Brevet FR2700637A1 — publié le 19940722

"Interrupteur électromagnétique, en particulier relais d'enclenchement pour le démarreur d'un moteur à com- bustion interne" L'invention concerne un interrupteur électro- magnétique, en particulier un relais d'enclenchement pour un dispositif d'entraînement en rotation (démarreur) d'un moteur à combustion interne, avec un noyau magnétique auquel est associée une bobine de relais, et une armature qui présente un axe de commutateur passant à travers un perçage du noyau magnétique et portant à l'une de ses extrémités, dans une chambre de contact, un pont de contact en saillie qui présente des surfaces de contact associées à des contacts de courant principal présentant des surfaces de contact disposées dans le sens axial. De tels relais d'enclenchement servent à bran- cher un courant de forte intensité à l'aide d'un cou- rant de commande d'intensité relativement faible Le courant à forte intensité (courant de démarreur), qui est nécessaire pour mettre en route un moteur à combus- tion interne au moyen d'un démarreur, atteint par exemple dans le cas des voitures particulières jusqu à environ 1 000 ampères, et dans le cas des véhicules utilitaires jusqu'à environ 2 500 ampères. En conséquence l'interrupteur de démarreur suffit pour brancher le courant de commande à faible intensité Le courant de démarreur à forte intensité est branché au moyen d'un relais d'enclenchement, alors que l'armature du relais d'enclenchement présentant un bon contact relie entre eux les contacts du courant principal quand le relais d'enclenchement est à l'état excité. Du fait du courant à forte intensité mentionné ci-dessus il y a lieu d'accorder une grande importance à la forme des surfaces de contact des ponts de contact ainsi que des contacts du courant principal Il est connu dans le cas de relais d'enclenchement de ce type de faire passer les ponts de contact, constitués sous la forme de plaques, contre les contacts du courant principal en s'opposant à la force d'un ressort On ne peut pas assurer une absence complète de rebondissement des contacts en donnant, aussi bien aux ponts de contact qu'aux contacts du courant principal, une structure rigide Toutefois, précisément, l'absence de rebondissement des contacts a une considérable influence sur la durée de vie des contacts S'il y a rebondissement des contacts on ne peut pas exclure, dans le cas des courants de forte intensité à utiliser pour faire fonctionner le démarreur, un soudage des contacts Tout soudage des contacts si petit soit-il conduit à une réduction de la capacité électrique des surfaces de contact à conduire le courant, ce qui va à l'encontre de l'accroissement constant de la durée de vie des démarreurs vers laquelle on tend. L'invention a pour objet de créer un interrup- teur électrique du type mentionné au début, dont les contacts présentent une disposition telle qu'ils présentent peu de rebondissements et qu'ils aient de cette façon une durée de vie élevée. Selon l'invention on résout le problème grâce au fait que les ponts de contact et les contacts pour le courant principal possèdent des surfaces de contact s'étendant obliquement, et que l'une au moins des sur- faces de contact a une structure élastique dans le sens radial. On a trouvé que, quand les ponts de contact et les contacts pour le courant principal possèdent des surfaces de contact s'étendant obliquement dans le sens axial et quand au moins l'une des surfaces de contact est disposée élastiquement dans le sens radial, il peut en résulter une mise en contact sûre et exempte de rebondissement. Grâce à cette disposition on obtient l'avan- tage que même lors du branchement de courants à très forte intensité tels que par exemple des courants pour démarreurs, on peut réaliser une mise en contact sûre sans qu'il y ait danger de soudage des contacts. Avec la disposition des contacts selon l'invention, on réalise en même temps une pression éle- vée de contact de telle sorte que la valeur de la résistance électrique de tout le dispositif de contact soit influencée positivement En outre grâce à la dis- position selon l'invention des contacts ou des surfaces de contact, on crée de plus grandes surfaces de contact de telle façon que le dégagement de chaleur inévitable lors d'une mise en contact ou d'une séparation des contacts, puisse être mieux évacué grâce à la grandeur des surfaces de passage. Selon une configuration particulièrement avan- tageuse de l'invention on prévoit qu'aussi bien les surfaces de contact des ponts de contact que les sur- faces de contact des contacts pour le courant principal soient disposées de façon élastique dans le sens radial De cette façon on arrive à ce que des tolé- rances de forme ou de position apparaissant essentiel- lement lors de la fabrication, puissent être compensés de façon sûre grâce à la disposition élastique simultanée de telle sorte qu'en tout cas il soit possible d'avoir une mise en contact sûre. En outre grâce à la disposition élastique sur les deux côtés on réduit davantage le risque d'un effet de rebondissement de la disposition des contacts. D'autres configurations avantageuses de l'invention peuvent être obtenues grâce au fait que le pont de contact est constitué comme un disque de contact ou une plaque de contact et possède une enveloppe produisant une surface de contact conique ou en forme de calotte conique, qui s'évase du côté de la bobine du relais; le pont de contact est une pièce de tôle ininterrompue, profondément emboutie ou pressée; la surface de contact du pont de contact possède sur sa surface une ondulation; la tête du contact pour le courant principal présente des flancs obliques produisant les surfaces de contact; les flancs ont la forme d'un cône ou d'une calotte conique; le pont de contact est constitué comme un disque qui présente des flancs s'étendant obliquement dans le sens axial, flancs qui fournissent les surfaces de contact; le pont de contact est monté de façon à pouvoir tourner sur un étage d'une douille en matière isolante; la tête du contact pour le courant principal possède une pièce de contact qui présente une zone de contact disposée obliquement dans le sens axial par rapport à la zone de sa base; la pièce de contact est constituée d'une seule pièce et fixée par la zone de sa base sur la tête du contact pour le courant principal, d'une façon électriquement conductrice, de telle f açon que la zone de contact soit orientée en direction des surfaces de contact du pont de contact; la zone de contact présente une structure superficielle adaptée aux surfaces de contact du pont de contact; la tête du contact pour le courant principal possède un évidement dans lequel des éléments élas- tiques sont associés à des surfaces de contact consti- tuées en forme de segment de cercle. On va expliquer l'invention ci-après plus en détail au moyen d'exemples de réalisation, à partir des dessins correspondants Dans ces dessins: la figure 1 montre en coupe longitudinale un relais d'enclenchement d'un dispositif de mise en marche d'un moteur à combustion interne, la figure 2 montre en coupe longitudinale le pont de contact du relais d'enclenchement selon la figure 1, la figure 3 montre une autre coupe longitudinale d'un pont de contact, la figure 4 montre une autre coupe longitudinale d'un pont de contact, la figure 5 montre une vue de dessus des éléments de contact représentés individuellement, la figure 6 montre dans une vue en perspective les éléments de contact représentés individuellement. Sur la figure 1 on a représenté une coupe longitudinale à travers un relais d'enclenchement 10. Le relais d'enclenchement 10 présente un noyau magné- tique 12, une armature 14, une bobine de relais 16, une douille de guidage 18 de l'armature et un carter 20. L'armature 14 est montée dans la douille de guidage 18 de l'armature de façon à coulisser axialement et pré- sente un axe de commutateur 26 consistant en les pièces 22 et 24 La pièce 22 de l'axe de commutateur 26 est associée à l'armature 14 et la pièce 24 de l'axe de commutateur 26, au noyau magnétique 12 Quand le relais d'enclenchement 10 est dans une position non excitée, comme représenté à la figure 1, les pièces 22 et 24 présentent un certain écartement axial l'une par rap- port à l'autre Entre le noyau magnétique 12 et l'arma- ture 14 est disposé un ressort spiral 28 qui vient en prise dans un évidement 30 de l'armature 14 et sert de ressort de rappel pour l'armature 14 La pièce 24 de l'axe de commutateur 26 est montée dans un perçage 32 du noyau magnétique 12 Par son extrémité libre 34, la pièce 24 de l'axe de commutateur 26 entre dans une chambre de contact 36 La pièce 24 de l'axe de commuta- teur 26 présente à cet endroit un collet de butée 38 sur lequel s'appuie un ressort de pression 40 par l'une de ses extrémités, l'autre extrémité de celui-ci repo- sant sur le côté intérieur d'un couvercle de boîtier 42 A l'intérieur du couvercle de boîtier 42 est constituée la chambre de contact déjà nommée 36. Sur l'autre côté du collet de butée 38 repose une rondelle en matière isolante 44, le pont de contact 48 étant disposé entre cette rondelle et une douille 46 disposée dans le perçage 32 Le couvercle de boîtier 42 possède des perçages 50 dans lesquels sont disposés des contacts pour le courant principal 52 Les contacts 52 pour le courant principal présentent, du côté de la chambre de contact, une zone 54 de diamètre plus grand. Les zones de diamètre plus grand des contacts 52 pour le courant principal forment dans ce cas en même temps les électrodes qui coopèrent avec le pont de contact 48. On reviendra encore dans les autres figures sur des détails des ponts de contact. Dans ce qui suit on va expliquer brièvement le mode de fonctionnement du relais d'enclenchement 10 représenté à la figure 1 En amenant à la bobine de relais 16 un courant de commutation, celle-ci attire grâce à son action magnétique l'armature 14 en direc- tion du noyau magnétique 12 L'armature est dans ce cas déplacée à l'encontre de la force du ressort 28 Dans une première phase la pièce 22 de l'axe de commutateur 26 vient en contact avec la pièce 24 de l'axe de commutateur 26, et déplace celle-ci à l'encontre de la force du ressort 40 à travers la douille 46 disposée dans le perçage 32, dans le sens axial en direction du couvercle de boîtier 42 Le mouvement axial de l'armature 14 est limité pour que celle-ci, lors de son déplacement vienne en butée avec un collet 15 situé sur le fond de l'évidemment 17 du noyau magnétique 12. Pendant le mouvement axial de la pièce 24 de l'axe de commutateur 26, le pont de contact 48 se trouvant au- dessus est amené contre les contacts 52 pour le courant principal On introduit d'une manière connue le pignon du démarreur non représenté dans une couronne dentée du moteur à combustion interne, au moyen de la pièce antérieure 22 de l'axe de commutateur Avant que n'ait été atteinte la position finale de l'armature 14, on établit dans ce cas une liaison conduisant l'électricité entre les contacts 52 pour le courant principal, par l'intermédiaire du pont de contact 48 au moyen duquel passe le courant pour le démarreur. Quand le relais d'enclenchement 10 est mis hors de fonctionnement par coupure de la tension appliquée à la bobine du relais 16, l'armature 14 et la pièce 24 de l'axe de commutateur 26 sont à nouveau mises par les ressorts 28 et 40 dans leur position de départ Dans ce cas, le pont de contact 48 est séparé des contacts 52 pour le courant principal, de telle sorte que soit interrompu le passage de courant du démarreur. Sur la figure 2 on a représenté plus en détail le pont de contact selon la figure 1, les mêmes pièces étant pourvues des mêmes références. Dans la suite, on va décrire plus en détail la forme du pont de contact 48 Celui-ci présente une zone 56 qui s'étend à peu près en parallèle au collet de butée 38 et repose sur celui-ci par l'intermédiaire de la rondelle 44 La zone 56 s'étend dans le sens radial sur des surfaces de contact 58 disposées obliquement. Les surfaces de contact 58 sont dans ce cas disposées de telle façon que leur zone de plus grand diamètre se trouve en direction du noyau magnétique 12 Le pont de contact 48 possède en outre une zone 60 constituée sous une forme annulaire et montée sur un étage de la douille 46 de plus petit diamètre. Dans une forme de réalisation préférée on fabrique d'une seule pièce tout le pont de contact 48 avec ses zones 56 et 60 ainsi que les surfaces de contact 58 Cette pièce est dans ce cas par exemple une pièce de tôle étirée ou formée par emboutissage profond, ou pressée. En outre la zone 54 de plus fort diamètre for- mant la tête 64 des contacts 52 pour le courant princi- pal possède sur son côté tourné vers la chambre de contact 36, des chanfreins 66 qui forment en même temps les surfaces 68 des contacts 52 pour le courant prin- cipal Les chanfreins 66 sont dans ce cas réalisée de telle façon que les surfaces de contact qui en résul- tent 68 s'étendent dans le sens axial de façon oblique et parallèle aux surfaces de contact 58 du pont de contact 48 Grâce à cette disposition selon l'invention des surfaces de contact 58 ou 68 on a le fonctionnement suivant: Quand le relais d'enclenchement 10 est en état d'excitation la pièce 24 de l'axe de commutation 26 se déplace axialement en direction du couvercle de boîtier 42 Lors de ce mouvement dans le sens axial on amène le pont de contact 48 contre les contacts 52 pour le cou- rant principal A un instant déterminé la surface de contact 58 du pont de contact 48 vient dans ce cas à reposer sur les surfaces de contact 68 du contact 52 pour le courant principal Grâce fait que deux surfaces de contact 48 et 68 sont disposées obliquement dans le sens axial et qu'on amène le pont de contact 48 dans le sens axial contre les contacts 52 pour le courant principal on peut faire bouger, grâce à la force de contact qui se produit, la surface de contact 58 du pont de contact 48 dans le sens radial en direction de la pièce 24 Grâce au mouvement radial, agissant de façon élastique, des surfaces de contact 58 on évite une arrivée brutale du pont de contact 48 sur les contacts 52 pour le courant principal De cette façon, il ne peut pas y avoir de rebondissement des contacts ni les inconvénients déjà décrits ci-dessus, en parti- culier le risque d'un soudage des contacts La force de ressort des surfaces de contact 58, est, cela va de soi, établie sur la matière de tout le pont de contact 48, de telle sorte qu'il subsiste une pression de contact suffisamment grande. Grâce au fait que la surface de contact venant globalement en contact est agrandie par l'intermédiaire des surfaces de contact 58 ou 68 par le parcours oblique dans le sens axial, on obtient comme autre avantage qu'il est possible d'avoir au total une meilleure évacuation de la chaleur qui se développe inévitablement lors du processus de branchement. Dans d'autres formes de réalisation non repré- sentées ici, on peut avoir une forme des surfaces de contact 58 et 68 telle que celles-ci présentent par exemple la forme d'une calotte conique et/ou soient pourvues sur leurs surfaces d'ondulations, conduisant à une nouvelle augmentation des surfaces de contact. Sur la figure 3 on a représenté une autre possibilité de constitution des ponts de contact du relais d'enclenchement montré à la figure 1, les mêmes pièces étant de nouveau pourvues des mêmes références. Sur la représentation indiquée à la figure 3 le pont de contact 70 est constitué sous la forme d'un disque disposé sur le gradin 62 de la douille 46 Le pont de contact 70 présente dans ce cas sur son pourtour exté- rieur des flancs chanfreinés 72 dans le sens axial de telle sorte que l'on ait au total une forme de type tronconique pour le pont de contact 70 Les flancs 72 forment dans ce cas en même temps les surfaces de contact 74 Le tronc de cône est placé dans ce cas de telle façon que la zone des ponts de contact 70 de plus fort diamètre se trouve sur les côtés du noyau magnétique 12 Par contre la zone de plus fort diamètre des contacts 52 pour le courant principal, constitué sous la forme de la tête 64, présente sur ses surfaces de contact 76 des éléments élastiques 78 Les éléments élastiques 78 sont dans ce cas rivés dans un évidemment à l'intérieur de la tête 64 Les éléments élastiques 78 sont dans ce cas en contact direct avec les surfaces de contact 76 Grâce au saut rapide déjà décrit ci- dessus du pont de contact 70 sur les contacts 52 pour le courant principal, une pression s'exerce par l'intermédiaire des surfaces de contact 74 du pont de contact 70 sur les surfaces de contact 76 des contacts 52 pour le courant principal, pression qui provoque à son tour dans le sens axial, grâce à la disposition 1 i s'étendant obliquement un mouvement radial des surfaces de contact 76 des contacts 52 pour le courant principal De cette façon il est possible d'avoir à nouveau une liaison exempte de rebondissement et ainsi sans soudage des contacts 52 pour le courant principal sur le pont de contact 70. Sur la figure 4 on a montré une autre variante de réalisation du pont de contact d'un relais d'enclenchement, les mêmes pièces étant pourvues de nouveau des mêmes références Le pont de contact 48 est ici construit d'une façon analogue à celle représentée à la figure 2 et expliquée à cet endroit, de telle sorte que l'on n'a pas besoin ici d'entrer davantage dans les détails Par contre on dispose une pièce de contact 82 formant un angle sur la tête 64 des contacts 62 pour le courant principal La pièce de contact 82 consiste dans ce cas en une zone de base 84 et une zone de contact 86 formant un angle par rapport à celle-ci en formant un cône intérieur La zone de base 84 est reliée de façon solidaire à la tête 64 des contacts 52 pour le courant principal par des rivets à fluage radial ou par soudage ou par brassage La zone de contact 86 est dans ce cas disposée de façon inclinée axialement par rapport à la zone de base 84, suffi- saiment pour que la surface de contact se trouvant sur la zone de contact 86 se trouve parallèlement à la sur- face de contact 58 du pont de contact 48 Grâce à cette disposition la zone de contact 86 constitue, par rapport à la zone de base 84, une pièce mobile de façon élastique dans le sens radial Quand on débranche le relais d'enclenchement 10 la pièce 24 est alors de nouveau amenée dans le sens axial contre le couvercle du boîtier 42 et, dans ce cas, on établit par l'intermédiaire du pont de contact 48 une liaison électriquement conductrice entre les contacts 52 pour le courant principal Grâce à cette forme de réalisation particulière du pont de contact 48 ou des pièces de contact 82, on a, dans le cas du contact qui s'établit sous une pression de contact déterminée des surfaces de contact 58 et 88, un mouvement radial élastique des surfaces de contact 48 ou de la zone de contact 86. De cette façon il est possible d'une manière particulièrement avantageuse d'empêcher un rebondisse- ment lors de l'établissement du contact, et en même temps de compenser d'une manière très simple d'éven- tuelles tolérances de fabrication qui se produiraient lors de la fabrication d'au moins un contact rigide. De cette façon on a, lors de chaque venue en contact, même après un usage assez long et fréquent du relais d'enclenchement, une pression de contact aussi élevée de telle sorte qu'une liaison fiable peut avoir lieu à chaque instant entre les contacts 52 du courant principal. Dans le cas de la vue de dessus représentée à la figure 5 sur un jeu de contact qui est représenté ici en position fermée, il est clair que la surface de contact 58 du pont de contact 48 repose par engagement positif sur la surface de contact 88 de la pièce de contact 82. En outre on voit clairement ici la forme conique ou la forme en calotte conique des segments avec les surfaces enveloppes produisant les surfaces de contact 58 ou 88 Grâce à cette conformation conique, de type à segments de cercles, conique des zones de contact 86, on obtient une surface de contact aussi grande que possible avec le pont de contact 48 réalise globalement d'une manière ronde. Selon une autre configuration de l'invention il est pensable que le pont de contact 48 soit monté de façon à pouvoir tourner autour du gradin 62 de la douille 46 de telle sorte que des segments de cercle respectivement différents du pont de contact 48 de la figure 6, soient disponibles pour venir en contact, et que de cette façon on puisse obtenir au total une durée de vie plus longue du pont de contact 48 On peut ainsi éviter un ajustage coûteux en ce qui concerne l'usinage du pont de contact 48. Sur la figure 6 on a représenté dans une vue en perspective la disposition des éléments de contact correspondant à l'exemple de réalisation montré à la figure 4 On voit clairement la configuration en forme de calotte conique du pont de contact 48 qui possède une ouverture 92 dans sa partie médiane 90, couvercle qui sert à recevoir le gradin 62 de la douille 46 Les pièces de contact 82 disposées sur les contacts 52 pour le courant principal possèdent sur leur zone de contact 86 une surface enveloppe correspondant à la configuration du pont de contact 48 en forme de calotte conique, constituant les surfaces de contact 88 Aussi bien le pont de contact 48 que les pièces de contact 82 peuvent être fabriquées d'une manière simple en pièces de tôle, par exemple en tôles de cuivre qui peuvent être courbées ou pressées pour obtenir la forme souhaitée au moyen d'un façonnage simple sans copeaux. R E V E N D I C A T I O N S 1) Interrupteur électromagnétique, en parti- culier relais d'enclenchement pour un dispositif de mise en marche (démarreur) d'un moteur à combustion interne, avec un noyau magnétique auquel est associé une bobine de relais, et une armature qui présente un axe de commutateur passant à travers un perçage du noyau magnétique et portant à l'une de ses extrémités un pont de contact en saillie dans une chambre de contact, pont qui présente des surfaces de contact associées à des contacts pour courants à forte inten- sité présentant des surfaces de contact disposées dans le sens axial, caractérisé en ce que les ponts de contact ( 48) et les contacts pour le courant principal ( 52) possèdent des surfaces de contact ( 58, 68) qui s'étendent obliquement dans le sens radial et en ce qu'au moins l'une des surfaces de contact ( 58, 68) est constituée de façon élastique dans le sens radial 2) Interrupteur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont de contact ( 48) est constitué comme un disque de contact ou une plaque de contact et possède une enveloppe pro- duisant une surface de contact ( 58) conique ou en forme de calotte conique, qui s'évase du côté de la bobine du relais. 3) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pont de contact ( 48) est une pièce de tôle ininter- rompue, profondément emboutie ou pressée. 4) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de contact ( 58) du pont de contact ( 48) possède sur sa surface une ondulation. ) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête ( 64) du contact pour le courant principal ( 52) présente des flancs obliques ( 66) produisant les sur- faces de contact ( 68) 6) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les flancs ( 66) ont la forme d'un cône ou d'une calotte conique. 7) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pont de contact ( 70) est constitué comme un disque qui présente des flancs ( 72) s'étendant obliquement dans le sens axial, flancs qui fournissent les surfaces de contact ( 74). 8) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pont de contact ( 48, 70) est monté de façon à pou- voir tourner sur un étage ( 62) d'une douille en matière isolante ( 46). 9) Interrupteur électro-magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête ( 64) du contact pour le courant principal ( 52) possède une pièce de contact ( 82), qui présente une zone de contact ( 86) disposée obliquement dans le sens axial par rapport à la zone de sa base ( 84). 10) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce de contact ( 82) est constituée d'une seule pièce et fixée par la zone de sa base ( 84) sur la tête ( 64) du contact pour le courant principal ( 52) d'une façon électriquement conductrice, de telle façon que la zone de contact ( 86) soit orientée en direction des surfaces de contact ( 58, 74) du pont de contact ( 48, ). 11) Interrupteur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la zone de contact ( 86) présente une structure superficielle adaptée aux surfaces de contact ( 58, 74) du pont de contact ( 48, 70). 12) Interrupteur électro-magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la tête ( 64) du contact ( 52) pour le courant prin- cipal possède un évidement ( 80) dans lequel des élé- ments élastiques ( 78) sont associés à des surfaces de contact ( 76) constituées en forme de segment de cercle.