Brevet FR2553928A1 — publié le 19850426

BILAME A CHAUFFAGE MIXTE POUR DECLENCHEUR THERMIQUE D'UN APPAREIL DE COUPURE. L'invention concerne un déclencheur thermique à bilame à chauffage mixte coopérant avec un mécanisme d'un appareil de coupure, notamment un disjoncteur à basse tension, et comportant par pôle : - un bilame ayant une structure allongée s'étendant longitudinalement entre un pied de fixation et une tête d'actionnement devenant active pour une déflexion prédéterminée correspondant au seuil de déclenchement, - et un élément de chauffage ou chauffeur équipé d'une surface radiante disposée à proximité du bilame, et d'un point de jonction mécanique et électrique destiné à la fixation du chauffeur sur le bilame, et au passage du courant entre ce dernier et le chauffeur. La déflexion d'un bilame à chauffage mixte résulte à la fois du chauffage direct du bilame traversé par le courant à surveiller, et d'un échauffement indirect par rayonnement thermique du chauffeur juxtaposé parcouru par le même courant ou par une fraction ou image de ce dernier. Le chauffeur et le bilame sont parcourusen sens inverse par le courant et constituent un ensemble compact ayant généralement une forme d'épingle. En présence de courants de surcharge importants, les forces électrodynamiques de répulsion sont susceptibles de déformer le bilame et/ou le chauffeur. Pour améliorer la tenue aux efforts électrodynamiques, une solution connue consiste à utiliser des frettes de renforcement destinées a' maintenir l'ensemble chauffeur et bilame à l'encontre des forces de répulsion.La présence de ces frettes complique la mise en oeuvre d'un tel déclencheur thermique et augmente notablement le coût de fabrication de l'appareil. L'invention a pour but de remédier a' ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un déclencheur thermique dont le bilame à chauffage mixte présente une bonne tenue aux efforts électrodynamiques maigre l'absence de frettes de renforcement; Le déclencheur thermique selon l'invention est caractérisé par le fait que la forme de la courbe de déclenchement thermique du déclencheur dépend de la position longitudinale du point de jonction du chauffeur sur le bilame, et que la circulation du courant dans les circuits du chauffeur et du bilame est adaptée pour assurer une bonne tenue électrodynamique du déclencheur en présence de courants de surcharge importants.Le chauffeur présente avantageusement une structure en lyre comprenant deux branches latérales réunies à une âme centrale coplanaire fixée au bilame par l'intermédiaire du point de jonction. Le bilame s'étend parallelement au chauffeur en étant intercalé de chant entre les branches de la lyre. Chaque branche est parcourue par la moitié de l'intensité circulant en sens inverse dans le bilame. I1 en résulte un équilibrage automatique des efforts électrodynamiques de répulsion s'exerçant de chant sur le bilame. Un conducteur souple est soudée à la tête du bilame et le point de jonction du chauffeur en lyre sur le bilame peut etre situé au voisinage du pièd de fixation du bilame, ou dans une position intermédiaire entre le pied et la tête du bilame. Dans ce dernier cas, seule la partie supérieure du bilame située entre la tête et le point de jonction est parcourue par le courant. La circulation partielle du courant dans le bilame peut également s'opérer dans sa partie inférieure agencée entre le pied de fixation et le point de jonction. Le conducteur souple est alors connecté au pied du bilame, et le chauffeur est limité à une simple lame disposée en regard de la partie supérieure du bilame non parcourue par le courant. La position du point de jonction du chauffeur sur le bilame permet de choisir la forme de la courbe de déclenchement thermique. Le seuil de déclenchement thermique peut être ajusté au moyen de deux dispositifs de réglage de l'intervalle ménagé entre la tête du bilame et une partie active de la barre de déclenchement. Le premier dispositif de réglage est ajustable en usine au moyen d'une vis destinée à assurer une déformation de la base de chaque bilame. Le deuxième dispositif de réglage peut être ajusté par le client lui-même grâce à un bouton de réglage du calibre. Ce bouton est commun à l'ensemble des pôle et est logé dans une ouverture du boîtier. Le bouton pilote un dispositif mécanique susceptible de déplacer en translation la barre de déclenchement pour le réglage de l'intervalle avec les têtes de bilames. Il a déJà été proposé d'incorporer un bilame de compensation dans le dispositif mécanique de réglage pour la prise en compte des variations de la temple rature ambiante (demande de brevet allemand t1 2.625.817). Selon un développement de l'invention, le bilame de compensation est logé à l'intérieur du bouton de réglage en contact avec l'air ambiant, et présente une structure en spirale dont les extrémités sont solidarisées au bouton de réglage et à la tige d'actionnement de la came de commande en translation de la barre de déclenchement. Sur les figures 1 à 4, est représenté un déclencheur thermique 10 à bilame 12 destiné à contrôler le courant circulant dans un pôle d'un disjoncteur à basse tension. Le déclencheur thermique 10 est logé dans un bloc déclencheur à l'intérieur d'un bottier 14, et coopère avec une barre de déclenchement du mécanisme de commande (non représenté), de manière à assurer l'ouverture des contacts du disjoncteur par déclenchement automatique du mécanisme lorsque l'intensité du courant de ligne dépasse un seuil prédéterminé. La commande du déclencheur thermique 10 s'opère par chauffage mixte grâce à un élément de chauffage ou chauffeur 16 disposé à proximité du bilame 12. Le fonctionnement d'un tel déclencheur thermique à chauffage mixte du bilame 12 est bien connu des spécialistes. Le chauffeur 16 est en matériau électriquement conducteur ou résistant.La déflexion du bilame 12 dépend de l'intensité du courant circulant dans le bilame 12 et dans le chauffeur 16 et le seuil de déclenchement thermique du déclencheur 10 est ajustable en fonction du calibre du disjoncteur. Le bilame 12 possède une structure allongée dont la base est pourvue d'un pied 18 de fixation et dont l'extrémité opposée comporte une tête 20 susceptible d'actionner la barre de déclenchement pour une déflexion prédéterminée du bilame 12 correspondant à un dépassement du seuil de déclenchement. Le pied 18 du bilame 12 est fixé à une patte ou flasque 22 support solidaire de la culasse 24 fixe du déclencheur électromagnétique 26. Un conducteur souple 28, notamment une tresse, est soudée à la tête 20 active du bilame 12 pour former une liaison électrique avec le contact mobile du pôle. Une vis de réglage 30 traverse le pied 18 de fixation du bilame 12 et la patte support 22 associée, cette dernière étant pliée en deux branches déformables et/ ou élastiques sous l'action de la vis 30.Le réglage du seuil de déclenchement du déclencheur thermique s'effectue en usine au moyen de la vis 30 en provoquant une déformation mécanique de la base du bilame 12. Selon l'invention, le chauffeur 16 s'étend parallèlement au bilame 12 et présente une structure générale en lyre dotée de deux branches 32, 34 latérales réunies à une âme 36 centrale coplanaire. Le hilame 12 est intercalé de chant entre les deux branches 32, 34 en U de la lyre, et l'âme 36 est superposée puis fixée par soudure au bilame 12 en un point 38 intercalaire situé longitudinalement entre le pied 18 et l'extrémité 20 du bilame 12. La largeur de l'amie 36 correspond sensiblement à celle du bilame 12, et les extrémités des branches 32, 34 latérales de la lyrc sont connectées par soudure et sertissage à une plage de contact 40 du pâle. La plage 40 s'étend perpendiculairement au bilame 12 et au chauffeur 16, et s'engage dans la cage d'une borne de raccordement (non représentée), ménage dans un logement du boîtier 14 isolant. Le fonctionnement du déclencheur thermique 10 à chauffage mixte du bilame 12 de chaque pole est le suivant Sur les figures 2 et 3, le courant I de ligne entre dans le déclencheur 10 par la tresse 28, circule selon le sens de la flèche dans la partie supérieure du bilame 12 jusqu'au point 38 de jonction du chauffeur 16 en lyre. Le courant I s'inverse au point 38 en se partageant en deux courants élémentaires I/2 qui empruntent les deux branches 32, 34 latérales en parallèle du chauffeur 16 pour sortir du pôle par la plage 40.Chaque branche 32, 34 de la lyre est ainsi parcourue par la moitié de l'intensité du courant circulant en sens inverse dans le bilame 12. La disposition de chant (fig. 3) du bilame 12 entre les branches 32, 34 latérales du chauffeur 16 en lyre place les sections selon leur plus grande inertie de flexion et permet d'augmenter la distance moyenne qui sépare les courants circulant en sens inverse dans le bilame 12 et les branches 32, 34 du chauffeur 16. I1 en résulte une réduction et un équilibrage des efforts électrodynamiques de répulsion, même en présence de courants de surcharge importants. On remarque que la partie inférieure du bilame 12 située entre le point 38 de jonction du chauffeur 16 et le pied 18 n'est pas parcourue par le courant, la circulation de ce dernier s'effectuant exclusivement dans la partie supérieure du bilame 12 entre la tete 20 et le point 38. Selon la variante des figures 5 et 6, dans lesquelles les mêmes repères désignent des pièces identiques ou similaires, le point de jonction 38 du chauffeur 16 en lyre est sensiblement au niveau du pied 18 du bilame 12. Le courant circule dans toute la longueur du bilame 12, entre la tête 20 et le pied 18, et il en résulte une augmentation du chauffage direct. La position longitudinale du point 38 de jonction du chauffeur 16 avec le bilame 12 peut etre quelconque en fonction de la forme souhaitée de la courbe de déclenchement thermique. Le temps de déclenchement du déclencheur thermique 10 varie en fonction de la position du point 38 de jonction du chauffeur 16. Selon la variante des figures 7 et 8, la tresse 23 est connectée au pied 18 du bilame 12, et la tête 20 est libre. Le bilame 12 est parcouru partiellement par le courant qui circule dans la partie inférieure entre le pied 18 et le point 38 de jonction du chauffeur 16. Le sens du courant est le même dans le bilame 12 et dans le chauffeur 16. Ce dernier est formé par une simple lame disposée en regard de la partie centrale du bilame 12, non parcourue par le courant. L'une des extrémités de la lame est soudée au point 38, et son extrémité opposée à la plage de contact 40 perpendiculaire au bilame 12. Aucun effort électrodynamique de répulsion ne s'exerce entre le bilame 12 et le chauffeur 16. Le conducteur souple 28 est formé par une tresse en cuivre pour les appareils de calibres supérieurs, et par une tresse résistante pour les appareils de calibres inférieurs. Dans ce dernier cas, la tresse est réalisée par exemple en acier inoxydable ou en cupro-nickel et sa connexion à la tête 20 permet d'augmenter le chauffage indirect et la différence de température dans le bilame 12. La tenue thermique est également améliorée par limitation du courant présumé. La tresse peut également être bimétallique, par exemple en cuivre et en acier inoxydable Les têtes des trois bilames d'un disjoncteur tripolaire présentent chacune une rampe venant en contact avec une butée de la barre de déclenchement. Le crochet de déclenchement du mécanisme est verrouillé en position armée par un verrou solidaire de la barre. Un dispositif mécanique permet d'ajuster le seuil de déclenchement thermique par translation bidirectionnelle de la barre de déclenchement selon la direction d'alignement des bilames. Ce dispositif comporte une came coopérant avec une extrémité de la barre de déclenchement. La came est actionnéeà rotation par une tige de commande solidaire d'un bouton de réglage. Un ressort de rappel coopère à l'opposé de la came avec l'autre extrémité de la barre de déclenchement. Le fonctionnement du dispositif mécanique de réglage du seuil de déclenchement thermique est bien connu des spécialistes, et il suffit de rappeler que la translation de la barre de déclenchement par rotation du bouton de ré- glage ajuste l'intervalle ménagé entre les butées de la barre et les rampes des bilames. Le bouton est positionné dans une ouverture du boltier isolant. Selon l'invention, un bilame de compensation, commun à tous les pôles, est inséré dans le dispositif mécanique de réglage pour la prise en compte de la variation de la température ambiante. Le bilame de comp ensation présente une structure en spirale et est logé à l'intérieur du bouton de réglage en contact avec l'air ambiant. Les extrémités du bilame en spirale sont solidarisées au bouton de réglage et à la tige d'actionnement de la came. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques. Le chauffeur en lyre peut comporter un empilage de clinquants métalliques de matériaux différents destinés à ajuster la résistance électrique du chauffeur à une valeur prédéterminée. REXEtlDICATIOtJS 1. Déclencheur thermique à bilame à chauffage mixte coopérant avec un mécanisme d'un appareil de coupure, notamment un disjoncteur à basse tension, et comportant par pôle : - un bilame ayant une structure allongée s'étendant longitudinalement entre un pied de fixation et une tête d'actionnement devenant active pour une déflexion prédéterminée correspondant au seuil de déclenchement, - et un élément de chauffage ou chauffeur équipé d'une surface radiante disposée à proximité du bilame, et d'un point de jonction mécanique et électrique destiné à la fixation du chauffeur sur le bilame, et au passage du courant entre ce dernier et le chauffeur, caractérisé par le fait que la forme de la courbe de déclenchement thermique du déclencheur (10) dépend de la position longitudinale du point (38) de jonction du chauffeur (16) sur le bilame (12), et que la circulation du courant dans les circuits du chauffeur (16) et du bilame (12) est adaptée pour assurer une bonne tenue électrodynamique du déclencheur (10) en présence de courants de surcharge importants. 2. Déclencheur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le point (38) de jonction du chauffeur (16) est situé au voisinage du pied (18) de fixation du bilame (12), et qu'un conducteur souple (28) est connecté à la tête (20) d'actionnement du bilame (12). 3. Déclencheur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le point (38) de jonction du chauffeur (16) se trouve dans une position intermédiaire entre le pied (18) et la tête (20) du bilame (12), et que ce dernier est parcouru partiellement par le courant. 4. Déclencheur thermique selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un conducteur souple (28) est en liaison électrique soit avec le pied (18), soit avec la tête (20) du bilame (12), de manière à assurer la circulation partielle du courant respectivement dans la partie inférieure du bilame (12) située entre le pied (18) et le point de jonction (38), et dans la partie supérieure du bilame (12) agencée entre la tête (20) et le point de jonction (38). 5. Déclencheur thermique selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que le chauffeur (16) présente une structure en lyre comprenant deux branches (32, 34) latérales, et que le bilame (12) s'étend parallèlement au chauffeur (16) en étant intercalé de chant entre lesdites branches (32, 34). 6. Déclencheur thermique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les branches (32, 34) du chauffeur (16) en lyre sont réunies d'une part à une âme (36) centrale coplanaire fixée au bilame (12) pour former ledit point de jonction (38), et d'autre part à une plage de contact (40), chaque branche (32, 34) élémentaire étant parcourue par une fraction du courant circulant en sens inverse dans le bilame (12). 7. Déclencheur thermique selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque branche (32, 34) du chauffeur (16) en lyre s'étend dans la direction longitudinale du bilame (12) et est parcourue par la moitié de l'intensité du courant circulant dans le bilame (12). 8. Déclencheur thermique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le bilame (12) est raccordé par soudage à un conducteur (28) souple, caractérisé par le fait que le conducteur 28 est formé par une tresse réalisée au moyen d'un matériau conducteur ayant une résistivité électrique supérieure à celle du cuivre, notamment en acier inoxydable ou en cupro-nickel. 9. Déclencheur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le chauffeur comporte un empilage de clinquants métalliques de matériaux différents destinés à ajuster la résistance électrique du chauffeur. 10. Déclencheur thermique comprenant un bilame allongé par pôle susceptible d'actionner à pivotement une barre de déclenchement commune, un dispositif mécanique pour ajuster le seuil de déclenchement thermique par translation bidirectionnelle de la barre de déclenchement, un bouton de réglage du dispositif mécanique et un bilame de compensation en température inséré dans le dispositif mécanique pour la prise en compte de la variation de la température ambiante, caractérisé par le fait que le bilame de compensation en température présente une structure en spirale, agencée à l'intérieur du bouton de réglage, et que ce dernier est logé dans une ouverture du boltier en étant en contact avec l'air ambiant. 11. Déclencheur thermique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le pied (18) de fixation du bilame (12) est solidaire d'un flasque (22) formé par une tôle pliée en deux branches déformables et/ou élastiques, et qu'une vis de réglage (30) traverse lesdits pied (18)- et flasque (22), de manière à assurer une déformation mécanique de la base du bilame (12) autorisant un réglage usine du seuil de déclenchement thermique.