Brevet FR2664092A1 — publié le 19920103

-1 La présente invention concerne, de façon générale, les fusibles, et en particulier les fusibles rapides. Les fusibles rapides sont utilisés depuis de nombreuses années pour la protection ou l'isolement de composants à semiconducteurs tels que les diodes et les thyristors Le facteur de sécurité de ces composants à semiconducteurs est très réduit, et ils peuvent être très rapidement détériorés lorsqu'ils sont soumis à des courants excessifs Un fusible conçu pour protéger des composants à semiconducteurs doit donc permettre une ouverture rapide du circuit Les fusibles rapides ont une très faible capacité thermique et ouvrent le circuit en une durée de l'ordre de 0,001 à 0,004 seconde en réponse à un court-circuit. Les fusibles rapides que l'on peut trouver actuellement sur le marché présentent des inconvénients car ils ont été conçus au fil des années pour répondre à des besoins spéci- fiques, ce qui donne un très grand nombre de fusibles diffé- rents réalisés avec des formes et des dimensions différentes pour satisfaire les gammes de tension et de courant que l'on peut s'attendre à rencontrer On peut avoir besoin de plu- sieurs centaines de pièces détachées et de sous-ensembles différents pour de tels fusibles Il serait donc souhaitable de pouvoir fabriquer des fusibles comprenant des éléments normalisés afin de réduire le nombre total de pièces déta- chées que l'on doit garder en stock pour fabriquer une série complète de fusibles rapides. Dans de nombreuses applications, on a besoin d'utiliser une pluralité de fusibles, généralement montés côte à côte très près les uns des autres De nombreux utilisateurs sou- haitent monter plusieurs fusibles aussi rapprochés que possible les uns des autres Les fusibles rapides de l'art antérieur comportent des flasques d'extrémité métalliques qui sont mécaniquement et donc électriquement reliés aux bornes de montage portées par le tube isolant au moyen de goupilles métalliques qui affleurent juste à la surface du tube et qui ne sont pas scellées En conséquence, en uti- lisation dans un circuit électrique, les goupilles sont au même potentiel électrique que les bornes et les flasques d'extrémité Habituellement, dans les applications électri- ques en triphasé, on utilise un fusible sur chaque phase, ces fusibles étant montés à côté les uns des autres aussi rapprochés que possible afin de ménager suffisamment d'espace à l'intérieur de l'équipement Les normes indus- trielles imposent un intervalle minimum entre éléments sous tension, et imposent un intervalle minimal dans l'air entre éléments raccordés à une phase ou sous tension en fonction de la tenue en tension Comme les goupilles sont sous ten- sion et qu'elles affleurent en surface du tube, cette dis- tance minimale se mesure entre surfaces de tube adjacentes, et non en fonction de l'intervalle entre bornes. On rencontre une autre difficulté dans la fabrication des fusibles rapides, tenant au fait que le flasque d'extrémité doit être monté sur la borne de manière à assurer la rigi- dité mécanique du bloc fusible et, dans la plupart des cas, de la liaison électrique entre la borne de montage et les éléments fusibles traversés par le courant, à l'intérieur du fusible Dans les fusibles de l'art antérieur, ceci était obtenu par brasage ou soudage de la borne au flasque d'extrémité, ou par usinage du flasque d'extrémité et de la borne dans une pièce massive de métal, ou encore en enfon- çant les goupilles métalliques au travers du tube et du flasque d'extrémité, jusque dans la borne de montage Toutes ces techniques sont extrêmement coûteuses en main-d'oeuvre. Un autre problème que l'on rencontre avec les flasques d'extrémité tient au fait que ces pièces métalliques circu- laires sont le plus souvent forgées ou usinées à partir de tiges brutes puis martelées, percées et mises à la dimen- sion Ceci nécessite, ici encore, du temps supplémentaire et une main-d'oeuvre supplémentaire, d'o un coût plus impor- tant. Un autre problème de fabrication se rencontre lorsque l'on réalise des fusibles rapides En général, ces fusibles sont remplis de sable ou d'un autre matériau semblable d'é- touffement d'arc Ce matériau est ajouté par un orifice formé dans le flasque d'extrémité après que ce flasque d'extrémité ait été monté sur le tube du fusible Divers procédés ont été utilisés pour obturer l'orifice, mais ils présentent tous diverses limitations Par exemple, on peut utiliser des obturateurs moletés, mais ceux-ci nécessitent une pression très importante pour insérer l'obturateur dans l'orifice du flasque d'extrémité Il serait utile de dis- poser d'un moyen plus économique d'obturer l'orifice d'in- troduction du sable. A cet effet, la présente invention utilise des flasques d'extrémité et des bornes estampés, au lieu d'utiliser des pièces forgées ou usinées On poinçonne dans le flasque d'extrémité une fente pour la borne On insère la borne dans la fente du flasque d'extrémité et on l'enfonce en place à force Ceci permet d'avoir un ajustement très serré sans recourir à un brasage ou un soudage L'une des extrémités de chaque borne possède des arêtes estampées permettant de faciliter un soudage automatique de l'élément fusible de liaison sur les bornes On utilise des billes rondes pour sceller les orifices de remplissage du matériau d'étouffe- ment d'arc En variante, on peut mouler dans du plastique les flasques d'extrémité Des goupilles métalliques fixent les flasques d'extrémité dans le boîtier du fusible, mais elles ne sont pas électriquement reliées aux bornes en raison de ces flasques d'extrémité isolants. O On va maintenant décrire un mode de réalisation de l'in- vention, en référence aux figures annexées. La figure l A est une vue perspective partiellement arrachée d'un fusible de l'art antérieur. La figure 1 B est une vue perspective, partiellement en coupe et éclatée, d'un fusible selon la présente invention. La figure 2 est une vue de dessus d'une borne du fusible illustré figure M 3. La figure 3 est une vue de face de la borne, prise selon 3-3 de la figure 2. La figure 4 montre un bloc de flasque d'extrémité complet. La figure 5 est une vue latérale en coupe du fusible assemblé de la figure M. La figure 6 est une vue de dessus en coupe du fusible de la figure l B. La figure 7 est une vue partielle en coupe montrant la mise en place de la bille dans l'orifice à sable illustré figure 5. La figure 8 est une vue en coupe, prise suivant 8-8 de la figure 7. La figure 9 est une coupe de deux fusibles adjacents, montrant leur intervalle de positionnement. La figure IA montre un fusible rapide 9 de l'art antérieur Des flasques d'extrémité métalliques 13 pourvus de bornes 15 sont montés dans un tube isolant 40, aux ex- trémités de celui-ci On voit que la borne 15 est soudée ou brasée en 17 au flasque d'extrémité 13 Le flasque d'extré- mité 13 est donc sous tension lorsque le fusible est monté dans un circuit électriquement alimenté Le flasque d'extré- mité est retenu en place dans le tube isolant 40 par des goupilles métalliques 41, qui sont également au même poten- tiel que le flasque d'extrémité 13 Ainsi, comme illustré figure 9, la distance minimale F à laquelle on devait placer les fusibles rapides de l'art antérieur, distance imposée par les normes industrielles, dépendait de la distance entre les goupilles sous tension 41 des fusibles adjacents. Dans le fusible selon la présente invention illustré sur les figures l B, 5 et 6 et désigné dans son ensemble par la référence numérique 8, on adapte un bloc de flasque d'ex- trémité d'un flasque d'extrémité 12 et une borne 14 afin de pouvoir les disposer dans un boîtier ou tube isolant 40, à chacune des extrémités de celui-ci Le flasque d'extrémité 12 et la borne 14 sont estampés dans une pièce de matière et on poinçonne une fente 16 dans le flasque d'extrémité 12 La borne 14 est insérée dans la fente 16 jusqu'à ce que les épaulements 48 entrent en contact avec le flasque d'extré- mité 12 La borne 14 est alors enfoncée à force en 46 et martelée ou mécaniquement refoulée en position, comme illus- tré figure 4, afin de solidariser la borne 14 au flasque d'extrémité 12 On réunit ainsi la borne et le flasque d'ex- trémité sans brasage ni soudage, et sans assemblage métal- lique complexe utilisant des éléments supplémentaires Du point de vue du coût, il est préférable de réaliser les pièces par estampage plutôt que par forgeage L'estampage permet d'avoir moins de rebuts que le forgage, et permet également de choisir pour le flasque d'extrémité 12 et la borne 14 des matériaux appropriés, qui peuvent être des matériaux différents tels que matière plastique et métal. Comme illustré figure 2 et 3, on peut former par embos- sage sur la partie d'extrémité interne de la borne 14, lors de la fabrication, une série de petites arêtes, plages de soudage ou reliefs 44 de section rectangulaire, pour souder la borne 14 à l'une des extrémités d'un élément fusible 30, de préférence par soudage électrique par résistance Ces reliefs de soudage 44 peuvent être martelés ou usinés dans la borne 14 La hauteur de chacun des reliefs de soudage 44 est la même sur toute la zone de soudage Le nombre de reliefs 44 est déterminé par la largeur de la borne 14 La dimension et la forme des plages peuvent varier d'une borne à l'autre en fonction de la dimension de l'élément fusible 30 et de celle des flasques d'extrémité 12 On peut éga- lement, dans certaines applications, utiliser une configura- tion en dents de scie Le pas et la profondeur des dents de scie variera alors en fonction de l'épaisseur de la liaison. L'un des avantages de l'utilisation de reliefs de soudage 44 sur la borne 14 tient au fait que l'on peut ainsi amé- liorer le soudage de l'élément fusible 30 sur la borne 14. Les reliefs de soudage 44 permettent d'avoir une qualité de soudage uniforme et une surface de soudage assurant un transfert thermique et une conduction électrique homogènes au travers de la traversée du joint soudé entre l'élément fusible 30 et la borne 14 du fusible 8 Ceci permet d'avoir pour le fusible une meilleure fiabilité de performances et un moindre coût, car on peut réaliser simultanément tous les soudages Cette procédure réduit également l'entretien des électrodes de soudage, car les deux électrodes sont des lames plates et non des petites électrodes pointues Ce type de construction est également très utile pour le soudage automatique, et permet d'avoir un soudage plus uniforme que ce que l'on pouvait avoir avec les techniques de soudage par points de l'art antérieur La main-d'oeuvre directe est ré- duite du fait que l'on peut réaliser des soudages multiples avec chaque fermeture d'électrode Ainsi, le temps néces- saire pour souder la bande à la borne est réduit, l'homogé- néité de la surface soudée est meilleure et la conductivité thermique et le transfert thermique de la bande de la borne à l'élément fusible sont homogènes. L'élément fusible 30 est de préférence de structure plane normalisée, avec une forme en accordéon qui permet d'uti- liser un élément ayant une longueur efficace totale nette- ment supérieure à ce que l'on pourrait obtenir avec un élé- ment formant une traversée directe, comme c'est le cas dans la plupart des fusibles rapides de l'art antérieur L'ac- croissement de la longueur efficace améliore la capacité du fusible à supprimer les situations de surcharge de courant à faible niveau, en particulier sur les circuits fonctionnant en courant continu Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, on peut souder un élément fusible 30 sur chaque face de chacune des bornes 14, afin de réaliser un fusible à plusieurs éléments. Si l'on se réfère maintenant à la figure 9 on voit que, comme la borne 14 fait saillie de la face avant et de la face arrière du flasque d'extrémité 12, on peut électri- quement relier l'élément fusible 30 directement à la borne 14 Ainsi, le flasque d'extrémité 12 n'a pas besoin d'être réalisé en un matériau électriquement conducteur, et il peut être réalisé en matière plastique ou en d'autres matériaux non électriquement conducteurs Des flasques d'extrémité 12 en matériau isolant, par exemple en matière plastique, sont moins coûteux que des flasques d'extrémité métalliques, et peuvent être moulés au lieu d'être usinés, permettant si nécessaire l'utilisation de formes plus complexes Les flas- ques d'extrémité isolants 12 jouent non seulement le rôle normal de fermeture des extrémités du tube isolant 40 du fusible 8 et d'obtention de l'intégrité structurelle néces- saire du bloc fusible, mais leur utilisation permet d'isoler les goupilles métalliques 41, qui fixent le flasque d'extré- mité 12 dans le tube 40, du circuit électrique traversant la borne 14 et l'élément fusible 30. L'un des avantages de l'utilisation, pour le flasque d'extrémité 12, d'une matière plastique ou autre matériau électrique non conducteur tient au fait que les goupilles 41, conçues pour pénétrer dans le tube isolant 40 jusque dans le flasque d'extrémité 12, ne sont pas mises sous tension, car le flasque d'extrémité n'est pas électriquement conducteur Comme les goupilles de maintien 41 ne sont pas sous tension lorsqu'elles se trouvent montées côte à côte, on peut positionner les fusibles plus près les uns des autres, permettant ainsi de ménager plus d'espace sur la carte de circuit de l'équipement Dans le fusible de l'art antérieur o la goupille métallique était électriquement sous tension, les fusibles adjacents ne pouvaient pas être montés côte à côte à une distance inférieure à la distance F illustrée figure 9 La séparation entre les fusibles était imposée par la distance entre points sous tension Cepen- dant, lorsqu'on les monte dans un circuit électrique, les fusibles rapides réalisés conformément à la présente inven- tion peuvent être positionnés plus près les uns des autres car la distance minimale F sera mesurée entre les bornes sous tension 14, et non entre les goupilles 41, comme illus- tré figure 9. Lors de l'assemblage des fusibles, on assemble une première borne à un premier flasque d'extrémité, on assemble une seconde borne à un second flasque d'extrémité et on soude l'élément fusible 30 entre les deux bornes Du fait des reliefs de soudage 44 présents sur la borne 40, le sou- dage de l'élément fusible peut être réalisé par soudage par projection. Si l'on se réfère maintenant aux figures 5 à 8, le bloc formé par les blocs de flasque d'extrémité soudés aux extré- mités de l'élément fusible 30 est glissé dans le tube iso- lant 30 et les flasques d'extrémité sont retenus en position dans le tube 40 par les goupilles 41 qui sont insérées dans des ouvertures alignées du tube 40 et des flasques d'extrémité 12 Les ouvertures alignées sont formées dans les flasques d'extrémité 12 et le tube 40 par perçage, juste avant l'insertion des goupilles 41 Un matériau d'étouffe- ment d'arc, illustré figure 5 et 6, typiquement un sable spécial, est versé dans des orifices à sable 20 du flasque d'extrémité 12 Après que le fusible rapide 8 ait été rempli de sable, les orifices 20 sont obturés au moyen d'une bille sphérique rigide 18 Ces billes rondes 18 peuvent être en acier ou en un autre matériau, et sont légèrement plus gran- des que l'orifice 20 du flasque d'extrémité 12 On empêche le désalignement de la bille 18 par le simple effet du guidage naturel de son propre rayon dans l'orifice 20 Les billes 18 sont donc auto- centreuses et sont retenues en place par la force de frottement En variante, en parti- culier lorsque les flasques d'extrémité 12 sont métalliques, par exemple en laiton, l'orifice à sable 20 peut être mar- telé après insertion de la bille 18 afin d'y retenir la bille Les billes 18 sont enfoncées à force ou comprimées dans le flasque d'extrémité 12 par un outil d'insertion 45. La bille 18 est coincée entre trois petites tiges 47 qui déplacent le métal 49 du flasque d'extrémité métallique 12 sur la bille 18 lorsque l'insertion finale a été réalisée. Le fond plat de l'outil d'insertion 45 donne automatiquement la profondeur d'insertion Une insertion excessive est empê- chée par la conception même de l'outil d'insertion 45. L'utilisation de billes 18 présente plusieurs avantages La bille en acier durci 18 constitue un moyen à faible coût, auto-alignant, et facile à insérer pour obturer l'orifice de remplissage 20 du flasque d'extrémité 12 d'un fusible 8 La bille d'acier 18 nécessite une force d'insertion moindre et a tendance à être auto-bloquante Cette manière de procéder est notablement plus simple que celles des processus de l'art antérieur, qui utilisaient souvent des goupilles, des cylindres creux fermés ou des vis pour sceller les orifices. On peut voir que les fusibles rapides fabriqués selon la présente invention sont plus aisés à construire, nécessitent moins de maind'oeuvre et sont en conséquence moins coûteux à fabriquer En outre, dans un mode de réalisation particu- lier, on peut les utiliser plus rapprochés les uns des autres lorsqu'on les monte les uns contre les autres, avec un moindre danger de court-circuit entre deux fusibles. REVENDICATIONS 1 Un fusible ( 8) comportant un boîtier tubulaire ( 40) recevant intérieurement un élément fusible ( 30) et présentant au moins une extrémité recevant intérieurement un flasque d'extrémité ( 12) pourvu d'une borne ( 14) qui fait saillie vers l'extérieur par rapport à ce flasque d'extrémité ( 12), se termine vers l'intérieur par rapport à ce flasque d'extrémité ( 12) sous forme d'une extrémité interne et se raccorde électriquement à l'élément fusible ( 30), caractérisé en ce que le flasque d'extrémité ( 12) comporte au moins un canal ( 20) le traversant et présentant une section circulaire et en ce qu'il est prévu une bille sphérique ( 18) de section supérieure à celle dudit canal ( 29), cette bille ( 18) pouvant être insérée dans le canal ( 20) en assurant son auto-centrage et étant retenue dans le canal ( 20) par frottement. 2 Un fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après insertion de la bille ( 18) dans le canal ( 20), le flasque d'extrémité ( 12) est martelé autour de ce canal ( 20). 3 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que: le flasque d'extrémité ( 12) comporte une ouverture ( 16) la traversant, la borne ( 14) présente ladite extrémité interne qui est reçue dans cette ouverture ( 16) et une extrémité en saillie vers l'extérieur par rapport à celle-ci, et l'extrémité interne de la borne ( 14) est enfoncée à force contre la face interne du flasque d'extrémité ( 12) de façon à être fixée en position. 4 Un fusible selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flasque d'extrémité ( 12) possède une fente rectangulaire traversante constituant l'ouverture ( 16) recevant la borne ( 14), cette borne ( 14) étant de section rectangulaire et ayant l'une de ses parties qui, à travers cette fente, fait saillie à l'intérieur du fusible, cette partie en saillie de la borne ( 14) étant enfoncée à force dans le flasque d'extrémité ( 12) de manière à solidariser cette borne ( 14) au flasque d'extrémité ( 12). Il Un fusible selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie en saillie comporte une partie de largeur réduite formant un épaulement ( 48), cette partie en saillie traversant la fente jusqu'à ce que le flasque d'extrémité ( 12) vienne en contact avec l'épaulement, cette partie en saillie comportant sur son extrémité de borne un relief de soudage ( 44), ce relief de soudage étant enfoncé à force dans le flasque d'extrémité ( 12) et pouvant être relié à l'élément fusible ( 30). 6 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'enfoncement à force constitue la seule liaison entre la borne ( 14) et le flasque d'extrémité ( 12). 7 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de la borne ( 14) qui s'étend vers l'intérieur comporte des reliefs de soudage ( 44) et en ce que l'élément fusible ( 30) présente une extrémité soudée auxdits reliefs de soudage ( 44) de la borne ( 14). 8 Un fusible selon la revendication 7, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont parallèles aux axes longitudinaux des bornes ( 14) et de l'élément fusible ( 30). 9 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) ont, en direction longitudinale, une longueur correspondant sensiblement à la longueur dont l'extrémité interne de la borne ( 14) fait saillie par rapport au flasque d'extrémité ( 12). Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) se situent sur les deux faces de l'extrémité interne de la borne ( 14). 11 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à , caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont formés d'une alternance d'arêtes et de rainures. 12 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont formés d'une alternance d'arêtes et de rainures formées autour de ladite extrémité interne, ces arêtes et ces rainures étant en alignement sur chaque face de cette extrémité interne. 13 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont formés d'une alternance d'arêtes et de rainures, ces rainures ayant une profondeur inférieure à la moitié de l'épaisseur de la borne ( 14). 14 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont formés d'une alternance d'arêtes et de rainures, ces arêtes étant de section rectangu- laire avec une surface projetée plane. Un fusible selon la revendication 14, caractérisé en ce que le flasque d'extrémité ( 12) et la borne ( 14) sont réalisés par estampage. 16 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à , caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont formés d'une alternance d'arêtes et de rainures, ces rainures présentant une paroi de fond perpendiculaire. 17 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que les reliefs de soudage ( 44) sont martelés sur la borne ( 14). 18 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte: une pluralité d'orifices traversant le boîtier tubulaire ( 40) à l'extrémité de celui- ci recevant le flasque d'extrémité ( 12), une pluralité de trous aménagés à la périphérie du flasque d'extrémité ( 12) et alignés avec lesdits orifices du boîtier tubulaire ( 40), des goupilles ( 41) insérées dans lesdits orifices et lesdits trous alignés pour fixer le flasque d'extrémité ( 12) dans le boîtier tubulaire ( 40), et en ce que non conducteur de 19 Un 18, caractérisé en extrémité recevant borne ( 14) et en ce bornes ( 14). le flasque d'extrémité ( 12) est réalisé en un matériau l'électricité. fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à ce que le boîtier tubulaire ( 40) présente une autre un autre flasque d'extrémité ( 10) pourvu d'une autre que l'élément fusible ( 30) relie électriquement les deux Un fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le boîtier tubulaire ( 40) présente une autre extrémité recevant un autre flasque d'extrémité ( 10) pourvu d'une autre borne ( 14) et réalisé en un matériau non conducteur de l'électricité, en ce que le boîtier tubulaire ( 40) présente une pluralité d'orifices le traversant à son autre extrémité, en ce que l'autre flasque d'extrémité ( 12) comporte à sa périphérie une pluralité de trous alignés avec lesdits orifices de l'autre extrémité du boîtier tubulaire ( 40), en ce que des goupilles ( 41) sont insérées dans lesdits orifices de l'autre extrémité du boîtier tubulaire ( 40) et dans les trous, alignés avec ces orifices, de l'autre flasque d'extrémité ( 12) pour fixer celui-ci dans le boîtier tubulaire ( 40), et en ce que l'élément fusible ( 30) relie électriquement les deux bornes ( 14). 21 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 18 et , caractérisé en ce que lesdits trous et orifices sont répartis circon- férentiellement. 22 Un fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que l'élément fusible ( 30) est un élément plan allongé ayant en coupe une forme en accordéon.