Brevet FR2766007A1 — publié le 19990115

DISPOSITIF A BOUTON-POUSSOIR POUR LA COMMANDE D'UN APPAREIL ELECTRIQUE, NOTAMMENT D'UN DISJONCTEUR La présente invention concerne un dispositif a bouton-poussoir pour la commande d'un appareil électrique, notamment d'un disjoncteur. Elle s'applique plus particulièrement, bien que non exclusivement, aux disjoncteurs de petites dimensions, comportant un bouton-poussoir de commande, enfoncé en position normale. Les boutons-poussoirs de ce type d'appareil subissent de nombreuses contraintes, notamment dans la position sortie, car ils dépassent du corps du disjoncteur et ne sont plus protégés par les parois du logement dans lequel ils coulissent pour atteindre la position enfoncée. Ils subissent notamment des chocs transversaux et le risque existe qu'ils soient détériorés, voire même brisés. En outre, le corps des boutons-poussoirs est normalement réalisé en matériau isolant, le plus souvent en matériau plastique. Ce type de matériau ne possède pas des qualités de résistance mécaniques intrinsèques très élevées. Or un disjoncteur, et il en est de même de tout type d'appareil électrique de sécurité, doit remplir sa fonction dans de bonnes conditions de fiabilité et, précisément, offrir une bonne sécurité. I1 existe également un certain nombre de normes à respecter (par exemple les normes MIL) qui définissent l'amplitude des efforts transversaux, l'amplitude des forces d'impact, etc., que doit pouvoir subir ce type d'appareils et, notamment, leur mécanisme de commande, sans que les fonctions à remplir par ceux-ci en soient affectées. Or, la pratique montre que de nombreux dispositifs de commande des disjoncteurs de l'art connu, et, de façon plus générale, d'appareils de sécurité électriques similaires, ne répondent pas aux normes en vigueur et ne résistent pas fonctionnellement aux contraintes précitées. Les figures la et lb, annexées à la présente description, illustrent schématiquement la structure habituelle des dispositifs de commande de disjoncteur à bouton-poussoir. Plus précisément, le dispositif 1 est représenté en position bouton-poussoir 2 sorti sur la figure la et en position bouton-poussoir 2 enfoncé sur la figure lb. Comme le montre ces figures, le dispositif de commande comporte deux organes principaux : le boutonpoussoir 2 et son logement 3 ou canon. La section intérieure du logement 3 peut être a priori quelconque, notamment cylindrique, carrée ou rectangulaire. La face extérieure du canon 3 est filetée de manière à pouvoir recevoir un ensemble de fixation du dispositif 1 à un panneau (non représenté), cet ensemble comprenant un écrou 31 et une rondelle 32. Le bouton-poussoir 2 comporte essentiellement deux parties : une zone supérieure 20, sensiblement plane formant la tête du bouton-poussoir 2 et sur laquelle pourra s'exercer une force de poussée F (figure la), par exemple pour ré-enclencher le dispositif de commande 1, et une zone inférieure 21, formant le corps. La force F peut également résulter d'un choc intempestif sur la tête 20 du bouton-poussoir 2. La section du corps 21 est généralement inférieure à celle de la tête 20. En outre, le corps 21 est habituellement creux : orifice interne borgne 22. Les deux composants, bouton-poussoir 2 et canon 3 sont en mouvement de translation relatif, l'un par rapport à l'autre, suivant un axe longitudinal de symétrie A. Le canon 3 est solidaire du châssis du disjoncteur. On constate d'après les figures la et lb que, lorsque le bouton-poussoir 2 est enfoncé (figure la) dans son logement, la longueur des parois extérieure du bouton-poussoir 2 et intérieure du canon 3 en contact, c'est-à-dire la longueur de guidage 11 est élevée. Ce n'est plus le cas lorsque le bouton-poussoir 2 est en position sortie (figure lb) : la longueur de guidage 12 est alors très restreinte. On en déduit aisément que la structure qui vient d'être décrite succinctement n'est pas optimisée pour résister, notamment, à des chocs latéraux. On montrera ci-après, de façon détaillée, que cette structure présente des inconvénients supplémentaires, par exemple lorsque l'on exerce une force longitudinale (axe A) pour re-déclencher le dispositif de commande. L'invention se fixe pour but de pallier aux inconvénients des dispositifs de l'art connu, dont certains viennent d'être rappelés, ce sans augmenter significativement, ni le coût du dispositif, ni sa complexité. Pour ce faire, selon une première caractéristique de l'invention, on prévoit de prolonger le canon, en son extrémité supérieure, par un canon supplémentaire, dont la paroi est avantageusement en décrochement vers l'intérieur, de manière à ce que sa section soit plus faible que celle du canon sous-jacent. C'est ce canon supplémentaire qui sert de guide au bouton-poussoir. La paroi extérieure de ce dernier glisse sur la paroi intérieure du canon supplémentaire. Il s'ensuit que la longueur de guidage peut rester la même, que le bouton-poussoir soit sorti ou enfoncé. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, on dote le bouton-poussoir d'une jupe périphérique qui recouvre le canon supplémentaire, de manière à ce que la paroi de celle-ci glisse entre la paroi extérieure du bouton-poussoir et la paroi intérieure de la jupe. Cette disposition permet, notamment d'améliorer le guidage du bouton-poussoir et, lors du réenclenchement du dispositif de commande, permet d'appliquer la force nécessaire à cette action directement sur le décrochement précité, comme il le sera montré ci-après. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande d'un appareil électrique du type à boutonpoussoir, le bouton-poussoir comprenant une tête et un corps de section déterminée, le dispositif de commande comprenant un canon dans lequel est inséré ledit corps de bouton-poussoir, ledit canon autorisant un mouvement de translation du bouton-poussoir entre deux positions extrêmes, une position dite sortie et une position dite enfoncée, suivant un axe dit longitudinal, caractérisé en ce que ledit canon se subdivise en un premier canon, dit inférieur, prolongé par un second canon, dit supérieur, dans lequel est inséré ledit corps de bouton-poussoir, les longueurs relatives de ce second canon et du corps de bouton-poussoir étant telles que la surface entière du second canon soit en contact sur le corps, dans ladite position sortie et dans ladite position enfoncée. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaftront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, parmi lesquelles - les figures la et lb illustrent la structure générale d'un dispositif de commande à bouton poussoir selon l'art connu ; - les figures 2a et 2b illustrent un exemple de réalisation d'un dispositif de commande à bouton poussoir selon l'invention - les figures 3a et 3b permettent de comparer l'effet d'un choc transversal sur le bouton-poussoir de dispositifs selon l'art connu et l'invention, respectivement ; - les figures 4a et 4b permettent de comparer l'effet d'un choc longitudinal sur le bouton-poussoir de dispositifs selon l'art connu et l'invention, respectivement - la figure 5 illustre, en coupe, un exemple de réalisation pratique d'un disjoncteur comprenant un dispositif de commande à bouton-poussoir conforme à l'invention, respectivement. On va maintenant décrire un exemple de réalisation d'un dispositif de commande à bouton-poussoir selon l'invention, par référence aux figures 2a et 2b. Le dispositif de commande, ici référencé 5, comporte, comme précédemment, deux organes principaux un bouton-poussoir référencé 6 et un canon de guidage 7. Cependant, selon une première caractéristique importante de l'invention, le canon se subdivise en un premier fourreau 7a ou canon inférieur, de paroi 70, prolongé par un second fourreau 7b ou canon supérieur, de paroi 71. C'est ce dernier qui, en réalité, guide le bouton-poussoir 6. Le canon inférieur 7a est muni, sur sa face extérieur, du même ensemble de fixation, 31-32, que le dispositif de l'art connu représenté sur les figures la et lb. En effet, de façon avantageuse, le raccordement entre les deux canons successifs s'effectue avec un décrochement 700 vers l'intérieur, de manière à ce que les dimensions de la section du canon supérieur 7b soient inférieures à celles du canon inférieur. Comme précédemment également, le bouton-poussoir comprend une tête 60,~sensiblement plane, et un corps 61, habituellement creux : enceinte 62. En outre, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, on munit le boutonpoussoir 6, et plus particulièrement sa tête 60, d'une jupe périphérique 63. Celle-ci est agencée de telle sorte que la paroi 71 du canon supérieur 7b puisse s'insérer entre la paroi externe du corps 61 du bouton-poussoir 6 et cette jupe 63. L'épaisseur de la paroi 71 est sensiblement égale à l'espace e laissé libre entre la jupe 63 et le corps 31 du bouton-poussoir 6, de manière à ce que le canon supérieur 7b puisse glisser sans frottement excessif entre ces deux éléments. L'examen des figures 2a et 2b montre que, si le corps 61 du bouton-poussoir 6 est suffisamment long, c'est-à-dire de façon pratique plus long que la paroi 71, les longueurs de contact l'l, bouton-poussoir 6 sorti, et 1'2, bouton-poussoir 6 enfoncé, sont identiques. A elle seule, cette disposition est avantageuse et permet d'améliorer le guidage et le maintien du bouton-poussoir 6. En outre, la présence de la jupe 63 améliore encore la fonction guidage. Cependant, les dispositions retenues dans le cadre de l'invention apportent bien d'autres avantages, qui vont être détaillés en regard des figures 3a à 4b. Dans chaque cas, une comparaison est faite entre un dispositif de commande selon l'art connu (figure 3a et 4a) et un dispositif de commande selon l'invention (figure 3b et 4b). Sur les figures 3a à 4b, les éléments communs aux figures la à 2b portent les mêmes références et ne seront redécrits qu'en tant que de besoin. Les figures 3a et 3b illustrent l'effet d'un choc qui se traduit par une force F exercée latéralement sur la tête d'un bouton-poussoir (c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe de symétrie longitudinal A), respectivement selon l'art connu et selon l'invention. Pour fixer les idées, on suppose que les sections des boutons-poussoirs, respectivement 2 (figure 3a) et 6 (figure 3b) sont circulaires et qu'ils sont creux (enceintes 22 ou 62, respectivement). On suppose également que le diamètre de la paroi extérieure des corps, 21 ou 61, est égal à D et que le diamètre des enceintes, 22 ou 62, est égal à d. Sur les figures 3a et 3b, la force F étant exercée de haut en bas, elle peut se décomposer en deux forces antagonistes, F1 (vers le bas) à l'extrémité libre des corps 21 ou 61, respectivement, et F2 (vers le haut) à l'extrémité libre des parois 30 ou 71, respectivement. On repère la position de l'application de la force F et sa direction par rapport à un système d'axes orthonormés X, Y et Z. L'axe X est confondu avec l'axe A, l'axe Y est orthogonal à cet axe, dans le plan des figures 3a et 3b, et Z orthogonal à ce plan. La force F induit dans toute la section droite un moment fléchissant tel que la relation suivante est vérifiée MF(x) = F. (L-x) (1) ; relation dans laquelle F est la force appliquée, L la distance séparant l'encastrement du corps, 21 ou 61, respectivement, du point d'application de la force, x la distance sur l'axe X de la section considérée à 1 'encastrement. Le couple fléchissant MF(x) est maximum au droit de l'encastrement x = 0. La contrainte normale engendrée par ce couple fléchissant MF(x) obéit à la relation suivante a(x,y) = MF(x).y/Igz (2) relation dans laquelle Igz est le moment d'inertie da la section droite par rapport à l'axe Z et y la coordonnée suivant l'axe Y. Dans le cas d'un dispositif de commande selon l'art connu (figure 3a), la relation (2) devient oi = F.Ll.(D/2)/Igz (2a) relation dans laquelle L = L1 est la distance séparant le point d'application de la force F de l'extrémité de la paroi 30 en contact avec le corps 21 du boutonpoussoir 2. Igz est le moment d'inertie de la couronne donné par la relation Igz = z/64 (D-d) (3) D et d étant les diamètres définis ci-dessus. Dans le cas d'un dispositif de commande selon l'invention (figure 3b), la relation (2) devient 2 = F.L2.(D/2)/Igz (2b) ; relation dans laquelle L = L2 est la distance séparant le point d'application de la force F de l'extrémité de la paroi 71 en contact avec le corps 61 du boutonpoussoir 6. D est le diamètre défini ci-dessus. Si on suppose que le diamètre D des sections des boutons-poussoirs 2 et 6 est le même, la valeur de Igz est donc également la même. On en déduit que la contrainte subie est directement proportionnelle à la valeur de la distance L. Un examen comparé des figures 3a et 3b montre immédiatement que, puisque L2 est très inférieure à L1, du fait de la présence de la paroi 71, c'est-à-dire le canon supérieur 7b prolongeant le canon inférieur 7a, la contrainte subie par le dispositif de commande selon l'invention (figure 3a) est également bien inférieure à celle subie par un dispositif de commande selon l'art connu (figure 3a). Les figures 4a et 4b illustrent, pour leur part, l'effet d'un choc qui se traduit par une force F exercée longitudinalement sur la tête d'un bouton-poussoir (c'est-à-dire parallèlement à l'axe de symétrie longitudinal A), respectivement selon l'art connu et selon l'invention. Dans le cas de l'art connu (figure 4a), la force, c'est-à-dire la charge, est transmise à la chape sousjacente et en particulier aux fixations 40 de celle-ci (par exemple des rivets), comme illustré sur la figure 4a. Pour fixer les idées, si les fixations sont constituées par deux rivets 40, la force F se subdivise en deux forces égales de valeur F/2. Dans le cas de l'invention (figure 4b), la charge est transmise directement sur le canon, comme illustré par la figure 4a, la force F étant exercée sur le haut de la paroi 63 du canon supérieur 7b et répartie sur toute la couronne formée par celui-ci. On va maintenant décrire un exemple de réalisation pratique d'un disjoncteur 8 mettant en oeuvre un dispositif de commande à bouton-poussoir selon l'invention par référence à la figure 5. Cette figure 5 représente le disjoncteur 8 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 5, n'ont été référencés que les éléments essentiels à la bonne compréhension de l'invention. Le disjoncteur 8 comprend la chape précitée 4, surmontée par le dispositif de commande 5 de l'invention comprenant le bouton-poussoir 6 et le canon double, 7a7b. Le système de fixation à écrou 31 et rondelle 32 permet d'encastrer et de fixer le disjoncteur sur un panneau 33, muni d'un orifice 330 dans lequel est enfilé le canon inférieur 7a. Naturellement, la paroi 70 du canon inférieur 7a est munie, sur sa face extérieure, d'un filetage permettant le vissage de l'écrou 31. Le disjoncteur 8 est muni, à sa base, de deux bornes à vis, 84, permettant l'amenée du courant à mesurer i, par l'intermédiaire de tout organe approprié (cosses, etc.), illustré schématiquement par des liaisons filaires 88. On a supposé que le disjoncteur 8 était du type unipolaire. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 5, à l'intérieur du boîtier du disjoncteur 8, on trouve notamment un organe de mesure de l'intensité i, en l'occurrence un ensemble bilame 9, un équipage mobile 82, un ensemble de déverrouillage 81 comprenant un ressort hélicoïdal de commande 820. Le bilame 9 agit sur l'ensemble de déverrouillage 81 par l'intermédiaire d'une barrette de liaison 80. L'ensemble de déverrouillage 81 agit à son tour sur l'équipage mobile 82, muni d'un ressort en épingle 820. Ce dernier agit sur une paire de contact 83, et plus précisément sur un contact mobile 830, l'autre, 831, étant fixe et en liaison électrique avec l'une des bornes à vis 84. Le bilame 9 est en liaison électrique avec la seconde borne à vis 84. L'équipage mobile 82 agit sur un organe de verrouillage 85, dont la partie supérieure est disposée dans l'enceinte intérieure 62 du bouton-poussoir 6. Cet organe 85 comprend deux pinces arrondies, 850 et 851, mobiles en rotation autour d'un axe A1, orthogonal à l'axe longitudinal A et situé près de la tête 60 du bouton-poussoir 6. Il comprend également un ressort hélicoïdal 854 agissant sur cette tête 60. L'axe A1 est couplé mécaniquement à la tête 60. La partie inférieure des pinces, 850 et 851, est actionnée par l'équipage mobile 82. A cet effet, celles-ci, dans leur partie arrondie, comportent des décrochements, 852 et 853, s'encastrant, dans l'état verrouillé (bouton-poussoir 6 enfoncé) dans un logement 72 sous-jacent à la paroi 70 du canon inférieur 7a. On a réalisé une gorge annulaire 700 dans la partie inférieure de cette paroi pour y encastrer une plaque 86 de déverrouillage de l'organe 85 à pinces, 850-851. Plus précisément, cette plaque 86 est située audessus des décrochements, 852 et 853, précités et maintient les pinces1 850 et 851, à l'état verrouillé, ainsi que le bouton-poussoir 6 à l'état enfoncé. Enfin, le disjoncteur 8 comprend, dans l'exemple illustré, un organe auxiliaire classique de visualisation de son état, référencé globalement 87. Ce dernier est actionné par l'ensemble de déverrouillage 81. Lorsque le bouton-poussoir est enfoncé dans le canon double 7a-7b (position représentée sur la figure 5), le ressort 91 est compressé. Lorsque le disjoncteur 8 détecte une surintensité, le bilame déclenche, via la barrette de liaison 80, l'ensemble de déverrouillage 81. Ce dernier agit sur l'équipage mobile 82 qui, à son tour, par l'intermédiaire du ressort en épingle 820, agit sur le contact mobile 830 qui s'écarte du contact fixe 831 et coupe le circuit électrique. L'équipage mobile déverrouille l'organe à pince 85 hors de son logement et permet la détente du ressort 852. 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 longitudinale suivant l'axe A (voir figure 4b). La base du bilame 9 est insérée dans un support de maintien 90. On prévoit avantageusement un organe de réglage de la valeur de déclenchement, par exemple une vis de réglage 91. A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. Elle permet notamment un meilleur guidage du bouton-poussoir et une diminution notable des contraintes subies par le dispositif de commande. Cependant, elle n'augmente pas corrélativement, de façon sensible, la complexité et le court de revient des éléments constitutifs. Les boutons-poussoirs sont habituellement fabriqués en matériau plastique, par moulage ou par une opération similaire. Une fois le moule réalisé, le temps nécessaire à la fabrication des boutons-poussoirs conforme à l'invention reste inchangé et la quantité de matière sensiblement identique, à dimensions similaires. De même, le canon est généralement en métal léger, tel que l'aluminium. La fabrication d'un canon conforme à l'invention n'amène aucun surcout notable. Il doit être clair aussi que, bien que particulièrement adaptée à des applications concernant les disjoncteurs de faibles dimensions, on ne saurait cantonner l'invention à ce seul type d'applications. Elle s'applique tout aussi bien à tous types de disjoncteurs ou d'appareils électriques comprenant un ou plusieurs boutons-poussoirs susceptibles de subir des chocs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande (5) d'un appareil électrique du type à bouton-poussoir (6), le boutonpoussoir (6) comprenant une tête (60) et un corps (61) de sections déterminées, le dispositif de commande (5) comprenant un canon (7) dans lequel est inséré ledit corps (61) de bouton-poussoir (6), ledit canon (7) autorisant un mouvement de translation du boutonpoussoir (6) entre deux positions extremes, une position dite sortie et une position dite enfoncée, suivant un axe dit longitudinal (A), caractérisé en ce que ledit canon se subdivise en un premier canon (7a), dit inférieur, prolongé par un second canon (7b), dit supérieur, dans lequel est inséré ledit corps (61) de bouton-poussoir (6), les longueurs relatives de ce second canon (7b) et du corps (61) de bouton-poussoir (6) étant telles que la surface entière du second canon (7b) soit en contact sur le corps (61), dans ladite position sortie et dans ladite position enfoncée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second canon (7b) est disposé en décrochement (700) vers l'intérieur, de manière à ce que les dimensions de la section du second canon (7b) soient inférieures à celles dudit premier canon (7a). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tête (60) dudit boutonpoussoir (6) est munie d'une jupe (63) périphérique ménageant un espace intérieur (e) suffisant pour que la paroi (71) dudit second canon (7b) pénètre entre cette jupe (63) et la paroi extérieure dudit corps (61) du bouton-poussoir (6) et que, lorsqu'on exerce une force (F) suivant ledit axe longitudinal (A), le boutonpoussoir (6) répercute cette force (F) sur l'extrémité libre de la paroi (71) dudit second canon (7b). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de la paroi extérieure dudit corps (61), des parois intérieure et extérieure dudit second canon (7b) et de la paroi intérieure de ladite jupe (63) sont circulaires, d'axe de symétrie confondu avec ledit axe longitudinal (A). 5. Application d'un dispositif de commande (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes à un disjoncteur électrique (8).