Brevet FR2612723A1 — publié le 19880923

CARTOUCHE ELECTRIQUE CHAUFFANTE A DOUBLE ISOLEMENT ET SON PROCEDE DE FABRICATION Dans les appareils domestiques ou industriels comprenant une cartouche électrique chauffante, il est bien entendu nécessaire de prévoir une isolation électrique, d'une part pour la protection et la sécurité des personnels impliqués dans l'utilisation et/ou la manipulation de l'appareil et, d'autre part, pour éviter les pannes électriques et leurs conséquences parfois désastreuses au cas cù l'un des composants électriquement actifs vient au contact d'un autre composant métallique de l'appareil ou encore que l'isolation électrique ne remplit plus son office. On connait des éléments chauffants de forte puissance dans lesquels l'élément chauffant est un fil résistant bobiné sur un noyau central en matériau isolant diélectrique et ensemble ainsi bobiné est monté dans un tube protecteur métallique, destiné à être mis à la terre, avec interposition d'un matériau électriquement isolant entre l'ensemble bobiné et le tube protecteur. Lorsqu'on exige un double niveau d'isolement, et les règlements de sécurité l'imposent de plus en plus souvent, on utilise habituellement un ensemble de montage comprenant une ou plusieurs pièces en matériau diélectrique entre le tube protecteur et le reste de la structure sur laquelle est montée la cartouche. Cependant, cet ensemble de montage est réalisé fréquemment en matériau fragile, comme par exemple de la stéatite, de sorte que la tenue dans le temps du double isolement est assez aléatoire. Pire encore, certains utilisateurs omettent parfois tout simplement de prévoir un ensemble de montage isolant. Lorsque la cartouche chauffante est utilisée dans un appareil réchauffeur d'eau il est particuliere- ment malaisé d'assurer à la fois une étanchéité et une isolation électrique entre la cartouche chauffante et le corps de l'appareil. La presente invention vise à remédier à ces inconvenients et, à cet effet, elle propose une cartouche électrique chauffante à double isolement, comprenant un élément chauffant reçu dans un tube protecteur métallique destiné à être mis à la terre, avec interposition d'un enrobage en matériau électriquement isolant entre l'élément chauffant et le tube protecteur, caractérisé en ce que le sous-ensemble, formé par le tube protecteur, l'élément chauffant et le matériau isolant interposé, est reçu dans un tube enveloppe, également avec interposition d'un second enrobage en matériau électriquement isolant entre le tube protecteur et le tube enveloppe. De préférence, le matériau électriquement isolant est de la poudre de magnésie compactée. Avantageusement, ce compactage est assuré par écrasement ou rétreint du tube enveloppe. Divers détails et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cartouche électrique chauffante conforme à l'invention ; et - les figures 2a à 2e sont des vues schématiques illustrant le procédé de fabrication de cette cartouche chauffante. La cartouche chauffante 10 illustrée à la figure 1 comporte successivement, depuis l'intérieur vers l'extérieur une âme 12 centrale, rigide, de forme sensiblement cylindrique, en matériau électriquement isolant, comme par exemple de la magnésie ou de l'alumine, et traversée dans toute sa longueur par deux fils d'alimentation électrique 14, 16 qui dépassent de l'ame à une extrémité pour assurer le raccordement à une source de courant (non représentée) ; . un fil résistant 18 bobiné autour de l'âme et relié à ses deux extrémités aux fils d'alimentation 14, 16 ;; un enrobage 20 diélectrique, par exemple en poudre de magnésie, entourant le fil bobiné, ainsi que diverses bagues 22 ou cales 24 formant entretoises autour du fil bobiné et à une extrémité de celui-ci, en matériau diélectrique rigide ; . un tube protecteur 26 métallique entourant l'enrobage 2C, ce dernier étant emprisonné et compacté entre le fil bobiné et le tube protecteur comme on le verra par la suite.Le tube protecteur est destiné å être mis à la terre pour des raisons de sécurité en cas de détéricration de la résistance, claquage de l'isolant, apparition de courants de fuite à travers celui-ci, etc.. ; un second enrobage 28 diélectrique, par exemple également en poudre de magnésie, entourant le tube protecteur, ainsi que diverses bagues 30 ou cales 32 formant entretoises autour du tube protecteur et à une extrémité de celui-ci, en matériau diélectrique rigide ; et enfin un tube enveloppe 34 métallique entourant l'enrobage 28, ce dernier étant emprisonné et compacté entre les deux tubes comme on le verra par la suite. Les deux tubes 26, 34 comportent des fonds 27, 35, du même côté à l'extrémité opposée aux fils de raccordement vers une source de courant, ces fonds étant légèrement bombés vers l'intérieur comme on le verra par la suite. Enfin, du côté des extrémités ouvertes des tubes et des fils de raccordement, la cartouche 10 comporte une couche de bouchage 36 réalisée en matériau diélectrique choisi en fonction de la plage de température de fonctionnement, comme par exemple : du néoprène pour fonctionnement basse température une colle spéciale pour moyennes températures un ciment pour fonctionnement haute température. L'avantage d'une telle cartouche est de ccmporter un double isolement dans la cartouche elle-même, ce qui évite d'avoir à réaliser un second isolement autour de la cartouche, avec les inconvénients cités en introduction. Le procédé de fabrication de cette cart-ouche est décrit en se référant aux figures 2a à 2e successivement 2a. bobinage du fil résistant 18 autour de l'amie 12 ; 2b. insertion de l'ensemble bobiné dans le tube protecteur 26 avec interposition des bagues 22 et cale 24 entretoise et remplissage à l'aide de poudre de magnésie formant enrobage 20 ; 2c. compactage de l'enrobage 20 par écrasement (flèches e) du tube protecteur 26 (ou rétreint dudit tube), le taux d'écrasement étant de préférence de l'ordre de 20% afin de conférer à la poudre de magnésie une conductibilité thermique optimale et une certaine rigidité. Bien entendu, les bagues 22 et cales 24 entretoise subissent également le compactage et seront donc réalisées en un matériau friable. Pour éviter l'échappement intempestif de l'enrobage par l'extrémité ouverte du tube protecteur, on applique avant écrasement une couche de doublage en néoprène, laquelle pourra subsister sur la cartouche pour les applications basse température, ou être supprimée et remplacée par une couche appropriée pour les applications moyenne et haute température. Lors de l'écrasement, on notera que le fond 27 bombé du tube protecteur 26 se déforme vers l'intérieur en améliorant le compactage de l'enrobage 20. De plus, l'écrasement est conduit en priorité du côté de l'extrémité ouverte du tube, de telle sorte que le compactage de l'entretoise 22 et de la magnésie dans cette région forme un bouchon qui s'oppose à l'échappement de l'enrobage. 2d. le tube protecteur 26 est introduit dans le tube enveloppe 34 avec interposition des bagues 30 et cales 32 entretoise et remplissage à l'aide de poudre de magnésie formant enrobage 28 2e. compactage de l'enrobage 28 par écrasement (flèches E) du tube enveloppe 34 (ou rétreint dudit tube), le taux d'écrasement étant également de préférence de l'ordre de 20%. Les autres remarques relatives à la phase d'écrasement 2c s'appliquent également à la présente phase 2e. Les opérations de finition de la cartouche peuvent faire l'objet de nombreuses variantes application d'une couche de bouchage du côté de l'extrémité ouverte des tubes, comme il a déjà été évoqué. En complément, pour les applications à très haute température, on pourra prévoir une tête céramique (non représentée) rapportée et solidarisée à l'aide du ciment constituant La couche de bouchage ; fixation d'une bague de montage autour du tube enveloppe, du côté de l'extrémité ouverte, cette fixation étant assurée par collage, sertissage, ou tout autre moyen convenable ; usinage et/ou rectification de la surface extérieure du tube enveloppe. En effet, à la fin de la phase d'écrasement, la surface extérieure du tube enveloppe présente des irrégularités et, en particulier, un retrécissement légèrement plus important au voisinage des deux extremités. On confère donc au tube enveloppe un diamètre exterieur régulier et bien déterminé par une opération d'usinage et/ou de rectification. REVENDICATIONS 1. Cartouche électrique chauffante (10) à double isolement, comprenant un élément chauffant (18) reçu dans un tube protecteur (26) métallique destiné à être mis à la terre, avec interposition d'un enrobage en matériau électriquement isolant (20) entre l'élément chauffant et le tube protecteur, caractérisé en ce que le sous-ensemble, formé par le tube protecteur (26), l'élément chauffant (18) et le matériau électrique (20) interposé, est reçu dans un tube enveloppe (34), également avec interposition d'un second enrobage en matériau électriquement isolant (28) entre le tube protecteur et le tube enveloppe. 2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier (20) et second (28) enrobages sont formés en matériau pulvérulent compacté. 3. Cartouche selon l'une ou l'autre des revendfcations 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de bouchage (36) à l'extrémité du tube protecteur et du tube enveloppe. 4. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier (20) et second (28) enrobages comprennent des éléments rigides formant entretoises (22, 24, 30, 32). 5. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le tube protecteur (26) et le tube enveloppe (34) comportent des fonds (27, 35) bombés vers l'intérieur. 6. Procédé de fabrication d'une cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) bobinage d'un fil résistant (18) autour d'une ame (12) cylindrique rigide en matériau diélectrique ; b) introduction de l'ensemble fil bobiné-âme dans un tube protecteur (26) avec remplissage intermédiaire avec un enrobage (20) comprenant une poudre de matériau diélectrique ; c) écrasement (e), ou rétreint du tube protecteur (26) résultant en un compactage de la poudre d'enrobage (20) ; d) introduction du tube protecteur (26) ainsi écrasé dans un tube enveloppe (34) avec remplissage intermédiaire avec un second enrobage (28) comprenant une poudre de matériau diélectrique ; ; e) écrasement (E) ou rétreint du tube enveLoppe (34) résultant en un compactage de la poudre d'enrobage (28). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les opérations d'écrasement (e, E) sont conduites en priorité du côté de l'extrémité ouverte du tube protecteur (26) et du tube enveloppe (34) respectivement. 8. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'application d'une couche de bouchage (36) du côté de L'extrémité ouverte des tubes (26, 34). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une opération d'usinage et/ou rectification de la surface extérieure du tube enveloppe (34).