Brevet FR2597658A1 — publié le 19871023

- 1 La présente invention concerne les commutateurs miniatures à rupture brusque. Ils comprennent, à l'intérieur d'un boitier en matière plastique moulée, un mécanisme à lame basculante actionnée par un poussoir extérieur, laquelle, pivotant sur une borne commune, assure la continuité électrique alternativement entre la borne commune et deux bornes distinctes. Les principes de fonctionnement de ces appareils sont bien connus et décrits dans de nombreux brevets. On peut citer à titre d'exemple, les brevets français suivants: n 1 182 508, n 2 072 376, n 2 472 827, no 2 531 262. Leur utilisation comme composants d'automatismes doit satisfaire aux conditions d'agrément des normes internationales, dont en particulier: interchangeabilité, isolation électrique, fiabilité, absence de point d'équilibre, faible force de manoeuvre, fort pouvoir de coupure. Le grand développement du marché ayant induit une forte concurrence, 15 les constructeurs ont été amenés à concevoir des produits du plus faible coût de revient. Pour cela, ces produits doivent comporter un nombre minimum de pièces et dont les formes doivent être compatibles avec les moyens automatiques de fabrication, de montage et de contrôle. Un des mécanismes parmi les plus simples est décrit dans le brevet 20 français n 1 182 508 demandé le 03/09/57. Son principe est rappelé par les figures de la planche 1/4: - La fig. 1 est une vue en coupe du commutateur en position repos; - La fig. 2 est une vue en coupe du commutateur en position travail; - La fig. 3 est une vue en perspective de l'organe de rupture brusque. 25 Ce dispositif comprend, une lame élastique (1) articulée dans les encoches (2) et (3) formées de part et d'autre dans la borne commune (4). La disposition décalées de ces encoches, ainsi que la longueur des bras de la lame (1) déterminent des déformations élastiques de ces bras, créant ainsi une force de réaction sur le poussoir (9) et une force de réaction sur 30 la borne (10) ou contact repos. La fig. 2 montre que le déplacement du poussoir (9) vers le bas provoque le passage brusque du contact mobile (8) de (10) en (11), lorsque la lame dépasse l'encoche (2). La continuité électrique est alors assurée entre la borne commune (4) et la borne (11) ou contact travail. Ce système, qui est très simple, n'a pas de caractéristiques de fontionnement satisfaisantes. En particulier, les forces de contact sur les bornes (10) et (11) ne sont pas équivalentes. Le bras (5) de la lame (1) doit être préalablement plié, voir fig. 3, pour opposer une force de réaction au poussoir (9) sur toute la course de celui-ci. Or en position de travail, voir 40 fig. 2, le bras (5) ainsi armé s'oppose à la force du bras (6) qui appuie - 2 - 2597658 le contact (8) sur la borne (11), diminuant ainsi la force de contact, ceci d'autant plus que la course du poussoir est importante. Cette particularité nuit au bon fonctionnement du commutateur. Dans une autre réalisation récente, pour pallier cet inconvénient, 5 voir planche 2/4 fig. 4 et 5, un ressort (19) a été placé sous une nouvelle lame mobile (18). Celle-ci conserve une forme comparable à la lame (1) de la fig. 3, sans le pliage du bras (5). Le bras (15) de la lame mobile (18) joue dans ce cas le rôle d'une articulation (13), qui est placée de telle sorte que ce bras ait une position à peu près symétrique par rapport à la 10 lame dans ses positions extrêmes. La force d'appui du contact mobile (8) sur les contacts repos (10) et travail (11) est d e à l'armement du bras (16) et est aussi fonction des caractéristiques dimensionnelles et physiques de la lame mobile. Ce principe, qui est un des plus simples existants actuellement sur 15 le marché, présente cependant certains inconvénients. Le passage du courant entre la borne commune (14) et la borne (10) fig. 4, ou la borne (11) fig. 5, se fait principalement par le bras (16). Dans le cas de forte intensité de courant, l'échauffement par effet Joule dans la lame, et la propagation des calories dégagées par la résistance de contact, peuvent nuire, par recuit, 20 aux caractéristiques élastiques de la lame, donc à la fiabilité du produit. On représente habituellement la force d'action sur le poussoir en fonstion de sa course par un diagramme. La fig. 6 montre le diagramme correspondant au type de commutateur représenté à la planche 2/4. La force d'action sur le poussoir augmente de (20) à (21), point de basculement de 25 la lame mobile lorsque les bras (7) dépassent l'encoche (12), le contact mobile (8) passe brutalement de (10) en (11). La force d'action chute au point (22), car elle est diminuée de la force nécessaire à la tension du bras (16). De (22) à (23) la force d'action croit de nouveau régulièrement, jusqu'à ce que le ressort soit totalement comprimé comme le montre la fig 5. 30 Au retour le processus s'inverse, de (23) à (24) la force d'action décroît, quand les bras (7) dépassent l'encoche (12), le contact (8) passe brutalement de (11) en (10). La force d'action est augmentée en (25) de la tension du bras (16), puis décroît de nouveau jusqu'en (20). Dans cette représentation graphique, le déplacement de (10) à (27) s'appelle habituellement la course 35 d'approche, de (27) à (26) l'après-course, et de (27) à (28) la course différentielle. Ce diagramme montre une augmentation relativement importante de la force d'action, ce qui n'est pas favorable pour les commutateurs sensibles o l'on recherche une faible force de manoeuvre. De plus, toute variation importante des forces de commande correspond à une fatigue accrue 40 des organes mécaniques, donc à une diminution de la longévité du produit. - 3 L'invention a pour objet de créer un commutateur à rupture brusque ne présentant pas les défauts précités, ayant une force de manoeuvre modérée et relativement constante, un coût de fabrication bas, un nombre limité de pièces particulièrement adaptées à la fabrication et au montage automatisés, 5 et des performances électriques et mécaniques améliorées donc une plus grande longévité. L'invention représentée à la planche 3/4 fig. 7, 8 et 9 se compose d'une lame mobile (38),articulée dans une encoche (32) d'une borne commune inclinée (34) par sa partie pivotante (36). Cette lame est maintenue en tension par un 10 ressort en forme de lame (35), fixé d'une extrémité par divers moyens connus à la borne commune inclinée (34), et dont l'autre extrémité libre, épaulée, est engagée dans une lumière (33) de la lame mobile (38). Cette configuration a comme particularité, le décollement progressif du ressortlame (35) de la borne (34), au fur et à mesure de l'enfoncement du poussoir (39). Ce qui a 15 pour conséquence de faire varier le point d'encastrement fictif du ressortlame (35) sur la borne (34), qui correspond à leur point de tangence. La propriété caractéristique de ce ressort-lame est de fournir une force de tension relativement constante, car sa longueur active augmente en même temps que sa flexion. Il en résulte que la force de manoeuvre du 20 poussoir varie peu. La forme et les dimensions du ressort-lame et de la lame mobile, leurs caractéristiques physiques, déterminent les valeurs de la force de réaction sur le poussoir et de la force de traction sur la lame mobile dont dépendent les forces d'appui sur les contacts. L'invention s'applique aussi bien aux commutateurs à forte intensité 25 de courant et à grand écartement de contacts, qu'aux commutateurs sensibles à faible force de manoeuvre. Cette aptitude sera mieux comprise à l'examen du diagramme de la fig. 10. Le fonctionnement peut s'effectuer dans une petite plage de forces minimales. En particulier, la force différentielle qui est l'écart de forces entre le point de basculement (41) et le point de retour de 30 basculement (44), est d'une valeur et d'un niveau comparable, à l'écart et au niveau des forces de fonctionnement début et fin de course (49) et (50) . L'invention, par sa construction, permet le passage de courants de forte intensité. La partie centrale (36) de la lame mobile (38) qui est le conducteur principal du courant n'a pas de fonction ressort. En conséquence 35 la lame peut avoir une section suffisante, et être constituée d'un métal ayant une bonne conductibilité électrique. Par contre, le ressort-lame (35) sera formé d'un métal ayant des caractéristiques mécaniques optimales et plus particulièrement celle de résistance à la fatigue, même au détriment de sa conductibilité électrique, car il n'est pas le conducteur principal 40 de courant. - 4 2S97658 L'invention apporte une facilité de montage de l'appareil et améliore son agencement. La lame mobile (38), la borne commune (34) et le ressortlame (35) qui lui est solidaire, constituent un sous-ensemble monobloc homogène. En effet, on peut voir fig. 9, que le ressort-lame, par sa tension, tire la 5 lame mobile dans l'encoche (32) et la maintient dans la position représentée, contre l'arête (40) qui lui sert d'appui. L'extrémité libre du ressort-lame, engagée jusqu'à ses épaulements dans la lumière (33) de la lame mobile, forme avec celle-ci une articulation souple. Ce sousensemble peut s'introduire facilement, dans le boitier du commutateur, manuellement ou avec des moyens 10 automatiques. Le montage ultérieur du contact fixe (30) et du poussoir (39), dégage la lame mobile de son appui (40), et l'arme ainsi pour assurer la pression de contact nécessaire. Ce système de sous-assemblage garantit un auto-centrage de la lame mobile sur la borne commune par la tension du ressort-lame. De ce fait, la largeur de la lame mobile peut être maximale, 15 ce qui est favorable pour les caractéristiques mécaniques et électriques du produit. L'invention porte également sur des particularités de construction, qui permettent à un moindre coût, de résoudre certains problèmes liés à l'assemblage du produit, ainsi qu'au montage de ses accessoires. La planche 20 4/4 fig. 13 et 14 expose le détail de ces caractéristiques. La fig. 11 montre le commutateur, vue de face, équipé à titre d'exemple d'un levier à galet. La fig. 12 le représente, vue de gauche. La fixation de ce type de produit est normalisée, par rapport à l'encombrement extérieur et à la position du poussoir. Elle se fait par les trous (53) et (55), par l'utilisation de 25 vis ou de rivets. L'assemblage du couvercle (58) sur le boitier (57), se fait en général par rivets ou par la fusion de plots lorsque le boitier est en matière thermoplastique. Lorsqu'il est nécessaire d'intervenir, par exemple, après une opération de contrôle, cela pose un problème. La coupe fig. 13 montre un 30 moyen de tenue du couvercle (58) sur le boitier (57), ces pièces sont moulées en matière thermoplastique. Les tenons (54) et (59), voir fig. 11, ainsi que la cheminée (62) du trou de fixation (53) fig. 13, guident et maintiennent le couvercle contre le boitier. Pour cela, la cheminée (62), ainsi que les tenons identiques (54) et (59), se terminent en forme de collerette. Les 35 trous correspondants du couvercle sont coniques et se terminent par un dégagement. Au montage, une pression modérée suffit pour enclencher le couvercle sur le boitier. Ce moyen de fixation tolère éventuellement quelques démontages, et autorise si nécessaire, un soudage par fusion des tenons avec le couvercle. Les cônes dans les tenons sont prévus pour faciliter le 40 démoulage de la collerette sans détérioration de celle-ci. -5 Le montage des leviers, qui sont les accessoires principaux des commutateurs miniatures, doit pouvoir être réalisé aussi par l'utilisateur. La fig. 11 représente, à titre d'exemple, un commutateur équipé d'un levier à galet (51). Ce levier pivote autour d'un axe (60) qui peut, à volonté, être 5 placé dans les autres trous (52) de l'ensemble boitiercouvercle, afin de pouvoir faire varier le rapport de forces et la course d'action du levier. La fig. 14 est une coupe qui montre le même axe (60) utilisé également comme axe de pivotement du galet (61). Cet axe, moulé dans une matière adéquate, grâce à la forme en accordéon de sa partie centrale, peut, sous pression, 10 du fait de son élasticité, être suffisamment réduit en longueur, pour pénétrer dans la chappe formée par le boitier-couvercle ou par le levier. Placé en alignement avec les trous concordants du boitier ou de la chappe du levier, il reprend sa dimension initiale pour servir de pivot au levier (51) et au galet (61). La caractéristique de cet axe est de pouvoir être 15 démonté et remonté sans détérioration, pour changer ou remplacer le levier ou le galet, manuellement, avec des moyens simples. L'utisation des commutateurs miniatures, pour les courants de l'ordre de 16 A sous 220 V alternatif, impose des contacts volumineux pour garantir un nombre suffisant de manoeuvres, évacuer les calories dégagées par la 20 résistance de contact et l'étincelle de rupture. Le meilleur résultat est obtenu avec des contacts que l'on soude électriquement sur leurs supports. Le probléme technique qui se pose alors est de souder sur la lame mobile, dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,1 mm, un deuxième contact en opposition avec un premier contact déjà soudé. La fig. 15 montre que grâce à une 25 largeur optimale de la lame, les contacts peuvent être décalés et soudés électriquement dans les meilleures conditions de fabrication. L'utilisation des commutateurs miniatures pour les courants faibles, exige une résistance de contact aussi réduite que possible. On l'améliore en particulier par l'utilisation de contacts striés pour réaliser plusieurs 30 points de contact. Mais par l'usure et l'érosion de l'étincelle ces stries disparaissent à la longue. La fig. 16 montre une disposition à double contacts qui peut être réalisée grâce à la largeur optimale de la lame. On voit fig. 9 que la lame mobile (64) est fendue sur une certaine longueur, pour permettre une meilleure répartition des forces sur les contacts (63). 35 Ainsi, la résistance de contact globale est vraiment diminuée, quelle-que soit l'usure des contacts. En fait, le dispositif se comporte comme si deux commutateurs fonctionnaient, en parallèle, simultanément. -6 REVENDICATIONS 1 - Commutateur miniature à rupture brusque, équipé ou non d'un levier de commande, comprenant un boitier (57) fermé par un couvercle (58) dans lequel un poussoir fait pivoter, dans une encoche (32) d'une borne commune (34), une lame mobile (38) munie de contacts (8) qui assurent la continuité électrique, 5 alternativement entre la borne commune (34) et l'une des bornes fixes (30) ou (31), caractérisé par un ressort-lame (35) qui, fixé par une extrémité sur la borne commune (34), assure par l'autre extrémité, une traction sur la lame mobile (38) et une force de réaction sur le poussoir (39). 2 - Commutateur selon revendication 1 caractérisé en ce que le ressortlame 10 (35) décolle progressivement de la borne commune inclinée (34), en augmentant sa longueur active, au fur et à mesure de l'enfoncement du poussoir. 3 - Commutateur selon revendication 1 caractérisé en ce qẻ le ressortlame (35) solidaire de la borne commune (34), maintient la lame mobile (38) en position d'équilibre contre l'appui formé par l'arête (40). 4 - Commutateur selon revendication 2 caractérisé en ce que le sousensemble formé par le ressort-lame (35) solidaire de la borne commune (34) et la lame mobile (38), s'introduit dans le boitier du commutateur, en position de fonctionnement, par des moyens manuels ou automatiques. - Commutateur selon revendication 2 caractérisé en ce que le ressort-lame 20 (35) solidaire de la borne commune (34), maintient la lame mobile (38) centrée par rapport à cette borne commune. 6 - Commutateur selon la revendication I caractérisé en ce que les plots de centrage (54) et (59), ainsi que la cheminée (60) du boitier (57) en matière thermoplastique, ont des collerettes qui se compriment au montage du 25 couvercle (58) et qui se liberent ensuite pour le retenir lorsqu'il est en place. 7 - Commutateur avec levier selon la revendication I caractérisé en ce que l'axe en matière thermoplastique (60) du levier (51) et du galet (61) a une partie centrale compressible en forme d'accordéon. 8 - Commutateur selon la revendication I caractérisé en ce que la position des contacts (8) est décalée par rapport à l'axe de la lame mobile (38) pour être soudés, de part et d'autre de celle-ci, indépendamment l'un de l'autre. 9 - Commutateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lame mobile (64) est fendue et forme deux plus petites lames portant chacune 35 des contacts (63). - Commutateur selon la revendication I caractérisé en ce que la lame mobile (38) est faite dans une matière à conductibilité élevée et le ressortlame (35) dans une matière ayant des caractéristiques mécaniques optimales.