Brevet FR2538946A1 — publié le 19840706

La présente invention se rapporte aux interrupteurs thermostatiques actionnés par un dispositif à bilame et? plus précisément,à un interrupteur thermostatique à disque bilame, qui comporte un dispositif de protection contre un échauffe- ment excessif et qui se prête à la miniaturisation. Le risque qu'un interrupteur thermostatique actionné par un disque bilame dépasse de manière indésirable la tempé- rature prescrite est une préoccupation importante dans la réali- sation de circuits électroniques On conçoit que, lorsqu'un interrupteur thermostatique est utilisé pour régler la tempé- rature d'une enceinte ou d'un milieu particulier, le fait qu'il ne coupe pas le circuit à la température voulue peut provoquer un défaut de fonctionnement ou une avarie d'éléments mécaniques et/ou électriques par suite de leur échauffement. Bien que normalement les interrupteurs thermostatiques action- nés par un disque bilame soient très fiables, les pannes ou les dégâts considérables que peut provoquer leur défaillance font que ce risque de défaillance constitue un souci sérieux. On sait que le mauvais fonctionnement d'un interrupteur ther- mostatique peut provenir d'un fonctionnement défectueux du disque, d'un décalage, du collage des contacts, d'un glisse- ment en raison de l'usure des contacts, d'avaries matérielles produites par des sources extérieures, ou d'un certain nombre d'autres situations Mais, quelle qu'en soit la cause, il faut tenir compte d'un défaut de fonctionnement d'un interrupteur thermostatique à disque bilame dans de nombreuses applications de ces interrupteurs. On voit donc qu'il est nécessaire de prévoir, dans un grand nombre de cas, un dispositif de protection contre un échauffement excessif des circuits commandés par des inter- rupteurs thermostatiques actionnés par un disque bilame Dans certains cas, il a été satisfait à ce besoin au moyen de de fusibles qui coupent le circuit lorsque la température est excessive Des dispositifs à fusible qui sont utilisables dans des applications de ce genre sont décrits par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 4 307 370 et 4 065 741 L'idée d'équiper un interrupteur thermostatique d'un dispositif évitant un trop grand échauffement est donc connue de façon générale et a été décrite dans la demande de brevet européen N O 80 300 246 8, qui représente l'anté- riorité la plus voisine de la présente invention dont la Demanderesse ait connaissance Mais, bien-que le principe d'équiper un interrupteur thermostatique d'un dispositif de protection contre un échauffement excessif soit bien connu, il n'existe jusqu'à présent pas de dispositif permettant de protéger des interrupteurs thermostatiques miniaturisés. Plus précisément, les composants existants, destinés à donner cette protection, ne sont pas susceptibles d'être aisément miniaturisés et leur capacité d'utilisation dans ce domaine est donc limitée. La présente invention se rapporte à un dispositif simple et efficace de protection contre un échauffement excessif pour interrupteur thermostatique actionné par un disque bimétallique ou à bilame, permettant de miniaturiser effectivement cet interrupteur A ce propos, l'invention se rapporte à un dispositif de protection qui peut être utilisé dans un interrupteur du type décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique no 4 367 452 L'interrupteur thermostatique selon l'invention comprend une base portant un pivot de support, un boîtier monté sur cette base, un contact fixe adjacent à ladite base et un bras de contact mobile qui repose sur ce pivot de support Ce bras porte à une extrémité un contact mobile et il peut pivoter sur le pivot de façon à mettre en prise et à écarter les contacts fixe et mobile, en réalisant entre eux une liaison ou en la coupant Un disque bilame, monté dans le boîtier, communique avec le bras du contact mobile et fléchit lorsque la température ambiante s'élève et atteint une valeur prédéterminée, en faisant pivoter ce bras et en coupant la liaison entre les contacts fixe et mobile L'interrupteur comporte par ailleurs une pastille de limitation d'échauffement, qui est disposée dans une cavité de la base et qui est déformable en passant, sous l'effet d'un excès prédéterminé de la température, d'une première configuration non déformée à une seconde configura- tion déformée dans laquelle son profil ou volume par rapport à la base est réduit Le contact fixe de l'interrupteur com- munique avec la pastille et est appliqué élastiquement contre elle; par conséquent, lorsque cette pastille se déforme, ce contact fixe passe automatiquement à une position dans laquelle il n'est plus en prise avec le contact mobile, même si celui-ci occupe sa position normale d'engagement Par suite, bien que la liaison entre les contacts fixe et mobile soit normalement établie ou-coupée sous l'effet de la flexion du disque bilame, si l'interrupteur fonctionne de manière défectueuse et que la température ambiante atteint une valeur excessive, la pastille de limitation est déformée, ce qui éloigne le contact fixe du contact mobile de façon à couper la liaison et à donner par suite à l'interrupteur une protec- tion contre un échauffement excessif. L'invention concerne donc un dispositif de protection contre un échauffement excessif pour interrupteur thermosta- tique actionné par un disque bilame. Elle concerne aussi un interrupteur thermostatique à disque bilame, comportant un dispositif de protection contre un échauffement excessif et pouvant être miniaturisé, le contact fixe de cet interrupteur étant amené en permanence à une position inactive dans laquelle il supprime la liaison électrique quand la température devient trop élevée. L'invention sera décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective de l'interrup- teur thermostatique selon l'invention; la figure 2 est une vue éclatée à plus grande échelle; la figure 3 est une coupe horizontale à encore plus grande échelle, par la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe verticale par la ligne 4-4 de la figure 3, les contacts fixe et mobile étant en prise; la figure 5 est une coupe semblable à celle de la figure 4, mais sur laquelle la pastille de limitation de l'échauffement est déformée de manière à supprimer la liaison entre les contacts fixe et mobile; et la figure 6 est une coupe analogue à celle de la figure 4, sur laquelle la pastille n'est pas déformée, mais le disque bilame a fléchi vers le haut en coupant la liaison entre les contacts fixe et mobile. L'interrupteur thermostatique à dispositif de protec- tion contre un échauffement excessif, représenté sur les figures 1 à 6, est désigné dans son ensemble par 10 Cet interrupteur 10 comprend une base 12, un boîtier 14 monté sur cette base 12, un ensemble commutateur qui est désigné par 16, qui est disposé dans ce boîtier 14 et qui comporte des contacts fixe et mobile 18 et 20, respectivement, et un ensemble 22 à disque bilame, disposé aussi dans le boîtier 14 L'interrupteur 10 comporte encore une première et une seconde bornes extérieures 24 et 26, respectivement, qui sont reliées électriquement aux contacts fixe et mobile 18 et 20, respectivement, une troisième borne 28, qui est reliée - électriquement au boîtier 14 et un support 29 qui est disposé sous la base 12 et dans lequel les bornes 24 et 26 passent. L'ensemble 22 à disque bilame a pour rôle de couper la liai- son entre les contacts fixe et mobile 18 et 20 lorsque la température du milieu environnant s'élève et dépasse une valeur prédéterminée d'actionnement, et de rétablir cette liaison quand la température tombe en-dessous de cette valeur. L'interrupteur 10 comporte par -ailleurs une pastille 30 de limitation d'échauffement, qui est montée sur la base 12 et peut se déformer en passant à une configuration dont le profil est réduit, sous l'effet de son exposition à une température excessive de valeur prédéterminée, supérieure à la température d'actionnement précitée Le contact fixe 18 communique avec la pastille 30, de sorte que, lorsque celle-ci est déformée, il suit le déplacement de cette pastille en coupant sa liaison avec le contact mobile 20, quelles que soient les dispositions de l'ensemble commutateur 16 et/ou de l'ensemble 22 Par conséquent, la pastille 30 protège l'interrupteur 10 d'un dépassement de température -et coupe la liaison électrique entre les première et seconde bornes 24 et 26, respectivement, en cas d'échauffement exces- sif. La base 12 est un disque circulaire en une matière électriquement isolante telle qu'une céramiquepet il y est façonné un pivot de support 32 et un bossage 34 prononcé qui est percé d'une ouverture 36 traversant aussi cette base 12 Dans la face supérieure de la base 12 sont façonnés un évidement 38 et un évidement peu profond 40, qui est adjacent à cet évidement 38 et qui est percé d'un trou débouchant 42. Une cavité circulaire 44 comportant au fond une gorge circu- laire 46 est façonnée dans l'évidement 38. Le boîtier 14 est une boite métallique portant sur sa face supérieure une indentation ou butée 48 et à son extrémité inférieure ouverte une collerette annulaire exté- rieure 50 Ce bottier 14 a les dimensions voulues pour loger sans jeu la base 12 et le support 29, ainsi que le représen- tent les figures 4 à 6. L'ensemble commutateur 16 comprend les contacts fixe et mobile 18 et 20, un disque d'actionnement 52 sur lequel le contact mobile 20 est monté et un bras élastique 54 sur lequel le contact fixe 18 est monté Le disque 52 est réalisé en un métal électriquement conducteur et déformable élasti- quement, et il comprend une couronne périphérique 56 et un bras 58, qui porte le contact mobile et part radialement vers l'intérieur de cette couronne 56 Le contact mobile 20 est monté près de l'extrémité libre de ce bras 58 et la couronne 56 est percée d'une ouverture 60 adjacente à cette extrémité libre Le bras 54 du contact fixe est réalisé en un métal électriquement conducteur et élastique; il a la forme géné- rale d'un quadrilatère et est percé d'une ouverture 62 près d'une de ses extrémités, le contact fixe 18 y étant fixé près de son extrémité opposée. La pastille 30 peut être réalisée en toute substance appropriée dont le point de fusion correspond à la tempéra- ture particulière (appelée ici température excessive ou d'échauffement excessif) à laquelle le dispositif protecteur selon l'invention agit Ainsi, cette pastille 30 peut être en une substance organique telle que l'acide phtalique anhy- dre, l'acide salicylique, le lévulose et/ou le glucose, suivant la température maximale désirée La pastille 30 peut aussi être en un métal ou alliage métallique approprié Il est possible d'utiliser efficacement pour cela l'étain, le bismuth, le cadmium, le plomb ou le zinc Cette pastille 30 a avantageusement une forme cylindrique et les dimensions voulues pour être logée dans la cavité 44. L'ernsemble 22 à disque bilame comprend un disque bilame circulaire 64, un disque isolant circulaire 66 ayant sensiblement les mêmes dimensions que ce disque 64 et un pivot de soutien 68 Ce pivot 68 comprend une base 70 sensi- blement plane et deux doigts de soutien 72 verticaux espacés. La base 70 présente une ouverture 74. Le support 29 est avantageusement réalisé en un métal électriquement conducteur approprié, tel que l'acier, et il comporte à sa partie inférieure un rebord annulaire 76 Les bornes 24 et 26 traversent ce support 29 et en sont isolées électriquement par des perles de verre 78, qui sont rendues solidaires des bornes respectives et de ce support 29 par un procédé connu de jonction verre-métal La troisième borne 28 est reliée électriquement au support 29 et porte près de ce support un collier métallique ou-une soudure de butée 80. La configuration de l'interrupteur lu assemblé est reprfer)- tée très clairement sur: les figures 4 à 6 La base 12 est posée sur le support 29 de manière que les bornes 24 et 26 passent dans les trous ou ouvertures 42 et 36, respectivement La pastille 30 est logée dans la cavité 44 et le bras 54 du contact fixe passe au-dessus d'elle et est disposé dans les évidements 38 et 40, le contact fixe 18 étant tourné vers le haut L'extrémité supérieure de la première borne 24 passe dans l'ouverture 62 et traversele bras 54 du contact fixe et elle est fixée à ce dernier par un procédé approprié, par exemple par soudage ou brasage par résistance, afin de réa- liser la liaison électrique avec ce bras 54 et de rendre ce dernier solidaire de la base 12 Le bras 54 est sollicité élastiquement vers la pastille 30, de sorte que, lorsque celle-ci fond ou est déformée à une configuration dans laquelle son profil est réduit, l'extrémité libre de ce bras 54, sur laquelle le contact fixe 18 est fixé, s'abaisse dans l'évidement 38, ainsi qu'on l'expliquera plus loin de manière plus détaillée Le disque d'actionnement 52 est disposé sur la base 12 de manière que le bras 58 repose sur le pivot de support 32 en un point adjacent à l'extrémité de ce bras 58 qui est solidaire de la couronne 56 La seconde borne 26 passe dans l'ouverture 60, et le pivot de support 68 est disposé à l'extrémité supérieure de cette borne 26, laquelle est logée dans l'ouverture 74 Ce pivot de support 68 est fixé et relié électriquement à ladite borne 26 et au disque d'actionnement 52 par tout procédé approprié, par exemple par soudage ou brasage par résistance, si bien qu'il fixe en l'emprisonnant ce disque 52 sur la base 12 D Lrsque le bras 54 du contact fixe et le disque 52 sont fixés de cette manière à la base 12, les contacts fixe et mobile 18 et 20, respectivement, se font vis-à-vis, de sorte qu'ils peuvent venir en prise pour établir une liaison électrique entre les première et seconde bornes 24 et 26 Le disque bimétallique 64 et le disque isolant 66 sont sensiblement alignés, le disque 66 venant en contact avec les extrémités supérieures des doigts de support 72 et venant en prise avec le disque d'actionnement 52 en 82, près de l'extrémité de liaison du bras 58 Le disque bimétallique 64 est disposé sur le disque isolant 66, de sorte qu'il est isolé électriquement du disque d'actionnement 52 et des doigts 72 Mais, du fait que ces disques 64 et 66 sont soutenus en trois points (par les deux doigts 72 et par le disque 52 près de l'extrémité reliée du bras 58 en 82), ils restent stables sans osciller irrégulièrement dans l'interrupteur 10 Le boîtier 14 est placé sur la base 12 et sur le support 29, comme le représentent les figures 4 à 6, de façon que la butée 48 faisse saillie vers le milieu du disque métallique 64 et que la collerette 50 soit appliquée contre le rebord 76 Le boîtier 14 est avantageusement fixé au support 29, en 84, par soudage par résistance, de manière à établir entre eux une liaison électrique positive et à fermer hermétique- ment l'extrémité inférieure de l'interrupteur 10. Quand l'interrupteur 10 est en service, la première et la seconde borne 24 et 26 sont reliées aux composants appropriés d'un circuit et la troisième borne 28 est de pré- férence mise à la masse Lorsque la température aux environs de l'interrupteur 10 a une valeur inférieure à celle qui est nécessaire pour incurver vers le haut la partie centrale du disque bimétallique 64, c'està-dire inférieure à celle de la température d'actionnement, cet interrupteur 10 a la disposition représentée sur la figure 4, dans laquelle cette partie centrale du disque 64 s'infléchit vers le bas, le disque d'actionnement 52 est sensiblement plan et le bras 58 du contact mobile occupe une première position dans laquelle les contacts fixe et mobile 18 et 20, respectivement, sont en prise et établissent une liaison entre elux et entre les première et seconde bornes 24 et 26, respectivement Mais, si la température aux alentours de l'interrupteur 10 augmente et atteint une valeur suffisante pour faire s'incurver vers le haut la partie centrale du disque 64, c'est-à-dire devient supérieure à la température d'actionnement de ce dernier, cet interrupteur 10 passe normalement à la disposition repré- sentée sur la figure 6, dans laquelle ce disque 64 s'est incurvé vers le haut de sorte qu'il vient en prise avec la butée 48, ce qui fait qu'une poussée est exercée de haut en bas en 82 sur le disque 52, près de l'extrémité 7 solidaire de ce disque, du bras 58 du contact mobile Cette poussée déforme élastiquement ce disque 52, si bien que le bras 58 pivote sur le pivot de support 32 et passe à une seconde position dans laquelle le contact mobile 20 est écarté du contact fixe 18, ainsi que le représente la figure 6 Par conséquent, lorsque la température aux alentours de l'inter- rupteur 10 augmente au point de faire s'incurver vers le haut la partie centrale du disque 64, la liaison électrique entre les première et seconde bornes 24 et 26, respectivement, est normalement coupée. Mais, au cas o l'ensemble commutateur 16 et/ou l'ensemble 22 à disque bilame fonctionneraient de manière défectueuse, la liaison entre la première et la seconde borne 24 et 26 ne serait pas coupée à la température d'action- nement et la température aux alentours de l'interrupteur 10 pourrait donc continuer à augmenter et atteindre une valeur excesive C'est pourquoi l'interrupteur 10 comporte la pas- tille de limitation 30, destinée à couper la liaison entre les bornes 24 et 26 si la température devient excessive Dans les conditions normales, la pastille 30 conserve sa forme cylindrique normale et non défcrmée, représentée sur les figures 4 et 6 Cependant, si la température aux alentours de l'interrupteur 10 atteint une valeur estimée excessive, c'est-à-dire parvient à la température d'échauffement exces- sif, la pastille 30 fond ou est déformée et prend une confi- guration dans laquelle son profil est réduit, comme le montre la figure 5, et dans laquelle cette pastille 30 s'est affais- sée dans la cavité 44 et dans la gorge 46 Lorsque la pas- tille 30 est déformée de cette manière, le bras 54 du contact fixe, qui est sollicité élastiquement vers cette pastille , passe de sa première position normale à une position plus basse, de sorte que l'extrémité libre de ce bras 54 pénètre dans l'évidement 38 et coupe la liaison entre les contacts fixe et mobile 18 et 20, respectivement, en abaissant ce contact fixe 18 Par conséquent, la liaison électrique entre les première et seconde bornes 24 et 24 est coupée, quelles que soient les dispositions de l'ensemble commutateur 16 et/ ou de l'ensemble 22 à disque bilame, ce qui protège positi- vement l'interrupteur 10 d'une trop grande augmentation de la température. On voit donc que la présente invention propose un interupteur thermostatique efficace et comportant un disposi- tif qui l'empêche de dépasser trop la température désirée. Lorsque la température aux alentours de cet interrupteur 10 atteint une valeur suffisante pour faire fondre ou déformer la pastille 30, la liaison entre les bornes 24 et 26 est coupée efficacement Cela minimise le risque de détérioration d'un équipement mécanique et/ou électrique sous l'effet d'un échauffement excessif Par ailleurs, la conception originale de l'interrupteur 10 le rend particulièrement apte à être miniaturisé En particulier, le fait de déplacer directement le contact fixe 18 pour couper aisément et de manière simple la liaison établie par l'interrupteur 10, au moyen d' une quan- tité minimale d'éléments, le rend aisément apte à être minia- turisé On voit par conséquent que, pour ces raisons ainsi que pour celles qui ont été citées plus haut, l'interrupteur selon l'invention représente dans le domaine des interrup- teurs thermostatiques un progrès important qui a un intérêt commercial considérable. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications à l'interrupteur thermostatique actionné par un disque bilame et comportant un dispositif de limitation de l'échauffement, représenté et décrit. h REVENDICATIONS 1 Interrupteur thermostatique à dispositif évitant un échauffement excessif, caractérisé en ce qu'il comprend une base ( 12), un boîtier ( 14) posé sur cette base, une pastille ( 30) de limitation de température qui est disposée sur la base et qui est déformable et peut, sous l'effet d'une température de valeur excessive prédéterminée, passer d'une première configurationà une seconde configuration dans laquelle son contour est plus petit, un contact fixe ( 18), un élement ( 54) qui applique ce contact fixe contre la pastille de façon que, lorsque celle- ci est déformée à sa seconde configuration, ledit contact fixe suive cette défor- mation et soit donc déplacé vers'la base, en passant d'une première position à une seconde, un bras élastique ( 58) électriquement conducteur qui porte un contact mobile ( 20) à une première extrémité, un élément ( 32) qui soutient ce bras ( 58) de façon que celui-ci puisse pivoter entre (a) une première position dans laquelle les contacts fixe et mobile sont en prise et établissent une liaison électrique si le contact fixe ( 18) occupe sa première position, mais sont écartés et coupent cette liaison si ce contact fixe occupe sa seconde position, et (b) une seconde position dans laquel- le le contact mobile ( 20) est écarté du contact fixe ( 18), que ce dernier occupe ses première ou seconde positions, l'interrupteur ( 10) comportant encore un ensemble ( 22) à disque bilame, qui est monté dans le boîtier ( 14) et commu- nique avec le bras ( 58) de façon à faire passer celui-ci de sa première à sa seconde position sous l'effet d'une élêva- tion de la température à une valeur prédéterminée, inférieure à la valeur excessive. 2 Interrupteur thermostatique à dispositif évitant un échauffement excessif, caractérisé en ce qu'il comprend une base ( 12), un boîtier ( 14) posé sur cette base, un pivot de support ( 32) disposé sur ladite base, une pastille ( 30) de limitation de température, qui est montée aussi sur la base et peut être déformée et passer sous l'effet d'un échauf- -fement à une température excessive prédéterminée, d'une première configuration à une seconde configuration à profil réduit, un contact fixe ( 18), un élément ( 54) qui applique ce contact fixe sur la pastille de façon que, lorsque celle- ci est déformée à sa seconde configuration, ledit contact fixe suive cette déformation en se rapprochant de la base et en passant d'une première position à une seconde, un bras ( 58) électriquement conducteur qui repose sur le pivot ( 32), un contact mobile ( 20) qui est disposé à une première extré- mité de ce bras, un élément ( 52) qui place ledit bras ( 58) sur le pivot de support ( 32) de façon qu'il puisse pivoter sur ce dernier entre (a) une première position dans laquelle les contacts fixe et mobile sont en prise en établissant une liaison électrique si le contact fixe ( 18) occupe sa première position, mais sont écartés et coupent la liaison si ce con- tact fixe occupe sa seconde position et (b) une seconde position dans laquelle le contact mobile ( 20) est écarté du contact fixe ( 18), que celui-ci occupe sa première ou sa seconde position, l'interrupteur ( 10) comportant encore un ensemble ( 22) à disque bilame, qui est monté dans le bottier et communique avec la seconde extrémité du bras ( 58), opposée à sa première extrémité, de façon à faire passer ce bras de sa première à sa seconde position sous l'effet d'une éléva- tion de la température à une valeur qui est inférieure à la valeur excessive prédéterminée. 3 Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de montage du contact fixe comprend un bras ( 54) qui est monté sur la base ( 12) et dont l'extrémité libre passe sur la pastille ( 30) et est sollicitée vers celle-ci, le contact fixe ( 20) étant monté près de cette extrémité libre. 4 Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la base ( 12) comporte une cavité ( 44) dans laquelle la pastille ( 30) est logée et dont elle fait saillie lors- que cette pastille a sa première configuration, mais dans la- quelle cette pastille est entièrement disposée quand elle a sa seconde con- figuration, l'extrémité libre du bras ( 54) qui porte le contact fixe ( 18) se rapprochant de ladite cavité lorsque la pastille est déformée et prend sa seconde configuration. Interrupteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bras ( 58) qui porte le contact mobile ( 20) fait corps avec un disque d'actionnement ( 52) électriquement conducteur et déformable élastiquement, qui comporte une cou- ronne périphérique ( 56) sensiblement circulaire constituant un élément de fixation du bras ( 54) du contact fixe ( 18), le bras ( 58) étant solidaire de cette couronne à sa seconde extrémité et en partant radialement vers l'intérieur 7 et ladite couronne étant fixée à la base en un point qui est éloigné de cette seconde extrémité du bras ( 58). 6 Interrupteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'en un point adjacent à sa seconde extrémité, le bras ( 58) repose sur le pivot de support ( 32). 7 Interrupteur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que l'élément ( 22) à disque bilame communique avec la partie périphérique de la couronne ( 56) du disque d'ac- tionnement ( 52) près de la seconde extrémité du bras ( 58), de façon à déplacer ce dernier entre ses première et seconde positions.