Brevet FR2669769A1 — publié le 19920529

ELEMENT THERMIOUE POUR RELAIS DE SURCHARGE. La présente invention concerne un élément thermique pour relais de surcharge du type comprenant un élément bimétallique en contact thermique avec des moyens de chauffage électriques parcourus par un courant électrique dont on veut assurer la surveillance. On sait que les relais de ce genre sont fréquemment insérés dans une ligne électrique alimentant une charge de manière à détecter une élévation anormale de l'intensité du courant qui est absorbé par la charge. Dans ce cas, les moyens de chauffage sont placés en série avec la charge et l'élément bimétallique est disposé de manière à agir, lorsqu'il s'est déformé sous l'action de la chaleur dégagée par les moyens de chauffage, sur un déclencheur qui provoque l'ouverture brutale d'un interrupteur de commande de l'alimentation de la charge. Bien entendu, les relais thermiques de ce genre peuvent être intégrés dans un produit complet, par exemple disjoncteurs thermiques ou magnétothermiques, des contacteurs disjoncteurs thermiques ou magnétothermiques ou, au contraire, consister en des produits spécifiques. L'invention concerne plus particulièrement un relais thermique dans lequel l'élément bimétallique présente au moins partiellement la forme d'une languette plate, tandis que l'élément chauffant comprend une résistance chauffante réalisée à l'aide d'une bande métallique repliée sur elle-même, par exemple en accordéon, de manière à constituer une structure plate lamellaire qui est maintenue appliquée contre la languette. L'isolation électrique entre les lames de cette structure, ainsi qu'entre celle-ci et la languette bimétallique, est assurée par des feuilles isolantes intercalaires. Ces différents composants sont habituellement conçus de manière à ce que le transfert thermique entre l'élément chauffant et la languette bimétallique s'effectue avec une inertie thermique déterminée afin que la languette, en se déformant, n'atteigne le seuil de déclenchement que lorsque la surcharge se prolonge au-delà d'une période de temps déterminée, pendant laquelle l'intensité du courant s'élève au-delà d'une valeur déterminée définie par les normes. Il s'agit notamment de faire en sorte que le déclenchement n'intervienne pas pour des surcharges "normales" de courte durée telles que celles qui se produisent lors du démarrage d'un moteur électrique ou de l'allumage de lampes fluorescentes. En fait, selon les normes internationales, les relais de surcharge font l'objet d'un classement dans lequel chaque classe possède un couple de valeurs caractéristiques/seuil d'intensité/temps de déclenchement. Ainsi, par exemple, un relais thermique de protection moteur, inclus dans la classe 10, ne devra pas déclencher en moins de trois secondes pour un courant de 7,2 fois un courant dit "de réglage", mais devra déclencher au maximum en dix secondes pour ce même courant. Bien entendu, ces résultats sont habituellement obtenus en jouant à la fois sur la forme, les dimensions et le choix des matériaux constitutifs de l'élément thermique. Ceci conduit à concevoir, à réaliser puis à avoir en stock une multiplicité de pièces différentes (un jeu par classe) si l'on désire couvrir toute la gamme d'éléments thermiques. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient. A cet effet, elle se base sur la constatation qu'en utilisant une même structure, il est possible de passer d'une classe à l'autre en modifiant seulement les propriétés de conductibilité thermique de l'isolant électrique utilisé. Or, compte tenu de la nature de l'isolant utilisé (en général du mica ou analogue), la seule modification envisageable de prime abord consiste à faire varier l'épaisseur de la lame isolante. On constate, en pratique, que cette variation d'épaisseur engendre une modification des propriétés mécaniques des moyens de chauffage de l'élément thermique et, en conséquence, des caractéristiques de déformation du bilame en fonction de la température. On est donc amené à modifier les dimensions du bilame et, en conséquence, on se trouve sujet aux mêmes inconvénients que précédemment. En outre, les possibilités d'augmentation de l'épaisseur des couches isolantes sont relativement limitées si l'on veut que le volume de l'élément thermique demeure raisonnable. L'invention propose donc une solution particulièrement avantageuse à ce problème, qui permet d'ajuster les propriétés thermiques des moyens de chauffage, sans modifier la nature de l'isolant électrique utilisé, ni même son épaisseur. Pour parvenir à ce résultat, le relais thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins l'une des feuilles isolantes intercalaires est ajourée, et en ce que la géométrie, le nombre et/ou la disposition des ajours, sont déterminés en fonction des propriétés recherchées de l'élément thermique. Avantageusement, ladite feuille isolante est formée d'au moins deux couches superposées présentant des ajours en coïncidence ou décalés les uns par rapport aux autres, les ajours de l'une des deux couches pouvant présenter des formes différentes de celles de l'autre couche. L'avantage de cette solution consiste notamment en ce qu'en plus d'un réglage plus fin de la conductibilité thermique, elle diminue la résistance mécanique à la flexion de l'ensemble, grâce à la possibilité de glissement de l'une des deux couches sur l'autre. Cette diminution de résistance mécanique à la flexion permet donc de réduire d'une façon significative les dimensions du bilame. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique, en pers pective éclatée, d'un élément thermique selon l'invention ; invention Les figures 2 et 3 sont des vues, respective ment de dessus et de côté, de l'élément ther mique représenté figure 1 La figure 4 est une vue en perspective par tielle schématique montrant une variante d'exécution d'une plaquette isolante utilisable dans l'élément thermique représenté figures 1 à 3. Dans l'exemple représenté sur ces dessins, l'élément thermique 1 est monté sur un élément de support 2 formé par emboutissage et pliage d'une bande métallique, selon une configuration sensiblement en Z dans laquelle les deux ailes parallèles 3, 4 du Z s'étendent dans deux plans perpendiculaires entre eux et à la fois perpendiculaires au plan de la partie centrale 5. L'élément bimétallique 6 présente la forme d'une languette sensiblement rectangulaire dont une extrémité est fixée à plat, par exemple par soudure, sur l'aile 3 du support 2. Cet élément 6 s'étend du même côté que l'aile centrale 5, parallèlement à celle-ci. Les moyens de chauffage de l'élément bimétallique 6 consistent ici en une résistance chauffante formée par une bande métallique 7 repliée en accordéon, dont une extrémité 8 est fixée sur l'élément 6, au niveau de la zone de fixation de ce dernier sur le support 2, et dont l'autre extrémité présente une portion repliée 9 sur laquelle est soudé un conducteur électrique 10. Lorsqu'elle est maintenu serrée, cette bande métallique 7 occupe un volume plat sensiblement parallélépipédique dont les faces principales ont une surface légèrement inférieure à celle de l'élément 6. L'isolation électrique et thermique entre les plages planes P1, P2, P3 formées par la bande 7, et entre la plage P3 et l'élément bimétallique 6, est assurée au moyen de plaquettes intercalaires 12, 13, 14, 15 en matière isolante telle que, par exemple, du mica. L'ensemble comprenant l'élément bimétallique 6 et la bande repliée en accordéon 7, ainsi que les plaquettes intercalaires 12 à 15, est maintenu serré grâce à des frettes métalliques 16, 17 isolées, chacune, par au moins une gaine isolante 18, 19. Ce serrage confère au sousensemble ainsi obtenu l'intimité thermique qui lui est nécessaire ainsi que la tenue aux efforts électrodynamiques, en cas de passage de courants élevés tels que des courants de court-circuit. Tel que précédemment décrit, l'élément thermique 1 fonctionne comme suit Le circuit électrique constitué successivement par l'élément conducteur 10, la bande 7 et le support 2, est monté en série sur une ligne de courant dont on veut détecter les courants de surcharge, cette ligne incluant, par exemple, un interrupteur commandé par un déclencheur disposé de manière à pouvoir être commandé par l'élément bimétallique 6. Lorsque se produit une surcharge, la bande 7 qui se comporte, pour des intensités élevées, comme une résistance chauffante, provoque une élévation de température de l'élément bimétallique 6. En s'échauffant, ce dernier se déforme jusqu'à ce qu'il vienne agir sur le déclencheur pour commander l'ouverture brutale de l'interrupteur. En fait, ce déclenchement ne doit intervenir que lorsque l'intensité du courant s'est maintenue au-dessus d'un seuil déterminé, pendant une durée minimum prédéterminée, ces deux paramètres définissant la classe de l'élément thermique 1. Comme précédemment mentionné, l'invention propose une solution avantageuse permettant de passer d'une classe à une autre, sans modifier notablement la structure précédemment décrite, grâce à l'emploi de plaquettes isolantes ajourées. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les plaquettes isolantes 12 à 15 comprennent chacune trois ajours rectangulaires A1, A2, A3. Ces ajours délimitent, entre les plages P1, P2, P3 de la bande 7 et entre celle-ci et l'élément 6, des espaces libres à forte résistance thermique dans lesquels la transmission de chaleur s'effectue par un processus complexe de convexion rayonnement. I1 devient donc possible d'utiliser des plaquettes isolantes 12 à 15 d'épaisseur beaucoup plus faible que s'il s'agissait de plaquettes pleines, et donc de réduire les dimensions de l'ensemble de l'élément thermique 1. Cette réduction d'épaisseur contribue à diminuer l'effort résistant qui s'oppose aux déformations de l'élément bimétallique 6, de sorte que la réponse de ce dernier est plus précise et peut être plus aisément modélisée. Grâce à ces dispositions, il devient possible de passer d'une classe à l'autre en modifiant seulement la forme et/ou la disposition et/ou la répartition des ajours, et ce, sans modifier la structure, l'épaisseur et les propriétés mécaniques de l'élément thermique 1. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux dispositions précédemment décrites. Ainsi, notamment, les plaquettes isolantes 6 utilisées dans un même élément thermique 1 peuvent présenter des formes et des épaisseurs différentes, les ajours prévus sur une partie ou sur la totalité de ces plaquettes pouvant présenter des formes, des superficies et/ou des dispositions différentes. Par ailleurs, chacune des plaquettes peut comprendre plusieurs couches 20, 21 appliquées l'une contre l'autre, et comprenant des ajours 22, 23 pouvant présenter des formes différentes, disposés ou non en coïncidence. Une telle disposition, qui se trouve illustrée sur la figure 4, permet de réduire davantage les efforts mécaniques résistants qui s' opposent aux déformations de l'élément bimétallique 6 et d'augmenter les possibilités de réglage du transfert thermique entre l'élément chauffant (bande 7) et l'élément bimétallique 6. De même, dans le but de réduire encore plus les susdits efforts résistants, la bande métallique 7 formant l'élément chauffant pourra comprendre plusieurs couches superposées pouvant glisser les unes sur les autres. Revendications 1. Elément thermique pour relais de surcharge ou analogue, du type comprenant un élément bimétallique (6) en contact thermique avec des moyens de chauffage électriques (7) parcourus par un courant électrique dont on veut assurer la surveillance, l'élément bimétallique (6) présentant la forme d'une languette et l'élément chauffant consistant en une résistance chauffante réalisée à l'aide d'une bande métallique repliée sur ellemême, par exemple en accordéon, de manière à constituer une structure plate lamellaire qui est maintenue appliquée contre la languette, l'isolation électrique entre les lames de cette structure ainsi qu'entre la structure et l'élément bimétallique étant assurée par des feuilles isolantes intercalaires (12 à 15), caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites feuilles isolantes intercalaires (12 à 15) est ajourée, et en ce que la géométrie, le nombre et/ou la disposition des ajours (Al, A2, A3) sont déterminés en fonction des propriétés recherchées de l'élément thermique. 2. Elément thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs feuilles intercalaires ajourées (12 à 15), les ajours (Al, A2, A3) de ces feuilles étant ou non en coïncidence. 3. Elément thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite feuille isolante est formée d'au moins deux couches superposées (20, 21) présentant des ajours (22, 23) disposés en coïncidence ou décalés les uns par rapport aux autres. 4. Elément thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ajours (22) de l'une des deux couches (20) presentent des formes différentes de ceux (23) de l'autre couche (21). 5. Elément thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite bande métallique (7) est formée en plusieurs couches pouvant glisser les unes sur les autres.