Brevet FR2766010A1 — publié le 19990115

DISPOSITIF BILAME, NOTAMMENT POUR UN DISJONCTEUR DE FAIBLE CALIBRE La présente invention concerne un dispositif bilame, que l'on appellera ci-après "bilame" dans un but de simplification. Elle s'applique notamment aux disjoncteurs unipolaires de petit calibre, et plus particulièrement encore à des disjoncteurs de calibres pour la gamme comprise entre 0,5 et 1 Ampère, les bornes étant incluses. Dans ce qui suit, sans en limiter en quoi que ce soit la portée, on se placera dans le cadre de l'application préférée de l'invention, sauf mention contraire. Les disjoncteurs des calibres précités sont soumis naturellement aux mêmes contraintes et normes que les disjoncteurs d'autres calibres. Cependant, du fait des intensités relativement faibles qui doivent occasionner le déclenchement des disjoncteurs, il se pose des problèmes de fonctionnement spécifiques à cette gamme. Plus précisément, le bilame pose un triple problème : échauffement insuffisant, rigidité mécanique et fixation dans le boîtier (emplacement). L'invention se fixe pour but de pallier les inconvénients rencontrés dans les dispositifs de l'art connu et dont certains viennent d'être rappelés. L'invention permet d'obtenir un échauffement important malgré le courant faible traversant le bilame. Elle propose une structure permettant un maintien ferme et rigide du bilame et son encastrement dans le boîtier de l'organe utilisateur, c'est-a-dire le disjoncteur. L'invention a donc pour objet un dispositif bilame comprenant au moins deux bras reliés électriquement en une première extrémité, dite supérieure, et dont la seconde extrémité, dite inférieure, est maintenue dans un support, caractérisé en ce que ledit support est constitué par deux barreaux hémi-cylindriques, dont les faces planes sont disposées en vis-à-vis, et en ce que ces barreaux hémi-cylindriques sont couplés mécaniquement de manière à enserrer la base des bras dudit bilame et former un cadre de maintien rigide pour celui-ci. L'invention a encore pour objet l'application d'un tel bilame à un disjoncteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, parmi lesquelles - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif bilame de l'art connu - les figures 2a et 2b illustrent un exemple de réalisation d'un dispositif bilame selon l'invention, respectivement en perspective et en vue de face, avec un écorché partiel - la figure 3 illustre schématiquement le fonctionnement de ce dispositif bilame, en vue de côté ; - la figure 4 illustre, en coupe, un exemple de réalisation pratique d'un disjoncteur comprenant un dispositif bilame conforme à l'invention. Comme il a été indiqué, pour des disjoncteurs de petit calibre, par exemple 0,5 ou 1 A, les principales difficultés de fonctionnement rencontrées sont dues au manque d'échauffement et de rigidité de l'ensemble bilame. Cela se traduit par de faibles forces développées et de faibles amplitudes de déflexion des bilames. On va tout d'abord rappeler les principes de fonctionnement d'un bilame par référence à la figure 1. Le bilame 1 représenté sur cette figure est un bilame classique très simple en forme de "U" renversé, comprenant deux bras verticaux, 11 et 12, respectivement, reliés par un pont de jonction 10. Le bilame est encastré dans un support de maintien 13. Lorsqu'on fait passer un courant I dans le bilame 1, il se produit un échauffement du à la résistance électrique propre au bilame 1. Les métaux composant le bilame 1 étant inégalement dilatables occasionnent une déflexion des bras verticaux, 11 et 12, leur base étant maintenue. De façon plus précise, les principales équations qui décrivent le système sont les suivantes a/ déflexion (en mm) F . H . / #T # #1 (1) ; e b/ force (en g) F # E # 1 e # / #T # #2 # n (2) 4H relations dans lesquelles F = déflexion spécifique à un bilame déterminé, valeur déduite d'une mesure ou donnée par le constructeur ; E = module d'élasticité du matériau 711 et #2 = rendements de force liés à la forme du bilame ainsi qu'au support raidisseur maintenant les bras entre eux, ces paramètres augmentant en même temps que le nombre de bras H = hauteur (en mm) e = épaisseur (en mm) 1 = largeur de travail (en mm), la section s étant égale à l.e (en mm) ; n = nombre de bras verticaux. A partir des formules (1) et (2), on peut en déduire qu'un bilame travaillant avec un nombre important de bras et associé à un échauffement important va développer des déflexions et des forces importantes. L'échauffement /aT obéit à la relation suivante /#T = XTH # Rb # I (3) ; relation dans laquelle Rb = résistance du bilame en Ohms I = intensité parcourant celui-ci. Le calcul de l'échauffement est possible, soit en connaissant par avance la résistance Rb, soit en la calculant ou en la mesurant. La résistance Rb obéit à la relation suivante L Rb = q > (4) relation dans laquelle ç = résistivité du matériau composant le bilame ; L = la longueur du bilame S = la section du bilame précédemment définie. Pour obtenir un échauffement important, selon une première caractéristique de l'invention, on augmente la longueur du bilame 1, ce qui conduit à une forte résistance. Cependant, il est nécessaire, simultanément, d'obtenir une grande rigidité. Enfin, l'ensemble doit être encastré dans un boîtier, a priori, de petites dimensions. Ces différentes exigences apparaissent antinomiques. On va maintenant décrire au regard des figures 2a et 2b un exemple de réalisation d'un bilame 2 conforme à l'invention. La figure 2a représente ce bilame 2 en perspective et la figure 2b, en vue de face, en écorché partiel. Le bilame, ici référencé 2, comprend en réalité une "cascade" de bilames élémentaires disposés en lacet. Dans l'exemple décrit- sur la figure 2, on a représenté cinq bilames, 21 à 25. Cette caractéristique permet d'allonger le trajet suivi par le courant I et donc d'augmenter la résistance globale de l'ensemble. Les bilames élémentaires sont maintenus dans un support 3 qui va être détaillé ci-après. Lorsque le bilame 2 n'est parcouru par aucun courant, donc en l'absence d'échauffement, toutes les lames ou bras verticaux constituant les bilames élémentaires sont compris dans un même plan. Chaque bilame élémentaire, 21 à 25, a la forme d'un "U" renversé. Les deux bras verticaux de chaque bilame élémentaire, 21 à 25, sont reliés par des ponts de jonction en forme d'arc : 210 à 250, respectivement. Deux bilames successifs sont reliés, en leur base, par des ponts de jonction également en forme d'arc : 212 à 242, respectivement, comme le montre plus particulièrement la figure 2b. Dans l'exemple particulier décrit, les deux bilames élémentaires, 21-22 et 24-25, de chaque côté du bilame central, 23, ont des bras verticaux moins larges que ce dernier. Les bras extérieurs des deux bilames élémentaires d'extrémité, 21 et 25, s'évasent en leur extrémité inférieure (zones 211 et 251) et se prolongent par des plages de connexion, 25 et 26, respectivement. Ces plages autorisent l'insertion du bilame 2 dans un connecteur approprié (non représenté sur les figures 2a et 2b) pour son alimentation en courant I, ou tout autre type de connexion : soudure ou vissage, par exemple. Selon une caractéristique importante de l'invention, le support raidisseur 3 est constitué de deux barreaux hémi-cylindriques, 30 et 31, disposés en vis-à-vis par leurs faces planes, 300 et 310. Ces barreaux sont en métal, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium. Pour assurer un bon maintien de l'ensemble bilame 2, tenu par sa base, les barreaux hémicylindriques sont transpercés, dans une zone centrale, d'un orifice orthogonal aux faces planes, 300 et 310. Sur les figures 2a et 2b, un seul orifice est visible, 301, sur le barreau hémi-cylindriques 30. Les deux barreaux hémi-cylindriques et la base du bilame 2 (ponts 212 à 242) sont alors assemblés à l'aide d'un rivet 4 ou d'un organe similaire, par exemple en acier inoxydable. Cette disposition assure une très bonne rigidité à l'ensemble bilame 2. Enfin, selon un aspect supplémentaire de l'invention, l'isolation électrique entre le métal de la base du bilame 2 et les faces planes, 300 et 310, en visà-vis de barreaux hémi-cylindriques, 30 et 31, également métalliques, est obtenue par un dépôt de matériau isolant 5, une couche, 50 et 51, étant déposée sur chaque face plane, 300 et 310. La nature du dépôt de matériau isolant 5 dépend naturellement du métal constituant les barreaux hémicylindriques, 30 et 31. De façon avantageuse, pour de l'acier inoxydable, on effectue un dépôt de "Téflon" TM, c'est-à-dire d'un matériau à base de tétrafluoroéthylène, et pour de l'aluminium, on effectue une anodisation sulfurique dure. Dans les deux cas, l'épaisseur du dépôt est comprise typiquement dans la gamme 20 à 150 pm. La figure 3 illustre schématiquement, en vue de côté, le fonctionnement du bilame 2 selon l'invention. Lorsque le bilame 2 est parcouru par un courant I dépassant un seuil déterminé, 1maux, pendant un intervalle de temps prédéterminé (ce qui permet d'écrêter des pics instantanés), ce courant va provoquer un échauffement que l'on peut déterminer par la relation (3). Les différentes lames, 21 à 25 (figures 2a et 2b), retenues en leur base par le support 3, vont s'infléchir et passer de la position du bilame sous la référence 2 (lames contenues dans un plan), à la position de ce même bilame sous la référence 2'. Ce dernier va exercer une force de poussée F sur un mécanisme de déclenchement, symbolisé par une tige pouvant prendre deux positions, de références M et M'. Comme il le sera décrit ci-après, dans l'application "disjoncteur", il s'agit d'un mécanisme bistable permettant de couper le circuit électrique dans lequel circule le courant I, sur détection d'une surintensité d'amplitude déterminée (I 2 Iman) L'amplitude de la déflexion et de la force F exercée sont données par les formules (2) et (3). Une fois le courant I coupé, le bilame 2 refroidit et reprend la position de repos, référence 2. Cependant pour rétablir le passage du courant I, il sera nécessaire, dans l'application précitée, de réarmer le disjoncteur, ce qui aura également pour effet de ramener le mécanisme dans la position référencée M. On va maintenant décrire un exemple de réalisation pratique d'un disjoncteur 5 mettant en oeuvre un dispositif de commande à bouton-poussoir selon l'invention par référence à la figure 4. Cette figure 4 représente le disjoncteur 5 en coupe longitudinale. Les éléments communs aux figures précédentes portent les mêmes références et ne seront redécrits qu'en tant que de besoin. En outre, sur cette figure 4, n'ont été référencés que les éléments essentiels à la bonne compréhension de l'invention. Dans l'exemple décrit, le disjoncteur 5 comprend un dispositif de commande à bouton-poussoir 6 coulissant dans un canon 7. Un système de fixation à écrou 70 et rondelle 73 permet d'encastrer et de fixer le disjoncteur sur un panneau 72, muni d'un orifice 720 dans lequel est enfilée la partie inférieure du canon. Naturellement, la paroi 70 de ce canon est munie, sur sa face extérieure, d'un filetage, 701, permettant le vissage de l'écrou 71. Le disjoncteur 5 est muni, à sa base, de deux bornes à vis, 50, permettant l'amenée du courant à mesurer I, par l'intermédiaire de tout organe approprié (cosses, etc.), illustré schématiquement par des liaisons filaires 51. On a supposé que le disjoncteur 5 était du type unipolaire. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 4, à l'intérieur du boîtier du disjoncteur 5, on trouve notamment un organe de mesure de l'intensité I, en l'occurrence le dispositif bilame 2 selon l'invention, un équipage mobile 52, un ensemble de déverrouillage 55 comprenant un ressort hélicoïdal de commande 550. Le dispositif bilame 2 agit sur l'ensemble de déverrouillage 55 par l'intermédiaire d'une barrette de liaison 54. L'ensemble de déverrouillage 55 agit à son tour sur l'équipage mobile 52, muni d'un ressort en épingle 520. Ce dernier agit sur une paire de contact 53, et plus précisément sur un contact mobile 530, l'autre, 531, étant fixe et en liaison électrique avec l'une des bornes à vis 50. Le dispositif bilame 2 est en liaison électrique avec la seconde borne à vis 50. L'équipage mobile 52 agit sur un organe de verrouillage 8, dont la partie supérieure est disposée dans l'enceinte intérieure 61 du bouton-poussoir 6. Cet organe 8 comprend deux pinces arrondies, 80 et 81, mobiles en rotation autour d'un axe A, orthogonal au plan de la figure et situé près de la tête 60 du boutonpoussoir 6. il comprend également un ressort hélicoïdal 82 agissant sur cette tête 60. L'axe A est couplé mécaniquement à la tête 60. La partie inférieure des pinces, 80 et 81, est actionnée par l'équipage mobile 52. A cet effet, celles-ci, dans leur partie arrondie, comportent des décrochements, 800 et 801, s'encastrant, dans l'état verrouillé (bouton-poussoir 6 enfoncé) dans un logement 74 sous-jacent à la paroi inférieure 70 du canon 7. On a réalisé une gorge annulaire 700 dans la partie inférieure de cette paroi pour y encastrer une plaque 83 de déverrouillage de l'organe 8 à pinces, 8081. Plus précisément, cette plaque 83 est située audessus des décrochements, 800 et 801, précités et maintient les pinces, 80 et 81, à l'état verrouillé, ainsi que le bouton-poussoir 6 à l'état enfoncé. Enfin, le disjoncteur 5 comprend, dans l'exemple illustré, un organe auxiliaire classique de visualisation de son état, référencé globalement 9. Ce dernier est actionné par l'ensemble de déverrouillage 55. Lorsque le bouton-poussoir 6 est enfoncé dans le canon (position représentée sur la figure 4), le ressort 82 est compressé. Lorsque le disjoncteur 5 détecte une surintensité, le dispositif bilame déclenche, via la barrette de liaison 54, l'ensemble de déverrouillage 55. Ce dernier agit sur l'équipage mobile 52 qui, à son tour, par l'intermédiaire du ressort en épingle 520, agit sur le contact mobile 530 qui s'écarte du contact fixe 531 et coupe le circuit électrique. L'équipage mobile 52 déverrouille l'organe à pince 8 hors de son logement et permet la détente du ressort 82 Le bouton-poussoir 6 est repoussé dans la position "sortie". Le réarmement s'effectue en appuyant sur la tête 60 du bouton-poussoir 6, c'est-à-dire en exerçant une force de haut en bas (dans l'exemple illustré sur la figure 4). La base du dispositif bilame 2 est insérée dans le support de maintien 3 et l'ensemble est encastré dans le boîtier du disjoncteur 5. On prévoit avantageusement un organe de réglage de la valeur de déclenchement, par exemple une vis de réglage 33. A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. Elle permet tout à la fois d'obtenir, malgré la faible intensité traversant le bilame, un échauffement important en augmentant la résistance globale du bilame, une bonne rigidité de l'ensemble, ce qui est favorable au développement d'une force et d'une amplitude de flexion importante et la possibilité d'un encastrement dans un espace réduit. I1 doit être clair cependant que 11 invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures 2a à 2b. I1 doit être clair aussi que, bien que particulièrement adaptée à des applications concernant des disjoncteurs unipolaires de faible calibre, on ne saurait cantonner l'invention à ce seul type d'applications. Elle s'applique tout aussi bien à des disjoncteurs de calibres différents et naturellement à des disjoncteurs mettant en oeuvre plusieurs dispositifs bilames, par exemple un dispositif bilame principal et un dispositif bilame utilisé dans un but de compensation de température. il est en effet bien connu que les disjoncteurs doivent fonctionner dans une large gamme de températures. REVENDICATIONS 1. Dispositif bilame (2) comprenant au moins deux bras reliés électriquement en une première extrémité, dite supérieure, et dont la seconde extrémité, dite inférieure, est maintenue dans un support (3), caractérisé en ce que ledit support (3) est constitué par deux barreaux hémi-cylindriques (30, 31), dont les faces planes (300, 310) sont disposées en vis-à-vis, et en ce que ces barreaux hémi-cylindriques (30, 31) sont couplés mécaniquement (4) de manière à enserrer la base (212-242) des bras dudit bilame (2) et former un cadre de maintien rigide pour celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif bilame (2) comprend plusieurs bilames élémentaires (21-25) disposés en cascade, reliés électriquement par lesdites extrémités inférieures (212-242), pour former une structure en lacet, et maintenus dans ledit support (3) par les extrémités inférieures (212-242), de manière à augmenter la résistance électrique globale dudit bilame (2) et l'échauffement et l'amplitude de la force de flexion obtenus pour un courant électrique (I) d'amplitude déterminée. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits barreaux hémicylindriques (30, 31) sont transpercés d'un orifice (301) orthogonal auxdites faces planes (300, 310) et en ce qu'ils sont couplés mécaniquement à l'aide d'un rivet (4) de manière à enserrer lesdites extrémités inférieures de bras (212-242). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit rivet (4) est en acier inoxydable. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits barreaux hémi-cylindriques (30, 31) sont réalisés dans un métal choisi parmi les suivants : acier inoxydable ou aluminium. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces planes (300, 310) des barreaux hémi-cylindriques (30, 31) en vis-à-vis sont recouvertes d'un dépôt de matériau isolant (50, 51). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lesdits barreaux hémicylindriques (30, 31) étant en acier inoxydable, ledit matériau isolant (50, 51) est du tétrafluoroéthylène. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lesdits barreaux hémicylindriques (30, 31) étant en aluminium, ledit matériau isolant (50, 51) est constitué par une anodisation sulfurique dure. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit dépôt de matériau isolant (50, 51) est comprise dans la gamme 20 à 150 micromètres. 10. Application d'un dispositif bilame (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes à un disjoncteur électrique. 11. Application selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit disjoncteur est calibré pour des courants dans la gamme 0,5 à 1 Ampère.