éjection lorsqu'elle dépasse la course élastique réversible Ia ra- pidité de coupure est ainsi notablement augmentée O Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige est réalisée de façon à réduire ou annuler l'effet des vibrationso Pour celas elle comprend une première partie métallique pleine for- mant contact avec une première borne, et une seconde partie tubulai- re chassée en bout de partie pleine et fornant contact avec la se- conde borne et organe de manoeuvres la partie tubulaire est plus lé- gères de sorte que le centre de gravité de la tige se rapproche de la zone de contact* Le Demandeur a pu contater que l'amplitude des vibrations est ainsi considérablement réduite, la pièce de retenue pouvant alors maintenir la tige en contact avec les bornes électri- queso On diminue également liusure des contacts, consécutive aux frottements, et leur longévités En particulier, les vibrations font habituellement glisser la tige sur les fils des conducteurs auxiliai- res, provoquant l'usure et la rupture des fils dans les applications à vibrations élevéeso la présente disposition permet de diminuer for- tement l'usure produite par les vibrations. Toutefois 1 pour les applications o les vibrations sont très importantes, on a constaté que cette disposition est insuffisan- te, et qu'il faut alors, selon une caractéristique de la présente in- vention, recourir à une tige comprenant une première partie métalli- que pleine formant contact avec une première borne, sur laquelle se rapporte, par l'intermédiaire d'un manchon métallique formant contact avec la seconde borne, une seconde partie en fibres de carbone formant organe de manuoeure, le manchon et la fibre de carbone étant solidari- sés de façon sure par tout moyen fiable tel qu'une clavette interdi- sant leur séparation La légèreté de la fibre de carbone permet alors d'éviter pratiquement les risques d'usure et de rupture par vibrationso Selon ces deux nodes de réalisation de la tige, une éventuelle sépara- tion de la partie tubulaire ou du manchon avec la partie pleine con- duit à ouvrir le circuit électrique, détectant une défaillance du dis- 25441 25 -5 - positif La fonction de sécurité du dispositif est toutefois assurée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réali- sation particuliers, faite en relation avec les figures jointes par- mi lesquelles: la figure I est une vue de face du dispositif de la présente inven- tion; la figure 2 est une coupe longitudinale selon l'ace I-I de la fi- gure l; la figure 3 est une vue de dessous du dispositif; la figure 4 représente un premier mode de réalisation de la tige conductrice; et la figure 5 représente un second mode de réalisation de la tigeo Comme le représentent les figures 1 à 3, l'interrupteur selon la présente invention comporte un bâti 1 en matière isolante, sur lequel sont fixées deux bornes conductrices 2 a et 2 b en forme de vis à tête conique Un logement longitudinal central du bottier 1 reçoit un ressort de traction 4 attaché près du fond par une goupille 6 et retenant à l'autre extrémité un disque 3 par son centre ie dis- que porte par sa portion supérieure 3 a contre la face avant la du bot- tier 1, et par sa portion inférieure 3 b contre une tige conductrice amovible 5 Ia tige 5 est maintenue en appui élastique par le disque 3 d'une part contre les têtes coniques des bornes conductrices 2 a et 2 bl et d'autre part contre une portion du bottier 1 en forme de rampe 7 a et 7 be Les bornes conductrices 2 a et 2 b ont des axes parallèles à la surface la, et sont éloignées de eette surface dtune distance suffisante pour maintenir normalement la tige 5 parallèlement à cette surface comme l'indiquent les dessins Les bornes eomprennent des prolongements conducteurs avec vis lia et t Ilb permettant la connexion électrique de l'interrupteur dans un circuits La tige 5 comporte au moins un prolongement 5 a formant organe de manoeuvreo Une action mécanique sur ce prolongement 5 a produit l'éjection de la tige 5 et louverture du circuit électrique. La tige comprend également une gorge 9 coopérant avec le bord arrondi 8 d'une nervure 10 du boltier 1 pour définir la position correcte uni- que dans laquelle la tige 5 peut être insérée derrière le disque 3, et 6maintenue en place par le disque contre les deux bornes conductrices 2 a, 2 b, et les rampes 7 a et 7 b, la nervure 10 du corps 1 s'engageant dans la gorge 9 comme le représentent les figures. La tige 5 est reliée au boftier 1 par un câble 13 dont une première extrémité 14 est fixée sur l'une des faces latérales 15 du boîtier 1 et l'autre extrémité fixée axialement dans une gorge 16 de la tige 5, la longueur du câble étant choisie de façon à permettre le positionnement correct de la tige cornmme le représentent les figures et son échappement, mais cette longueur étant limitée pour interdire l'inversion de la tige, dans une position dans laquelle la gorge 9 serait toujours en rapport de la nervure 10, mais o la gorge 16 se- rait au voisinage de la borne 2 a du boîtiero Ainsi, la combinaison du câble 13 et de la gorge 9 et nervure 10 permet d'éviter toute disposition erronée de la tige par rapport au bottiero La face du disque 3 selon laquelle celui-ci est en appui contre le bottier 1, ainsi que son chant, sont recouverts d'une cou- che de résine acétal, matière isolante électriquement et à faible coefficient de frottemento Ainsig la tige 5 glisse contre la surface en résine acétals cette matière assurant l'isolement électrique entre les bornes conductrices 2 a 2 b ou la tige et le disque 3 lui-même soli- daire d'unm levier de réarmement 12. Deux conducteurs électriques auxiliaires 17 a et 17 b assu- renlt la connexion électrique entre les bornes conductrices 2 a et 2 b respectivement et la tige 5 pendant toute la course élastique réver- sible de cette tigeo Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, les conducteurs électriques auxiliaires sont réalisés en fil de métal ressort conformé selon une portion hélicoïdale 18 a et 18 b entourant les vis 2 a et 2 b formant bornes conductrices et une partie rectiligne 19 a et 19 b en appui élastique contre la tige 5 o Les vis 2 a et 2 b assurent la solidarisation mécanique des parties hélicol dales 18 a et 18 b avec le boîtier 1 l Ies parties rectilignes 19 a et 19 b tendent à repousser la tige 5 perpendiculairement à la direction de poussée longitudinale de la pièce de retenue 3 i direction parallè- le à l'axe longitudinal du ressort 4 o De façon préférée, les parties rectilignes 19 a et 19 b sont inclinées par rapport à l'axe de la tige 5 lorsque celle-ci est en position stable telle que représentée sur les figures L'élasticité -7 - des fils ressorts formant les conducteurs auxiliaires 17 a et 17 b est choisie de façon que les parties rectilignes 19 a et 19 b restent en contact avec ule portion latérale de la tige 5 jusqu'à ce que celle ci dépasse la frontière de sa course élastique réversibleo Dès que la tige a dépassé une position limite de course élastique, position au-delà de laquelle la pièce de retenue 3 la repousse à l'opposé de sa position stable, les conducteurs électriques auxiliaires se sépa- rent de la tige 5 pour ouvrir le circuit électrique. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4 y la tige comprend une première partie métallique pleine 5 b, formant contact avec une borne 2 b conductrice, et comprenant la gorge 90 Une seconde partie tubulaire 5 c, chassée en bout de partie pleine, forme le prolongement 5 a ou organe de manoeuvre> et assure le contact avec l'autre borne conductrice 2 ao Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, la tige comprend une même première partie métallique pleine 5 b for- mant contact avec la borne 2 bo Sur cette première partie se rapporte un manchon métallique 5 d formant contact avec l'autre borne 2 b con- ductrice, et dans lequel vient s'engager un prolongement 5 e en fibre de carbones Il est nécessaire de prévoir une solidarisation très sûre entre la fibre de carbone 5 e et le manchon 5 d, de manière à assurer la sécurité en toutes circonstanceso Une clavette pourra par exemple être insérée transversalement dans le manchon 5 d et la fibre 5 eo La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décritse mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-apreso -8 REV Ei DICATIONIS 1 Interrupteur électrique, comprenant un boîtier iso- lnt ( 1) portant deux bornes électriques ( 2 ae 2 b)q et ule tige con- ductrice ( 5) amovible destinée à venir porter contre les bornes ( 2 a, 2 b) pour établir le contact électrique et comportant un prolon- gement ( 5 a) formant organe de manoeuvre la tige étant normalement maintenue en position stable en butée, poussée par une pièce de rete- nue ( 3) sollicitée par un ressort ( 4) et msnoeuvrable par un levier de réarmement ( 12), contre les bonnes électriques ( 2 a, 2 b) et contre une portion de boîtier ( 7 a, 7 b) formant guide fixet la tige pouvant échapper à la piè ce de retenue ( 3) après une course élastique réver- sible, sous l'action d'une force appliquée sur son prolongement ( 5 a), et ouvrir ainsi le contact électrique, caractérisé en ce qu'il conm- prend en outre des conducteurs électriques auxiliaires ( 17 ap 17 b), connectés aux bornes conductrices ( 2 a% 2 b) et restant au contact de la tige ( 5) pendant sa course élastique réversible pour maintenir le contact électrique jusqu'à échappement définitif de la tigeo 2 Interrupteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les conducteurs électriques au-iliaires ( 17 a, 17 b) sont disposés de façon que lt'un des conducteurs au moins se sépare de la tige aussit 8 t après que celle-ci a dépassé une position limite de course élastique au- delà de laquelle la pièce de retenue ( 3) la repousse à l'opposé de sa position stable. 3 Interrupteur électrique selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs électriques au- xiliaires ( 17 a, 17 b) sont des conducteurs élastiques dont une extré- mité est mécaniquement solidaire du boîtier ( 1) et dont une partie ( 19 a, 19 b) vient porter en appui élastique contre la tige ( 5). 4 Interrupteur électrique selon la -revendication 3, caractérisé en ce que les conducteurs auxiliaires sont réalisés en fil de métal ressort conformé selon une partie hélicoïdale ( 18 a, 18 b) prolongée par une partie rectiligne ( 19 a, 19 b) forantu contact, le partie hélicoïdale assurent elle-même la fonction de rondelle frein pour une vis à tête conique formant borne électrique ( 2 a, 2 b) les conducteurs auxiliaires tendant à repousser la tige ( 5) '*erperdicu- lairement à la direction de poussée de la pièce de retenue ( 3) - -9 - Interrupteur électrique selon la revendication 4, caract 6 risé en ce que la partie rectiligne ( 19 a, 19 b) du fil de m tal ressort est oblique par rapport à la tige ( 5) lorsque celle-ci ezt en position stable 6 Interrupteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la pièce de retenue ( 3) est un dis- que, retenu en son centre par le ressort ( 4); et dont une première face est en appui contre le bottier ( 1) et porte contre la surface latérale de la tige ( 5), caractérisé en ce que la première face et le chant du disque sont recouverts d'une épaisseur de matière iso- lante à faible coefficient de frottement telle qu'une résine acétalo 7 Interrupteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tige ( 5) comprend une première partie métallique pleine ( 5 b) formant contact avec une pre- mière borne ( 2 b), et une seconde partie tubulaire ( 5 c) chassée en bout de partie pleine et formant contact avec la seconde borne ( 2 a) et organe de manoeuvre ( 5 a)o 8 Interrupteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tige ( 5) comprend une première partie métallique pleine ( 5 b) formant contact avec une pre- mière borne ( 2 b), sur laquelle se rapporte, par l'intermédiaire dtun manchon métallique ( 5 d) formant contact avec la deuxième borne ( 2 a), une seconde partie ( 5 e) en fibre de carbone formant organe de manoeu- vre, le manchon et la fibre de carbone étant solidarisés de façon sure par tout moyen fiable tel qu'une clavette interdisant leur séparationo 9 Interrupteur électrique selon ltune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tige ( 5) comporte une gorge ( 9) s'engageant sur une nervure ( 10) centrale du bottier ( 1), et est retenue au bottier par un câble ( 13) dont une extrémité ( 14) est fixée sur une face latérale ( 15) du bottier et l'autre extrémité est fixée axialement à la tige ( 16), la longueur du câble étant choi- sie de façon à permettre le positionnement correct et l'échappement de la tige ( 5), mais à interdire son positionnement inverséo