Brevet FR2663460A1 — publié le 19911220

À 4 L'invention concerne un déclencheur hydrodynamique pour interrupteur automatique de protection basse tension, dont l'enroulement de déclenchement entoure un cylindre dash-pot en matériau amagnétique rempli de liquide dans lequel est logé un noyau magnétique en forme de piston à entrefer d'amortissement, pouvant coulisser longitudinalement et qui, lorsque l'intensité de courant de déclenchement est atteinte, peut se mouvoir en partant d'une plage extrême exempte de spires du cylindre vers la seconde extrémité de celui-ci contre l'action d'une force de rappel, afin d'actionner un organe déclencheur monté à l'extérieur et servant à actionner l'ouverture de l'interrupteur. Un tel déclencheur est connu selon la DE-GM 8032413 Le déclencheur connu est un déclencheur à surintensité, dans lequel le cylindre dash-pot assure la temporisation de déclenchement souhaitée en fonction de l'intensité du courant, par le refoulement du liquide amortisseur de la section avant vers la section arrière du noyau magnétique mobile Comme organe déclencheur, il est prévu une armature à bascule sur la seconde extrémité du cylindre, laquelle est seulement attirée lorsque le noyau magnétique mobile a terminé sa course en renforçant ainsi le champ magnétique à l'extrémité du cylindre. Pour le cas de court-circuit, un autre déclencheur est nécessaire, qui réagit sans aucune temporisation De tels déclencheurs rapides de courtscircuits renchérissent le dispositif d'interrupteur et nécessitent une place supplémentaire. L'objet de l'invention est de réaliser un déclencheur du type mentionné au début, pouvant fonctionner aussi bien comme déclencheur de surintensité avec une temporisation fonction de l'intensité, que comme déclencheur instantané de court-circuit, et qui de ce fait rend superflu l'emploi de deux déclencheurs distincts. Selon l'invention, cet objectif est atteint du fait que l'organe déclencheur consiste en un poussoir en matériau ferromagnétique pouvant coulisser coaxialement par rapport au noyau magnétique, et qui est fixé au fond pratiquement rigide prévu dans la membrane en forme de pot introduite préalablement dans la seconde extrémité du cylindre, que dans la membrane en forme de pot est monté rigidement un second noyau magnétique en forme de manchon dont l'alésage est d'un diamètre supérieur à celui du poussoir avec un évasement conique de l'extrémité intérieure, que le premier noyau magnétique porte une saillie conique dont la forme et la dimension correspondent à l'évasement conique de l'alésage du second noyau magnétique, et que la membrane en forme de pot présente entre la chemise entourant le 2- second noyau magnétique et le fond rigide une plage intermédiaire élastique, qui lors de la course de déclenchement du premier noyau magnétique est déformable à partir de cette position initiale bombée sous l'action de la poussée du fond de la membrane avec le poussoir vers une position d'appui sur la surface frontale intérieure de second noyau magnétique, étant précisé que le cylindre dash-pot est fermé sur le premier côté par un élément élastique et que le matériau magnétique du poussoir est d'une composition telle, qu'il soit saturé magnétiquement en cas de courant de déclenchement dans la plage du court-circuit. Le déclencheur selon l'invention est fondamentalement différent du déclencheur connu décrit plus haut de fait que l'organe déclencheur est sollicité par le noyau magnétique dans le cylindre dash-pot, non pas magnétiquement, mais mécaniquement Aussi longtemps que l'intensité du courant de déclenchement se situe dans la plage des surintensités, le champ magnétique de l'enroulement de déclenchement exerce une force de retenue sur le poussoir, opposée à la pression du liquide sur le fond de la membrane en forme de pot due au premier noyau magnétique du cylindre dash-pot, et qui augmente en cas d'accroissement du courant proportionnellement à cette pression Cette force de retenue n'est vaincue que lorsque le noyau magnétique mobile atteint avec sa saillie conique le fond de la membrane et transmet alors directement la pression exercée par le champ magnétique sur le poussoir Cette pression augmente du fait de l'amoindrissement consécutif de l'entrefer lors de l'introduction de la saillie conique dans l'évasement conique de l'alésage, en assurant ainsi à la fin de la temporisation conditionnée par le refoulement du liquide, un déplacement du poussoir avec ouverture instantanée de l'interrupteur Si par contre le courant augmente dans l'enroulement de déclenchement jusqu'à la valeur de court-circuit, le poussoir subit d'abord une saturation magnétique, et la force de retenue dont il a été question ne peut plus croître davantage Mais plutôt la force croissante du noyau magnétique mobile crée une onde de choc dans le liquide, laquelle heurte le fond de la membrane en forme de pot et amène celui-ci instantanément en position d'appui contre le noyau magnétique en forme de manchon Dans ces conditions le poussoir est également repoussé immédiatement en direction du déclenchement, et ouvre les contacts de l'interrupteur sans temporisation, comme un déclencheur rapide de court-circuit. Pour la réalisation pratique du déclencheur conforme à l'invention, il s'est avéré avantageux que la surface du fond de la membrane en forme de pot soit approximativement un tiers au moins de la section du premier noyau magnétique Dans ces conditions, en cas de court-circuit, le poussoir est -3- déplacé dans la position de déclenchement à une vitesse environ triple de celle du noyau magnétique mobile. Selon une autre caractéristique d'exécution de l'invention, le poussoir est introduit dans un appendice en forme de collerette du fond de la membrane et y est bloqué par exemple par collage L'appendice en force de collerette peut présenter une extension avec un épaulement, contre lequel s'appuie l'une des extrémités d'un ressort de rappel et dont l'autre extrémité bute contre le couvercle de fermeture du cylindre, prévu en matériau amagnétique et doté d'au moins un orifice de purge d'air, ce couvercle recouvrant l'extrémité extérieure du second noyau magnétique Le couvercle de fermeture du cylindre peut en outre être prévu avec un alésage de guidage du poussoir, et le cylindre dash-pot peut présenter une collerette servant à la fixation du couvercle de fermeture du cylindre. Les dispositifs décrits plus haut relatifs au déclencheur objet de l'invention assurent des conditions particulièrement favorables à un renforcement du champ magnétique, par concentration des lignes de force magnétique Ceci est concrétisé selon une autre caractéristique de l'invention du fait qu'entre la collerette et le couvercle de fermeture du cylindre est inséré une plaque en matériau ferromagnétique avec une ouverture pour le passage du second noyau magnétique, sur laquelle sont fixées les extrémités des branches d'une armature magnétique formant un U longitudinal entourant l'enroulement de déclenchement, et dont la traverse est prévue avec une ouverture enserrant la chemise du cylindre dash-pot En outre, l'ouverture est de préférence entourée d'une collerette emboutie dans le matériau de la traverse, qui à son tour enserre un manchon en deux pièces de matériau ferromagnétique qui est monté dans une rainure plate allongée de la chemise tubulaire du cylindre dash-pot, et s'étend axialement jusqu'à l'intérieur de l'enroulement de déclenchement De cette manière on obtient même avec de faibles dimensions du déclencheur un champ magnétique important et par conséquent une course de déclenchement énergique. Encore une autre caractéristique d'exécution de l'invention prévoit que l'organe élastique de la première extrémité du cylindre est aussi une membrane en forme de cuvette introduite par le fond dans le cylindre et serré par un capuchon fermant l'extrémité du cylindre et pourvu d'au moins un orifice de purge d'air. Le cylindre dash-pot conforme à l'invention peut être positionné verticalement de sorte que la force de rappel du premier noyau magnétique soit créée au moins partiellement par la pesanteur Dans certains cas particuliers il peut cependant s'avérer avantageux que pour créer cette force 4- de rappel, un ressort à boudin soit prévu De cette façon, non seulement l'action de la pesanteur est renforcée en cas de positionnement vertical, mais le déclencheur est alors utilisable en position horizontale en dimensionnant de façon appropriée le ressort, ce qui offre une plus grande liberté de construction. Un exemple d'exécution préféré de déclencheur hydrodynamique conforme à l'invention est décrit dans ce qui suit, avec références au dessin, dont: Fig 1 représente à une échelle grossie environ six fois une coupe longitudinale par le déclencheur en position de repos, avec également comme variante à la position de rappel uniquement par la pesanteur, une modification à l'aide d'un ressort de rappel complémentaire pour le noyau magnétique mobile, Fig 2 est la vue du dessus de fig 1, Fig 3 représente la même coupe longitudinale que dans la fig 1, en une position intermédiaire lors de la réaction temporisée par une surintensité, à un moment o le noyau magnétique mobile touche justement le fond de la membrane en forme de pot, Fig 4 représente la même coupe longitudinale que dans la fig 3, après accession à la position extrême de déclenchement, et Fig 5 représente la même coupe longitudinale que dans les figures précédentes en cas de déclenchement instantané pour court- circuit. Le déclencheur représenté sur le dessin comprend essentiellement un enroulement de déclenchement 10 réalisé en fil de cuivre massif, un cylindre dash-pot 12 entouré sur une partie de sa longueur par cet enroulement, et rempli d'un liquide amortisseur, en particulier d'huile silicone, un premier noyau magnétique 14 mobile dans le cylindre grâce au champ magnétique de l'enroulement, avec refoulement freiné du liquide entre une position de repos à l'une des extrémités du cylindre et la seconde extrémité du cylindre. une membrane en forme de pot 16 fermant la seconde extrémité du cylindre, un second noyau magnétique 18 en forme de manchon introduit fermement de l'extérieur dans la membrane en forme de pot 16 fermant l'extrémité du cylindre, et -5 - un poussoir de déclenchement 20 fixé au centre de la membrane en forme de pot, et qui traverse le second noyau magnétique en forme de manchon 18 coaxialement et avec du jeu radial. Pour la fermeture du circuit magnétique en-dehors de l'enroulement 10 dans du fer, il est prévu en outre une plaque 22 solidaire par un alésage du second noyau magnétique 18, ainsi qu'une armature en forme d'U 24 en matériau ferromagnétique emprisonnant l'enroulement de déclenchement, les extrémités des branches de l'armature étant reliées à la plaque 22, et la traverse de l'armature étant prévue avec une ouverture 26 dotée d'une collerette emboutie, enserrant le cylindre dash-pot à l'extérieur de l'enroulement de déclenchement. Une vue plus détaillée se dégage de la construction ci-après Le cylindre dash-pot 12 consiste en une chemise tubulaire 28 en matériau amagnétique comme, en particulier, une matière plastique présentant un faible coefficient de dilatation, et à la (première) extrémité inférieure est verrouillé un capuchon 30 en matériau identique Le capuchon 30 est prévu avec un orifice de purge d'air 32 Entre le capuchon 30 et la chemise tubulaire 28 est serré de façon étanche aux liquides le bord renforcé 34 d'une membrane usuelle en forme de cuvette 36, qui sert à fermer élastiquement l'extrémité inférieure de la chemise tubulaire 28. A l'extrémité supérieure de la chemise tubulaire 28 est moulée une collerette rectangulaire 38 sur laquelle sont rivés la plaque 22 et un couvercle de fermeture 40 en matériau plastique Les rivets peuvent consister en tétons moulés sur la collerette 38 et qui sont bouterollés extérieurement après traversée des orifices de la plaque 22 et du couvercle 40 pour former des têtes 42. L'étanchéité du cylindre dash-pot 12 à l'extrémité supérieure de la chemise tubulaire 28 s'effectue à l'aide de la première membrane en forme de pot 16, qui est constituée d'une manière spéciale Un renforcement sous forme de bourrelet 48 au bord de l'entrée de la membrane en forme de 16 est monté dans une rainure intérieure à l'extrémité supérieure de la chemise tubulaire 28 et est maintenu en position par la plaque 22 de façon étanche au liquide. La chemise 50 de la membrane en forme de pot 16 s'étend le long de la surface interne de la chemise tubulaire 28 vers l'autre extrémité du tube et est maintenue en position par le (second) noyau magnétique en forme de manchon 18 Le second noyau magnétique 18 présente à sa périphérie une rainure annulaire 52, dans laquelle le bord de l'ouverture de la plaque 22 est inséré par refoulement du matériau de la plaque De cette façon, le noyau magnétique en forme de manchon 18 est immobilisé à l'intérieur de la membrane en forme -6- de pot 16 Le bout du noyau magnétique 18 dépassant à l'extérieur est logé dans un embouti 54 prévu dans le couvercle de fermeture 40. Au bout de la chemise 50 de la membrane en forme de pot 16, se raccorde dans la plage à l'extérieur du noyau magnétique 18, une section intermédiaire conique 56, dont la partie inférieure 58 est retroussée et raccordée axialement au fond de la membrane 60 Le fond de cette membrane 60 est renforcé du côté extérieur du cylindre dash-pot 12 par un appendice en forme de collerette 62 centrée dans un rétrécissement annulaire 64 à l'intérieur du noyau magnétique en forme de manchon 18 Un évasement conique 66 se raccorde axialement au rétrécissement annulaire 64, tandis que la partie extérieure de l'alésage est prévue cylindrique La partie intérieure de l'appendice en forme de collerette 62 du fond de la membrane 60 comporte une saillie 68 émergeant du diamètre et retenant par sa partie rétrécie l'extrémité du poussoir 20, qui est fixé alors par un moyen approprié, par exemple par collage, tandis que la partie externe sert de butée à l'extrémité d'un ressort de rappel 70 qui est inséré entre la saillie 68 et le couvercle de fermeture 40, sous pré-tension Un circlips 72 monté à l'extrémité extérieure du poussoir 20 évite que celui-ci se dégage de l'orifice de guidage 46. Le premier noyau magnétique 14 est monté dans la chemise tubulaire 28 avec un faible jeu radial, d'o création d'un entrefer amortisseur, par lequel le liquide dash-pot peut s'infiltrer dans le cylindre 12 lors du déplacement du noyau magnétique 14 A la place d'un tel entrefer amortisseur périphérique, il est possible également de disposer, en un seul ou en plusieurs points de la périphérie du noyau magnétique formant piston, une rainure axiale, ou encore le piston peut comporter un ou plusieurs orifices axiaux, qui alors forment l'entrefer amortisseur Le premier noyau magnétique 14 porte en outre sur sa face frontale opposée au second noyau magnétique 18 une saillie conique 74, dont la forme et la dimension correspondent à l'évasement conique 66 de l'alésage du second noyau magnétique. La traverse de l'armature 24 enserre par son ouverture bordée d'une collerette 26 un manchon en deux pièces 76 monté dans une rainure plate périphérique de la chemise tubulaire 28, et comme le montre la fig 1, ce manchon s'étend jusqu'à l'intérieur de l'enroulement de déclenchement au niveau de l'extrémité avant du noyau magnétique 14 lorsque celui-ci est en position de repos, et du fait du rétrécissement de la chemise tubulaire 28 dans cette plage, entoure le noyau magnétique mobile 14 avec un entrefer relativement faible. La liaison de la plaque 22 avec l'armature 24 est réalisée de part et d'autre par deux languettes 78 prévues sur les bords opposés de la plaque 1. -7- rectangulaire 22, et qui sont insérées dans des fentes appropriées aux extrémités des branches de l'armature, lorsque celles-ci légèrement évasées au début du montage sont alors resserrées en orientation parallèle- Le fonctionnement du déclencheur est comme suit: Aussi longtemps que le courant circulant dans l'interrupteur de protection enclenché ne dépasse pas l'intensité nominale, la force de pesanteur exercée sur le noyau magnétique maintient celui-ci dans la position de repos à la première extrémité du cylindre dash-pot 12, comme indiqué sur la fig l Simultanément le poussoir de déclenchement 20 est soumis à une force magnétique agissant en sens opposé, celui-ci est arrêté par le circlips 72 à son extrémité. Si alors le courant augmente dans l'enroulement de déclenchement 10 par suite d'un défaut dans l'appareil branché jusqu'à une valeur de 1,25 fois l'intensité nominale de l'interrupteur par exemple, le noyau magnétique 14 commence à se mouvoir vers le haut avec une force croissante, en refoulant le liquide amortisseur se trouvant devant lui vers l'arrière à travers l'entrefer Le poussoir 20 conserve alors pour commencer sa position de repos indiquée sur la fig 1, du fait que la force de retenue du champ magnétique engendré par l'enroulement de déclenchement croît également et continue d'augmenter au fur et à mesure que les noyaux magnétiques se rapprochent. Après un certain parcours, la saillie conique 74 du noyau magnétique 14 bute contre le fond 60 de la membrane en forme de pot 16 (fig 3), et transmet directement la force engendrée par le champ magnétique sur le fond de la membrane Comme cette force est un multiple de la force de retenue du poussoir 20, le fond de la membrane 60 avec le poussoir 20 sont entraînés par le noyau magnétique 14, et la section intermédiaire conique 56 de la membrane en forme de pot 16 se retrousse jusqu'à ce qu'elle s'applique contre le côté frontal ou respectivement la surface de l'évasement conique 66 du noyau magnétique fixe (fig 4) Cette action s'effectue avec une force croissante, étant donné que l'entrefer entre les noyaux magnétiques 14 et 18 diminue rapidement lors de l'introduction de l'appendice en forme de collerette 62 dans l'évasement conique de l'alésage 66 De ce fait, sur le poussoir 20 s'exercera aussi une force élevée correspondante pour la coupure de l'interrupteur. Si alors se produit à la place d'une surintensité pouvant atteindre selon les normes cinq fois le courant nominal de l'interrupteur, un courant de courtcircuit dans l'interrupteur et ainsi dans l'enroulement de déclenchement 10, le champ magnétique engendré par l'enroulement de déclenchement exercera alors une très grande force sur le noyau magnétique 14 a" ^z 8 mobile, lequel engendre alors dans le liquide une onde de choc correspondante en direction du fond 60 de la membrane en forme de pot 16 Par suite du choix du matériau ferromagnétique du poussoir 20, ce dernier sera saturé bien avant que soit atteint le courant de court-circuit maximum, de sorte que la force de retenue du poussoir n'augmente plus en cas d'accroissement supplémentaire du courant De ce fait, le fond 60 de la membrane en forme de pot 16 ne peut également pas résister à l'onde de choc dans le liquide amortisseur, et la membrane en forme de pot 16 seule cédera sous la pression du liquide en adoptant la position indiquée sur la fig 5, dans laquelle le poussoir 20 actionne instantanément l'interrupteur. La remise du déclencheur en position initiale peut se faire à l'aide du ressort de rappel 70 et de la pesanteur agissant sur le noyau magnétique 14. Le poussoir 20 avec la membrane en forme de pot 16 peut cependant être remis en position de repos également par l'extérieur lors d'un nouveau ré- enclenchement de l'interrupteur de protection Au lieu de la pesanteur seule il est aussi possible d'utiliser comme variante le ressort de réarmement 80 indiqué dans la fig 1 Ce ressort de réarmement 80 rend possible en particulier un positionnement horizontal du déclencheur également. 9 2663460 REVENDICATIONS 1 Déclencheur hydrodynamique pour interrupteur automatique de protection basse tension, dont l'enroulement de déclenchement entoure un cylindre dash-pot en matériau amagnétique dans lequel est logé un noyau magnétique en forme de piston à entrefer d'amortissement, pouvant coulisser longitudinalement et qui, lorsque l'intensité de courant de déclenchement est atteinte, peut se mouvoir en partant d'une plage extrême exempte de spires du cylindre vers la seconde extrémité de celui-ci contre l'action d'une force de rappel, afin d'actionner un organe déclencheur monté à l'extérieur, caractérisé par le fait que l'organe déclencheur consiste en un poussoir ( 20) en matériau ferromagnétique pouvant coulisser coaxialement par rapport au noyau magnétique, et qui est fixé au fond pratiquement rigide ( 60) prévu dans la membrane en forme de pot ( 16) introduite préalablement dans la seconde extrémité du cylindre, que dans la membrane en forme de pot ( 16) est monté rigidement un second noyau magnétique ( 18) en forme de manchon dont l'alésage est d'un diamètre supérieur à celui du poussoir avec un évasement conique de l'extrémité intérieure ( 66), que le premier noyau magnétique ( 14) porte une saillie conique dont la forme et la dimension correspondent à l'évasement conique ( 66) de l'alésage du second noyau magnétique ( 18), et que la membrane en forme de pot ( 16) présente entre la chemise ( 50) entourant le second noyau magnétique ( 18) et le fond rigide ( 60) une plage intermédiaire élastique ( 56), qui lors de la course de déclenchement du premier noyau magnétique ( 16) est déformable à partir de cette position initiale bombée, sous l'action de la poussée du fond de la membrane ( 60) avec le poussoir ( 20), vers une position d'appui sur la surface frontale intérieure du second noyau magnétique ( 18), étant précisé que le cylindre dash-pot ( 12) est fermé sur le premier côté par un élément élastique ( 36) et que le matériau magnétique du poussoir ( 20) est d'une composition telle qu'il soit saturé magnétiquement en cas de courant de déclenchement dans la plage du court-circuit. 2 Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface du fond de la membrane en forme de pot ( 60) est approximativement un tiers au moins de la section transversale du premier noyau magnétique ( 14). 3 Déclencheur hydrodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le poussoir ( 20) est introduit dans un appendice en forme de collerette ( 62) du fond de la membrane ( 60) et y est bloqué. t - 4 Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'appendice en forme de collerette ( 62) présente une extension avec un épaulement ( 68), contre lequel s'appuie l'une des extrémités d'un ressort de rappel ( 70) et dont l'autre extrémité bute contre le couvercle de fermeture du cylindre ( 40) prévu en matériau amagnétique et doté d'au moins un orifice de purge d'air ( 44), couvercle recouvrant l'extrémité extérieure du second noyau magnétique ( 18). Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le couvercle de fermeture ( 40) du cylindre est prévu avec un alésage de guidage du poussoir ( 46). 6 Déclencheur hydrodynamique selon les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le cylindre dash-pot ( 12) présente une collerette ( 38) servant à la fixation du couvercle de fermeture du cylindre ( 40). 7 Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une plaque ( 22) en matériau ferromagnétique est disposée entre la collerette ( 38) et le couvercle de fermeture du cylindre ( 40) avec une ouverture pour le passage du second noyau magnétique ( 18), et sur laquelle sont fixées les extrémités des branches d'une armature magnétique ( 24) formant un U longitudinal entourant l'enroulement de déclenchement ( 10) et dont la traverse est prévue avec une ouverture ( 26) enserrant la chemise ( 28) du cylindre dash-pot. 8 Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'ouverture ( 26) présente une collerette emboutie dans le matériau de la traverse. 9 Déclencheur hydrodynamique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la collerette entoure un manchon en deux pièces ( 76) en matériau ferromagnétique, qui est monté dans une rainure plate allongée de la chemise tubulaire ( 28) du cylindre dash-pot et s'étend axialement jusqu'à l'intérieur de l'enroulement de déclenchement ( 10). 10 Déclencheur hydrodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément élastique de la première extrémité du cylindre est aussi une membrane en forme de cuvette ( 36) préalablement introduite par le fond dans le cylindre et serré par un capuchon ( 30) fermant l'extrémité du cylindre et pourvu d'au moins un orifice de purge d'air ( 32). 11 Déclencheur hydrodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le cylindre dash-pot ( 12) est positionné verticalement, la force de rappel du premier noyau magnétique ( 14) étant ainsi créée au moins partiellement par la pesanteur. il 2663460 12 Déclencheur hydrodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier noyau magnétique ( 14) est chargé par au moins une partie de la force de rappel créée par le ressort à boudin ( 80).