Brevet FR2586857A1 — publié le 19870306

Sectionneur accélérométrique bidirectionnel La présente invention concerne un section- neur accélérométrique bidirectionnel nécessitant deux accélérations de sens opposé pour être opérant. L'invention s'applique à des domaines très variés tels que l'aérospatial o, une accélération et une décélération peuvent résulter d'une trajectoire dans l'atmosphère, ou bien dans Le domaine de La robo- tique o des machines utilisent- des- nouvenits de va et vient. Elle peut s'appliquer également dans le domaine de la sécurité Lorsqu'il est nécessaire de couper ou d'établir un contact électrique, par exempte en cas d'incident mécanique ou d'accident de la circulation (routier, ferroviaire, aérien), et dans des environnke- ments contraignants nécessitant l'établissement ou La coupure de courants continus ou imputsionnels notamment de très haut niveau. L'invention a pour objet un sectionneur-accé- lérométrique bidirectionnel permettant d'établir ou de couper un ou plusieurs contacts électriques après ap- plication de deux accélérations successives et de sens opposés. De façon plus précise, L'invention a pour objet un sectionneur accélérométrique comprenant-: - un bottier, - au moins une paire de broches de contact électrique en regard dans ledit boîtier, et - des moyens mécaniques pour inverser l'état de conti- nuité électrique entre lesdites broches; lesdits moyens comprennent une première masse logée dans le boîtier et sensible à une accélération du boîtier dans un premier sens pour se déplacer dans une posi- tion d'armement dans laquelle il est solidaire auto- matiquement par des moyens de verrouillage, d'une deuxième masse logée dans le boÂtier, la première et la deuxième masses soLidarisées par lesdits moyens de verrouiLLage étant sensibles à une accélération du bottier dans un deuxième sens opposé au premier, pour se déplacer dans une position d'actionnement. L'état de continuité éLectrique entre lesdites broches est inversé par le déplacement de la deuxième masse en position d'actionnement. Selon un mode de réalisation du sectionneur lu accéLérométrique, le bottier comprend deux parois d'ex- trémité dans lesquelles sont montées les broches élec- triquement isolées desdites parois d'extrémité; la première masse est normalement appliquée contre l'une des parois par des premiers moyens élastiques et la deuxième masse est normalement appliquée contre l'autre paroi par des deuxièmes moyens élastiques. Selon un autre mode de réalisation du sec- tionneur accélérométrique, la deuxième masse comprend un trou constitué par exemple par un alésage dans l'axe SU de la paire de broches pour mettre en contact électri- que lesdites broches par les parois dudit trou. Lesdi- tes parois sont électriquement isolées de La deuxième masse. SeLon un autre mode de réalisation du sec- tionneur accéltérométrique, la première masse entoure la deuxième masse et les moyens de verrouiltage compren- nent au moins un ergot à ressort apte à faire saillie radialement de l'une des masses pour pénétrer dans une gorge formée dans l'autre masse, lorsque la première masse est en position d'armement. Selon un autre mode de réalisation du sec- tionneur accélérométrique, la gorge comprend un bord incliné permettant un déverrouillage des deux masses. Selon un mode préféré de réalisation du sec- tionneur accélérométrique des moyens de coulissement sont placés entre Les deux masses. Ces moyens de cou- lissement comprennent par exemple au moins trois billes ou trois galets logés dans trois rainures circonféren- tiellement espacées et formées dans l'une des masses. CDe façon avantegeuse, Le boîtier contient un fluide d'amortissement des mouvements des masses. Selon une variante de réalisation du section- neur accélérométrique, il comprend plusieurs paires de broches de contact électrique parallèles les unes aux autres, la deuxième masse comportant au plus un trou par paire de broches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à titre purement illustratif et non limi- tatif en référence aux figures annexées 1 à 2b dans lesquelles: - la figure 1 représente en coupe longitudi- nale un exemple de réalisation du sectionneur accéLéro- métrique bidirectionnel au repos conforme à l'inven- tion, - les figures 2a et 2b représentent schémati- quement le sectionneur accéLérométrique bidirectionnel de la figure 1 respectivement après qu'il ait été sou- mis à une première accélération dans un premier sens et après qu'il ait été soumis à une deuxième accélération en sens inverse. Le sectionneur accélérométrique conforme à l'invention, comme représenté sur les figures I à 2b, comprend un boîtier constitué par deux parois planes d'extrémité 5, 7 parallèles entre elles, reliées par une paroi cylindrique 9. Chacune des parois d'extrémité , 7 est traversée par une ou plusieurs broches de con- tact électrique alignées 1, 3, respectivement. Ces broches 1, 3 sont électriquement isolées des parois 5, 7. On a représenté en trait plein et en traits mixtes Les cas o chaque paroi est traversée par une et deux broches. Les broches 1, 3 sont perpendiculaires aux parois 5, 7 et donc paraLlèLes à L'axe du boÂtier. ELLes font saiLLie à L'intérieur du boYtier et peuvent être raccordées hors de celui-ci à tout circuit éLec- trique approprié. A L'intérieur du boîtier sont placés des moyens pour inverser L'état de continuité électrique entre les broches 1, 3. Ces moyens comportent une première masse M1 de forme annulaire, appliquée contre la paroi 7 du boîtier par un ressort K1 prenant appui sur La paroi opposée 5. La masse annulaire M1 définit par sa surface cylindrique interne une chambre 14. Cette masse annu- laire M1 est disposée coaxialement à l'intérieur de la paroi 9 du boîtier, son axe étant parallèle aux broches 1, 3 de façon à pouvoir se déplacer selon cet axe vers la paroi 5 du boîtier. Les moyens pour inverser l'état de continuité électrique comprennent en outre une deuxième masse cy- lindrique M2 appliquée contre la paroi 5 du bottier par un ressort K2 prenant appui sur la paroi opposée 7. Cette masse M2 est disposée coaxialement à la masse M1, de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur de la masse M1, dans la chambre 14. A cet effet, des moyens de coulissement sont places entre les deux masses M1, M2. Ces moyens de coulissement comprennent au moins trois rainures longitudinales 15, situées sur La surface cy- lindrique interne de la masse M1, dans lesquelles sont reçues des billes 13 ou des galets qui roulent sur la surface cylindrique externe de la masse M2. Au repos, c'est-à-dire lorsque les ressorts K1 et K2 sont détendus, les longueurs des masses M1 et M2 et du bottier sont telles que l'extrémité de la masse M2, en regard de la paroi 7, est en partie emboi- tée dans L'extrémité de La masse M1, en regard de La paroi 5. La deuxième masse M2 comprend un trou 10 constitué par exemple par un alésage suivant l'axe de chaque paire de broches 1, 3, chaque trou débouchant sur les faces d'extrémité de la masse M2, parallèles aux parois 5, 7 du boîtier. Chaque broche d'une paire de broches de contact électrique 1, 3 peut coulisser dans le trou 10 qui lui correspond, lors de mouvements de va et vient de la masse M2 dans la direction des broches. Lorsque les deux broches d'une même paire sont ensemble à l'intérieur du trou 10 qui leur correspond, les parois conductrices 11 de ce dernier permettent d'établir un contact électrique en ces deux broches. A cet effet, tout ou partie des parois 11 de chaque trou est recouvert d'un dépôt de matériau conducteur pour permettre de relier électriquement les deux broches 1, 3 d'une paire par contact avec ce dépôt. Les parois 11 sont électriquement isolées de la masse M2. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, seuLe La broche 1 est logée dans le trou 10 Lorsque la masse M2 est dans sa position initiale de repos. IL n'y a donc pas alors de contact électrique entre Les broches 1, 3. Des moyens de verrouiLlage sont prévus entre Les masses M1 et M2 pour les rendre solidaires l'une de l'autre lors d'une accélération entrainant la masse M1 vers la paroi 5 du bottier. Ces moyens comprennent au moins un ergot à ressort 17, logé dans un trou radial -30 débouchant sur la surface interne de la masse M1, à proximité de son extrémité la plus proche de la paroi 5. Les moyens de verrouillage comprennent également une gorge annulaire 18 formée sur la surface externe de la masse M2, à proximité de son extrémité la plus proche de la paroi 5. Ainsi, lorsque le ressort K1 se compri- me, Les ergots 17 viennent se placer dans la gorge 18. Pour permettre une désoLidarisation des masses M1 et M2 après la mise en oeuvre du sectionneur, le bord 19 de la gorge 18 situé du côté de la paroi 7 peut être incliné pour permettre à L'ergot 17 de se rétracter. Le verrouillage et le déverrouillage des masses M1 et M2 seront décrits ultérieurement plus en détail en se référant aux figures 2a et 2b. IL est bien entendu que tout autre moyen permettant de maintenir accrochées les masses M1 et M2 et, éventuellement, de les décrocher peut être utilisé dans le sectionneur de l'invention. Les mouvements de la masse M1 et de la masse M2 sont amortis, par exemple, par écoulement d'un flui- de tel que de L'huile essentiellement entre les parois des masses M1 et M2. Les broches 1, 3,lorsqu'elles sont en contact avec les parois 11 du trou 10, empêchent l'écoulement du fluide le long du trou 10. La suite de la description permet de compren- dre le fonctionnement du sectionneur accélérométrique bidirectionnel conforme à l'invention à partir d'une paire de broches de contact électriques 1 et 3. Au repos (figure 1), les ressorts K1 et K2 interposés entre les masses M1 et M2 et Les parois 5, 7, sont détendus. Compte tenu de la constante de rai- deur des ressorts K1 et K2, les masses M1 et M2 sont respectivement au voisinage ou contre Les parois 7 et 5. La broche électrique 1, portée par la premié- re paroi 5, est alors en contact électrique avec les parois 11 du trou 10 qui lui correspond dans La masse M2. En revanche, la broche 3, portée par La deuxième paroi 7, n'est pas en contact avec les parois 11 de ce trou 10. Aussi, au repos il n'y a pas de contact éLec- trique entre La broche 1 et la broche 3, Le contact est dit ouvert. Sous L'action d'une première accélération Y1 (figure 2a), appLiquée au boîtier dans une direction paraLlèLe à L'axe défini par Les broches 1, 3 et dans un sens allant de la première paroi 5 vers La deuxième paroi 7, la masse M1 se déplace vers la paroi 5 en sens inverse de l'accélération y1, vers une position d'arme- ment; la masse M1 comprime de ce fait Le ressort K1. La valeur de l'accélération y,, nécessaire pour dépla- cer la masse M1 vers la masse M2 est fonction aux forces de frottement près,de la valeur de la masse M1 et de la raideur du ressort K1. Au cours de L'accéLération y1, la masse M2 reste plaquée contre la paroi 5. Par ailleurs, du fait du déplacement de La masse M1 vers la masse M2, Les ergots 17 viennent se loger dans la gorge 18 aménagée dans la masse M2, ren- dant ainsi solidaires les masses M1 et M2. Suivant la position des ergots 17 dans la paroi interne de la masse M1 et de la gorge 18 dans la paroi externe de la masse M2, la masse M1 est bloquée à une distance plus ou moins importante de la paroi 5. Comme représenté sur La figure 2a, après que le boîtier ait été soumis à une accélération y1, Les broches 1, 3 ne sont toujours pas en contact électri- que, puisque la masse M2 n'a pratiquement pas bougé. L'extrémité de la broche 3 en regard de La broche 1 reste libre. Cette accélération y1 permet uniquement de rendre solidaires les masses M1 et M2. Lorsqu'une deuxième accélération y2 (figu- re 2b) est appliquée au boîtier dans une direction parallèle à l'axe des broches 1, 3 et dans un sens allant de la deuxième paroi 7 à la première paroi 5, c'est-à-dire en sens inverse de la première accéLéra- tion y1, la masse M2 et la masse M1 se déplacent ensem- bLe vers La paroi 7 dans une position d'actionnement. Le ressort K2 se comprime tandis que Le ressort K1 se détend. Les masses M1 et M2 étant solidaires l'une de L'autre par Les ergots 17 placés dans la gorge 18, lorsque la masse M1 arrive en butée contre La paroi 7, eLle bloque le dépLacement de M2. Toute autre position relative des masses M1 et M2 soLidaires L'une de L'autre, Lors de L'accélération Y2 est envisageabLe. Notamment la masse M2 peut venir en butée sur La paroi 7 limitant ainsi Le dépLacement de La masse M1; dans ce cas un Logement est aménagé dans La paroi 7 pour recevoir Le ressort K2. Le dépLacement des masses M1 et M2 vers La paroi 7 a lieu Lorsque l'accélération Y2 a une vaLeur déterminée, fonction des masses M1 et M2 et de la rai- deur des ressorts K1 et K2 aux forces de frottement près. Le déplacement de la masse M2 vers La paroi 7 permet à la broche 3 de pénétrer dans le trou 10 alors que la broche 1 s'y trouve toujours. On établit donc un contact électrique entre les broches 1 et 3 par l'in- termédiaire des parois 11 de ce trou 10; Le contact est dit fermé. La longueur des broches 1 et 3 utilisées permet de déterminer les positions axiales des ergots 17 et de la gorge 18. En effet, les ergots 17 et la gorge 18 sont disposés de façon que la broche 3 pénètre dans le trou lorsque la masse M1 solidaire de la masse M2 arrive en butée de la paroi 7. Suivant l'utilisation de ce sectionneur, un contact électrique continu ou fugitif peut être établi entre les broches électriques 1, 3 après deux accéléra- tions successives y1 et Y2. Un contact continu est obtenu, soit lorsque L'accélération Y2 est maintenue, en gardant La masse M1 soLidaire de La masse M2, ou apres arrêt de L'accéléra- tion y2 c'est-à-dire au repos, Lorsque Les masses M1 et M2 sont solidaires et Lorsque La raideur des ressorts K1 et K2, La valeur des masses M1 et M2 et la longueur des broches 1 et 3 permettent de maintenir un contact électrique entre les broches 1, 3 et Les parois 11 du trou 10, ou encore en verrouiLLant soit la masse M1 soit La masse M2 sur la paroi 7, les masses M1 et M2 étant solidaires. En revanche, un contact fugitif est obtenu en déverrouillant Les masses M1 et M2 après les accéléra- tions successives y1 et y2, c'est-à-dire après l'éta- bLissement du contact électrique. A cet effet, un système de déverrouiLLage est associé au sectionneur conforme à l'invention. Un exemple de réaLisation de déverrouillage est représenté sur les figures I à 2b. En effet, la gorge 18 comprend un bord 19 incliné, de façon à ce que ladite gorge 18 offre une plus grande ouverture sur la paroi externe de La masse M2. Ainsi, La masse M1 est solidaire de la masse M2 jusqu'à ce que ceLle-ci, par la raideur de son ressort K2, repousse par le bord in- cLiné 19, les ergots 17 qui se rétractent. La masse M2 se Libère alors de la masse M1, le ressort K2 se détend; la broche 3 n'est plus en contact avec les parois 11 du trou 10, Le contact est à nouveau ouvert. Le sectionneur peut aLors au cours de nouvelles accélé- rations successives y1 et Y2 rétablir le contact élec- trique entre Les broches 1, 3. Cet exempte n'est pas limitatif, d'autres systèmes de déverrouillage peuvent être envisagés, no- tamment par L'utilisation d'un électro-aimant repous- sant par son noyau magnétique la masse M2 vers la pre- mière paroi 5, après deux accélérations successives y1 et Y2- Sur la figure 1, trois paires de broches sont représentées dont une paire en trait plein et Les deux autres paires en traits mixtes. Le nombre de paires de broches utilisé dépend de l'utilisation du sectionneur conforme à L'invention. Celui-ci peut comporter de une à plusieurs paires de broches, disposées parallèlement les unes aux autres et à une distance entre elles fonc- tion de leur utilisation. La figure 1 représente un trou 10 par paire de broches mais il est bien entendu que la masse M2 peut comporter des trous communs à plusieurs paires de broches disposées dans un même plan, en fonction de l'utilisation du sectionneur. Les masses M1 et M2 sont de préférence de forme cylindrique, mais d'autres formes notamment pa- rallétélpipédiques peuvent être envisagées. Chacune des masses M1 et M2 peut également être constituée de plu- sieurs masses assemblées notamment de deux masses, l'espacement entre ces deux masses formant respective- ment la chambre 14 et le trou 10. De plus, plusieurs ressorts peuvent être utilisés dans le sectionneur de l'invention. D'autre part, la paroi 9 peut entourer entiè- rement ou en partie Les moyens pour inverser l'état de continuité électrique entre les broches. De plus, des moyens de verrouillage des mas- ses M1 et M2 différents de ceux décrits dans les figu- res 1 à 2b peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. La description ci-dessus est faite en réfé- rence à un exemple de réalisation du sectionneur con- forme à l'invention à contact ouvert au repos et à con- tact fermé après deux accélérations successives y1 et Y2, mais l'inverse est également possible. En effet, en modifiant Les Longueurs des broches 1 et 3, Le section- neur peut être à contact fermé au repos et à contact ouvert après deux accélérations successives Y1 et Y2 Pour cela on utilise une broche 3 plus Longue et une broche 1 plus courte que dans l'exemple de réalisation décrit figures 1 à 2b, de façon à ce que les broches 1 et 3 soient en contact avec les parois 11 du trou 10 au repos, et que la broche I ne soit plus en contact avec les parois 11 de ce trou 10 après deux accélérations successives y1 et y2. De même, avec ce type de section- neur, on peut obtenir un contact continu ou fugitif. Le sectionneur conforme à l'invention peut avoir un encombrement réduit avec un diamètre de l'ordre de 30 mm et une longueur de l'ordre de 70 mm. Il est capable de fonctionner normalement dans un environ- nement thermique allant environ de -25 C à +70 C, dans un environnement mécanique d'accélérations statiques et de bruit blanc. Par contre, insensible aux agres- sions, il ne fonctionne pas dans un environnement acci- dentel tel qu'en haut niveau de chocs, en incendie. Le sectionneur conforme à l'invention permet d'établir entre deux broches électriques, respective- ment dans le cas d'un contact continu ou fugitif, un courant continu de 10 A environ ou impulsionnel de 3000 A environ pendant 2 ps, sous une tension allant de 0 à 4 kV. Les deux accélérations successives y1 et Y2 de sens opposés correspondent respectivement aussi bien à une accélération suivie d'une décélération qu'à une décélaration suivie d'une accélération. Les applications du sectionneur conforme à l'invention sont très larges, un calcul approprié de la valeur des masses, de la raideur des ressorts et de la longueur des broches électriques permet d'adapter le sectionneur de l'invention à un problème déterminé, même en environnement contraignant. REVENDICATIONS 1. Sectionneur accélérométrique, caractérisé en ce qu'il comprend: - un boîtier (5, 7, 9), - au moins une paire de broches de contact électrique (1, 3) en regard dans ledit bottier, et - des moyens mécaniques pour inverser l'état de conti- nuité électrique entre lesdites broches, lesdits moyens comprenant une première masse (M1) logée dans le bottier et sensible à une accélération (y1) du bottier dans un premier sens pour se déplacer dans une position d'armement dans laquelle il est solidai- re automatiquement par des moyens de verrouillage (17, 18), d'une deuxième masse (M2) logée dans le bottier, la première et la deuxième masses (M1, M2) solidarisées par lesdits moyens de verrouillage étant sensibles à une accélération (Y2) du bottier dans un deuxième sens opposé au premier, pour se déplacer dans une position d'actionnement, l'état de continui- té électrique entre Lesdites broches étant inversé par le déplacement de la deuxième masse en position d'actionnement. 2. Sectionneur accélérométrique selon la - reveid1ation 1, caractérisé en ce que le bottier com- prend deux parois d'extrémité (5, 7) dans lesquelles sont montées les broches (1, 3) électriquement isoLées des parois d'extrémité, la première masse (M1) est nor- malement appliquée contre l'une des parois (7) par des premiers moyens élastiques (K1), la deuxième masse (M2) est normalement appliquée contre l'autre paroi (5) par des deuxièmes moyens élastiques (K2). 3. Sectionneur accélérométrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la deuxième masse (M2) comprend un trou (10) dans l'axe de la paire de broches (1, 3) pour mettre en contact électrique lesdites broches (1, 3) par les parois (11) dudit trou (10), lesdites parois (11) étant électriquement isolées de la deuxième masse (M2). 4. Sectionneur accéLérométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première masse (M1) entoure la deuxième masse (M2) et les moyens de verrouillage (17, 18) comprennent au moins un ergot à ressort (17) apte à faire saillie radialement de l'une des masses CM1) pour pénétrer dans une gorge (18) formée dans l'autre masse (M2), lorsque la première masse (M1) est en position d'armement. 5. Sectionneur accéLérométrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que La gorge (18) comprend un bord incliné (19) permettant un déverrouil- lage des deux masses CM1, M2). 6. Sectionneur accëlérométrique selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que des moyens de coulissements (13, 15) sont placés entre les deux masses (M1, N2). 7. Sectionneur accéLérométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier contient un fluide d'amortissement des mouvements des masses (M1, M2). 8. Sectionneur accéLérométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs paires de broches de contact électrique (1, 3) parallèles les unes aux autres, la deuxième masse (M2) comportant au plus un trou (10) par paire de broches (1, 3).