Brevet FR2545975A1 — publié le 19841116

ENSEMBLE DE CONTACT POUR INTERRUPTEUR ELECTRIQUE COMPORTANT AU MOINS UNE PASTILLE COMPOSITE. L'invention se rapporte aux contacts fixe et mobile d'un interrupteur et plus particulièrement, à des ensembles comportant au moins deux pastilles de contact fixées chacune à un élément de support et coopérant entre elles pour établir ou interrompre le passage du courant Elle concerne plus spécialement les interrupteurs automatiques commandés par des éléctro-aimants et, notamment, les contacteurs. La réalisation des pastilles de contact de ces interrupteurs automatiques, qui sont destinés à effectuer un très grand nombre de manoeuvres, pose des problèmes, notamment lorsqu'ils sont destinés à la commande de circuits à fortes surintensités d'appel, tels que ceux qui assurent le démarrage de moteurs, le chauffage par l'induction, la charge des condensateurs, ou autres. Dans de tels circuits, on ne peut pas utiliser des fusibles rapides et le risque de soudage des contacts entre eux lors des rebonds qui se manifestent à la fermeture ou lorsque, au moment d'un court-circuit, des forces de répulsion notables interviennent entre les contacts, devient élevé. I1 est connu d'utiliser, pour la réalisation de contacts électriques, des matériaux composites frittés, le plus souvent à base d'argent et de carbone ou d'argent et de tungstène ou de carbone de tungstène, ayant une bonne tenue aux surintensités et n'ayant qu'une faible tendance au soudage. Un inconvénient majeur de ces contacts est lié à l'effrittement inévitable dans le temps du matériau composite, et consiste dans leur mauvaise tenue en endurance, tant mécanique qu'électrique. Un autre inconvénient réside dans le court élevé de leur fixation sur un élément de support, à cause précisément de la difficulté de soudage. Finalement, les contacts des contacteurs n'utilisent pas actuellement des matériaux frittés à base d'argent et de carbone, et sont couramment réalisés en alliage à base d'argent, contenant une proportion relativement faible de métaux ou dioxydes métalliques (Ni, Cd, CdO, Sn 02, Zn O, etc.) qui en améliore la tenue à l'érosion électrique lors de la coupure. Ces contacts classiques, qui présentent l'avantage d'être soudables sur leurs éléments de support, ont par contre l'inconvénient de risquer de se souder entre eux, comme indiqué plus haut. L'invention propose de faire comporter aux surfaces coopérantes de deux pastilles de l'ensemble de contact d'un interrupteur automatique du genre susvisé, une première et une seconde régions, la première région correspondant à la coopération de deux parties en argent et/ou en alliage à base d'argent et la seconde région correspondant à l'engagement mutuel de deux portees dont l'une au moins est constituée par un matériau composite fritté tel que défini ci-dessus, lesdites surfaces coopérantes ayant des formes telles que le contact s'établisse principalement dans la seconde région dans la phase de fermeture et que l'arc se stabilise principalement dans la première région lors de la coupure. Grâce à l'invention, l'arc n'intéresse qu'au plus d'une manière très brève la région comportant une portée frittée sujette à l'érosion, tandis que l'engagement prépondérant de ladite portée frittée, pendant la période d'établissement du contact, supprime alors le risque de soudage. La portion métallique (argent et/ou alliage d'argent) assure en outre la tenue mécanique de la pastille composite et à cet effet, soit elle constitue un frettage autour de la portion frittée, soit elle constitue l'amie de celle-ci. La portion métallique permet encore une fixation directe à l'élément de support par soudage ou brasage. Suivant un mode d'exécution préféré, la pastille composite est réalisée par une opération de co-étirage ou de colaminage du matériau fritté dans ou autour d'une structure métallique pour former un tube ou un profilé suivie d'une opération de tronçonnage du tube ou du profilé, et d'une opération de découpe par un plan de symétrie de chaque tronçon. On notera que les deux régions de chacune des deux surfaces d'engagement sont fixées l'une par rapport à l'autre, ce qui permet une réalisation simple et fiable. Par ailleurs, grâce au fait que la région frittée est constituée en un matériau composite capable d'assurer le contact principal, il n'est pas indispensable que la région métallique participe à l'établissement du contact. Enfin, au moment de la coupure, il n'est pas nécessaire que la région métallique se dégage la première, l'arc pouvant sans inconvénient se former sur la région frittée puisque les formes des surfaces d'engagement sont telles qu'il n'y stagnera pas. Ces particularités distinguent complètement l'invention par exemple de la technique décrite dans le brevet allemand 1564011, qui ne semble pas susceptible d'une utilisation industrielle effective, en tout cas pas dans le domaine des contacteurs. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront~ clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé Les figures la à lc représentent un ensemble de contact à deux pastilles composites et la formation et la stabilisation de l'arc de coupure La figure 2 montre une pastille de contact fixée sur un élément de support ; Les figures 3 à 5 illustrent les opérations succes sives de fabrication d'une pastille de contact compo site selon une première forme d'exécution Les figures 6 et 7 illustrent les mêmes opérations pour réaliser une variante , La figure 8 représente un ensemble de contact compor tant une pastille composite et une pastille métalli que ; et La figure 9 représente un ensemble à double coupure. Au moins l'une des pastilles de contact 1 (figure la) comporte une âme 10 en matériau composite fritté à base d'argent et de carbone, entourée d'une frette cylindrique 11 en alliage à base d'argent tel que défini plus haut. Le passage du courant à l'état fermé est ainsi assuré par un matériau difficilement soudable et bon conducteur. A l'ouverture, l'arc se déplace vers l'extérieur (figure lb) et l'arc de coupure intéresse finalement la région des surfaces d'engagement dont l'une au moins est métallique donc résiste très bien à l'érosion électrique. L'autre contact 2 a été représenté de même nature que le premier, mais il pourrait, comme représenté à la figure 8 être en argent vierge, ou être composite, avec une âme métallique entourée d'une région en matériau fritté. L'essentiel est que les formes mutuelles des surfaces d'engagement soient telles que le contact s'établisse essen tiellement, tout au moins au moment de la fermeture, dans une region où l'une au moins des pastilles a une portée en matériau fritté, pour éviter le soudage et que lors de la coupure, l'arc ait tendance à se stabiliser entre des surfaces métalliques. Une forme préférée consiste (figure la) en une surface d'engagement plane de la pastille mobile 2 et une surface d'engagement convexe de la pastille fixe 1, ou vice-versa (figure 8). A la figure 2, où les mêmes numéros de référence désignent les mêmes parties qu'à la figure la, on a représenté une soudure électrique directe 13 entre la couronne métallique soudable 11 et l'élément de support 12 et une région décarburée 14 de la face de contact de la région frittee 10 avec ledit élément 12. Cette décarburation, facultative, améliore l'adhérence de l'ensemble sur le support. S'il se produit, au bout d'un nombre important de manoeuvres de l'interrupteur, une certaine érosion mécanique de la surface d'engagement frittée, le contact s'établit partiellement dans cette région frittée qui a tendance à s'aplanir et partiellement dans la région métallique sans pour autant qu'un risque de soudage important se manifeste, les particules de carbone de la région frittée empêchant la soudure. A la figure 3, on a représenté un tube en alliage d'argent 3 entourant une âme 4 en matériau fritté ; par co-étirage, on obtient la section de la figure 4 et, par découpe suivant le plan de symétrie PP', la pastille de la figure 5. De même, par co-laminage d'un profilé 6 en alliage d'argent et de deux bandes extérieures 7 et 8 en matériau fritté, on obtient le profilé de la figure 6, dont un tronçonnage, suivi d'une découpe selon PP', donne la pastille de la figure 7. A la figure 9, on a représenté un pont mobile 9 à deux pastilles de contact 90-91, coopérant avec deux contacts fixes 92, 93 du type représenté à la figure 7. L'avantage de cette réalisation est qu'un ensemble à double coupure peut être réalisé en utilisant un pont mobile 9 de fabrication traditionnelle, avec des pastilles 90-91 en alliage AgCdO par exemple, reliées à l'élément de support par des couches de cuivre 94-95. Il va de soi que diverses modifications et variantes pourront etre imaginées par l'homme de l'Art, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet 1. Ensemble de contact d'un interrupteur comportant une pastille fixe et une pastille mobile ayant des surfaces coopérantes, caractérisé en ce que lesdites surfaces coopérentes comportent une première et une seconde régions, la première région correspondant à la coopération de deux parties (11-21) en argent et/ou en alliage à base d'argent et la seconde région correspondant à l'engagement mutuel de deux portées (10-20) dont l'une au moins est constituée par un matériau composite fritté, de préférence à base d'argent et de carbone, ayant une bonne tenue aux surintensités et dne faible tendance au soudage, lesdites surfaces coopérantes ayant des formes telles que le contact s'établisse principalement dans la seconde région au cours des premières manoeuvres de fermeture et que l'arc se stabilise principalement dans la première région lors de la coupure. 2. Ensemble de contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vue d'assurer la tenue mécanique d'une pastille composite ayant une portion métallique et une portion frittée, la portion métallique constitue un frittage (11, figure la) autour de la portion frittée, ou l'âme (6, figure 6) de celle-ci. 3. Ensemble de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pastille composite est réalisée par une opération de co-étirage (figures 3 et 4) ou de colaminage (figure 6) du matériau fritté dans ou autour d'une structure métallique pour former un tube ou un profilé suivie d'une opération de tronçonnage du tube ou du profilé, et d'une opération de découpe par un plan de symétrie (PP') de chaque tronçon. 4. Ensemble de contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des surfaces coopérantes des pastilles est plane et l'autre est convexe. 5. Ensemble de contact selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une des pastilles. est composite et l'autre en alliage métallique. 6. Ensemble de contact selon l'une des revendications 1à 5, caractérisé en ce que la fixation de la pastille composite à un élément de support est assurée par soudage ou brasage direct (13) de la région métallique (11).