Brevet FR2779582A1 — publié le 19991210

L'invention se rapporte à un dispositif de protection de ligne, du type dit à coupure intégrée, destiné à assurer la protection de l'appareillage relié à une ligne à courants faibles en cas de défaut électrique apparaissant sur cette ligne, comme cela est classique dans les systèmes de télécommunications. De tels dispositifs sont couramment utilisés au niveau de têtes de câble ou de répartiteurs téléphoniques, notamment pour protéger les appareils des usagers contre les éventuelles surtensions susceptibles d'être transmises par les liaisons de transmission qui permettent de raccorder ces appareils à un équipement de télécommunications centralisateur distant. Cette protection s'effectue classiquement par interruption de la continuité électrique au niveau des deux fils d'une liaison et par mise à la masse de ces fils dans le dispositif, lorsque ce dernier est activé. Le document FR-A-2560458 décrit ainsi un dispositif de protection déclenché par l'échauffement d'un parafoudre. Un ressort de mise à la masse est maintenu arme et hors-contact par une pastille isolante fusible. L'échauffement du parafoudre au- delà d'une valeur déterminée entraîne une fusion au moins partielle de la pastille et une mise à la masse par le ressort. Toutefois en raison de la constitution du dispositif et en particulier de la position de la pastille par rapport au parafoudre qui la commande, il n'est pas possible d'obtenir une réponse aussi rapide et fiable que nécessaire. Un document FR-A-2659204 décrit un dispositif de protection qui est lui aussi déclenché par la fusion d'une pastille due à l'échauffement d'un parafoudre. Toutefois dans ce cas la pastille est directement en contact thermique avec le parafoudre ce qui permet de mieux maîtriser les caractéristiques de vitesse de réponse du dispositif Toutefois comme indiqué dans ce document, il se peut que, dans certaines conditions, la pastille ne soit que ramollie, la réponse du dispositif n'est alors pas nécessairement identique à celle obtenue lorsque la surchauffe du parafoudre entraîne une rapide fusion totale. L'invention propose donc un dispositif de protection de ligne à coupure intégrée de constitution simple présentant une grande fiabilité et une grande rapidité de réponse, notamment dans les conditions limites inférieures de tension de déclenchement. Le dispositif de protection selon l'invention comporte: - un parafoudre tripolaire muni de deux électrodes de ligne et d'une électrode de masse, - des moyens conducteurs qui définissent deux bornes d'entrée de ligne, deux bornes de sortie de ligne et une borne de masse et qui assurent les liaisons respectives des électrodes de ligne du parafoudre aux bornes d'entrée, la liaison de l'électrode de masse du parafoudre à la borne de masse et des liaisons entre les bornes d'entrée de ligne et les bornes de sortie de ligne, - des moyens interrupteurs à lames conductrices souples, dans lesquels chaque lame, qui relie une des bornes d'entrée à une des bornes de sortie pour une première position de lame, est élastiquement rappelée contre une pièce de mise à la masse raccordée à la borne de masse pour une seconde position de lame et interrompt la liaison jusqu'alors assurée entre une borne d'entrée et une borne de sortie, - des moyens déclencheurs comportant une pièce fusible de déclenchement qui est thermiquement reliée au parafoudre et qui maintient les lames dans leur première position jusqu'à une température limite d'échauffement au-delà de laquelle la pièce fond et permet un rappel élastique des lames dans leur seconde position, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens déclencheurs constitués par une pièce de déclenchement qui est composée d'un corps central évidé prenant appui contre le parafoudre et d'organes de retenue de lame positionnes de part et d'autre du corps central pour solidariser ladite pièce de déclenchement à chaque lame. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un vue en perspective d'un dispositif de protection de ligne selon l'invention. Les figures 2 et 3 présentent deux vues latérales du dispositif selon l'invention l'une avant, l'autre après déclenchement par fusion. Les figures 4, 5, 6 présentent respectivement une vue de dessus, une vue de gauche et une coupe selon VI-VI d'une pièce fusible de déclenchement, selon l'invention. Les figures 7 et 8 présentent une vue de dessus et une vue de dessous d'une carte de circuit imprimé pour dispositif selon l'invention. Le dispositif de protection de ligne à coupure intégrée selon l'invention tel que présenté sur les figures comporte un parafoudre tripolaire 1, d'allure cylindrique, des moyens interrupteurs à lames conductrices souples 2, 3, une pièce conductrice de mise à la masse 4 et des moyens déclencheurs par pièce fusible 0 thermiquement reliée au parafoudre. Ces composants sont ici positionnes sur un élément de circuit imprimé 5, de forme allongée, comportant des pistes conductrices, des zones conductrices de connexion notamment pour des bornes ou des contacts, ces zones étant sélectivement reliées aux pistes pour former un ensemble ici dit de moyens conducteurs. Le dispositif est prévu pour être relié a deux fils d'une ligne aà courants faibles et notamment d'une ligne téléphonique, du côté câble de transmission ou répartiteur, par deux bornes d'entrée de ligne 6 et 7. Ces bornes d'entrée sont ici réalisées a une première extrémité de l'élément 5, sur une face 8 qui est à l'opposé de celle référencée 9 sur laquelle le parafoudre 1 est monté. Le dispositif est également prévu pour être relié à des fils de desserte d'un équipement ou appareil d'abonné, non représenté, par deux bornes de sortie de ligne 10 et 11 qui sont reliées aux bornes d'entrée 6, 7 par l'intermédiaire des lames conductrices souples 2, 3, lorsque ces dernières sont forcées dans une première position. Les deux bornes de sortie 10 et 11 sont ici réalisées sur la face 9 aà une seconde extrémité de l'élément 5. Une borne d'interconnexion 12 est prévue sur l'élément 5 pour recevoir la pièce de mise à la masse 4, elle est ici perforée de trois trous disposés triangulairement sur la face 9 de l'élément 5 pour recevoir trois tiges de connexion prévues sur cette pièce de mise à la masse. Le raccordement de cette dernière, de type connu en soi, à une liaison de masse externe à l'élément 5 ne sera pas développé ici, dans la mesure o il n'a pas de rapport direct avec l'invention. Des bornes d'interconnexion 13, 14, 15 sont ménagées sur l'élément 5 elles sont ici supposées constituées de zones conductrices réalisées au niveau de trous permettant le positionnement et le raccordement électrique des tiges de connexion des deux électrodes de ligne 16, 17 et de l'électrode centrale de masse 18 que comporte le parafoudre 1. Des bornes d'interconnexion 19 et 20, analogues aux précédentes, sont ici prévues pour permettre le positionnement et le raccordement électrique des tiges de connexion équipant chacune des lames conductrices 2, 3 à son extrémité fixée sur l'élément 5, telle la tige 21 pour la lame conductrice 2 sur la figure 2. Des bornes 22, 23 sont ici constituées par des zones conductrices d'appui qui sont portées par l'élément 5 en des positions leur permettant de recevoir chacune une extrémité mobile de contact d'une des lames conductrices souples 2, 3. Ces bornes sont ici réalisées sur la face 9 de l'élément 5, de part et d'autre du parafoudre 1 et de l'axe longitudinal de l'élément 5, parallèlement auquel ce parafoudre est monté. Des liaisons, par piste conductrice, trou métallisé et/ou tige conductrice, permettent d'établir les continuités électriques nécessaires et en particulier celles des bornes d'interconnexion 13, 14, 15 prévues pour les tiges de connexion du parafoudre avec respectivement les bornes 19, 20 et 12, ainsi que celles des bornes d'entrée 6, 7, chacune avec l'une des bornes d'interconnexion 19, 20, et des bornes de sortie 10, 11 chacune avec l'une des bornes 22, 23. Des zones de contact 30 et 31 reliées aux bornes 19, 20 permettent un test de ligne, lorsque le dispositif est en place. Les moyens interrupteurs à lames conductrices souples sont agencés de manière que les lames 2, 3 maintiennent chacune une liaison électrique entre l'une des bornes d'entrée 6, 7 et l'une des bornes de sortie 10, 11, tant que le parafoudre 1 n'a pas eu à remplir son rôle. Les lames 2, 3 sont alors forcées en appui contre les bornes 22, 23 par la pièce fusible de déclenchement 0 qui vient contrarier la force élastique de rappel tendant à écarter l'extrémité mobile de chaque lame souple de la borne contre laquelle cette extrémité est pressée. La pièce fusible de déclenchement 0 est une pièce rigide réalisée en une matière plastique dont l'état se modifie à une basse température d'environ 100, . Cette pièce doit présenter une bonne rigidité pour pouvoir résister aux forces de rappel élastique produites par les lames souples, lorsque ces dernières sont dans leur première position. Elle doit aussi permettre un passage le plus rapide de ces lames de leur première position, en contact avec les bornes 22, 23, à leur seconde position, en contact avec la pièce de masse 4, lorsque la température entraînée par la surchauffe du parafoudre correspond à la température de modification ou de fusion de la matière de la pièce de déclenchement 0. A cet effet, il est recherché une limitation maximale de la quantité de matière destinée à être modifiée et du délai pour obtenir le déclenchement du dispositif par passage des lames de leur première position à leur seconde, en cas de surchauffe du parafoudre et ceci sans réduction de la rigidité nécessaire au maintien des lames dans leur première position avant déclenchement du dispositif. A cet effet, la pièce de déclenchement comporte un corps central 25 destiné à venir prendre appui par une extrémité contre une portion de paroi latérale du parafoudre 1, de manière à être en contact thermique direct avec ce dernier. Elle comporte aussi des organes 26 de retenue de lame positionnes de part et d'autre du corps central de manière à maintenir l'extrémité mobile des lames 2, 3 à distance de la pièce de mise à la masse et en contact avec les bornes 22, 23. Dans la réalisation présentée, le corps central 25 saille d'une base 27 située à l'opposé de l'extrémité par laquelle ce corps vient en appui sur le parafoudre 1. D'une manière générale, le corps central d'un dispositif selon l'invention comporte au moins un évidemment central destiné à limiter la quantité de matière qui le constitue, pour la raison indiquée ci- dessus. Les dimensions de ce corps sont calculées pour assurer la rigidité indispensable tout en limitant au maximum tant la quantité de matière à évacuer lors du déclenchement du dispositif, que le délai de déclenchement. Dans une forme préférée de réalisation, ce corps central présente une section transversale de faibles dimensions par rapport à celles du parafoudre. Il est de forme tubulaire et il est ouvert aà ses deux extrémités, une forme carrée ayant été choisie pour la section transversale du tube formé par le corps central 25, présenté sur les figures 4 à 6. La base 27 comporte ici un fond plat pour pouvoir venir se positionner contre la face 9 de l'élément 5 et elle porte des organes de retenue 26 qui sont ménagés en saillie sur deux éléments de support 28 que cette base comporte symétriquement disposés de part et d'autre du corps central 25. Des prolongements de stabilisation 29 de la base 27 sont disposés entre les éléments supports d'organes de retenue. Dans la réalisation présentée, deux prolongements de stabilisation 29 sont symétriquement disposés de part et d'autre du corps central 25. Ils sont alignés selon un axe YY perpendiculaire à un axe XX d'alignement des éléments de support 28, cet axe YY étant aligné avec l'axe longitudinal de l'élément 5 sur lequel la pièce de déclenchement 0 est placée, lorsque cette dernière est en place dans un dispositif Dans la réalisation présentée, les lames 2, 3 sont rendues solidaires de la pièce de déclenchement 0 par rivetage et les organes de retenue 26 sont des tiges de rivetage qui saillent des éléments de support 28, avec lesquels elles sont moulées. Ces tiges de rivetage viennent pénétrer dans des trous ménagés dans une portion centrale des lames 2, 3 qu'elles rendent solidaires de la pièce de déclenchement et donc entre elles, après une opération de rivetage. Dans une autre forme de réalisation, non représentée ici, les organes de retenue sont constitués par des pattes d'encliquetage positionnées sur les éléments de support de la pièce de déclenchement de manière à enserrer les lames dans leurs parties médianes respectives, selon un procédé bien connu de l'homme de métier, et en conséquence à les solidariser comme indiqué plus haut. Bien entendu d'autres formes usuelles de solidarisation peuvent être substituées aux réalisations évoquées ci-dessus. Dans la forme de réalisation telle que montrée sur la figure 2, le dispositif comporte donc deux lames 2, 3 qui sont longitudinalement disposées de part et d'autre du fusible tripolaire 1. Les lames 2, 3 ont leurs extrémités fixes respectives connectées à deux bornes d'interconnexion 19, 20 de l'élément 5 auquel elles sont fixées. Une extrémité du corps 25 de la pièce de déclenchement vient en contact avec le parafoudre I sur une portion d'une partie centrale de ce dernier qui est constituée par la périphérie de l'électrode de masse de ce parafoudre. Un évidemment concave est ménagé à cette extrémité pour permettre un bon appui du corps 25 contre la paroi cylindrique du parafoudre et pour en conséquence permettre une bonne conduction thermique. Dans la forme de réalisation présentée le conduit traversant longitudinalement le corps principal de la pièce de déclenchement reçoit la tige de connexion 18 de l'électrode centrale de masse du parafoudre. Ceci permet un positionnement précis de la pièce de déclenchement 0 par rapport au parafoudre 1 sur l'élément 5. Avant sa modification de forme ou fusion par suite d'une surchauffe du parafoudre 1, la pièce de déclenchement 0 assure le maintien des extrémités libres des lames 2 et 3, en appui contre les bornes 22 et 23 et à distance de la pièce de mise à la masse 4, du fait de l'appui du corps central 25 sur le parafoudre, comme montré par la figure 2. L'échauffement du parafoudre, au-delà de la température de modification ou de fusion prévue pour la pièce de déclenchement, conduit à l'échauffement du corps central 25 par conduction thermique de contact. Ce corps central commence donc à fondre à partir de son extrémité en contact avec le parafoudre 1. Du fait de la forme tubulaire choisie pour ce corps central et de sa faible section transversale vis-à-vis de celle du parafoudre, la transmission de chaleur du parafoudre I à la pièce de déclenchement 0 s'effectue à travers un faible volume de matière et donc avec peu d'inertie. Le corps central fond donc rapidement en premier, avant la base et dès que la température limite d'échauffement de la matière constituant la pièce de déclenchement est atteinte. Le déclenchement du dispositif se produit donc dès la modification ou fusion du corps central 25. Les forces élastiques de rappel des lames 2, 3 éloignent alors ces lames des bornes 22, 23, avant d'assurer une mise à la masse des bornes d'entrée 6 et 7, comme illustré sur la figure 3. Cette mise à la masse est réalisée par une venue en contact des lames 2, 3 avec la pièce de mise à la masse 4 en fin de course de rappel élastique, lorsque les extrémités mobiles de ces lames atteignent leur seconde position déterminée. Le temps de modification ou de fusion du corps central peut être très réduit. Il peut être déterminé avec une grande précision, lorsqu'une faible quantité de matière est impliquée dans la réalisation du corps central, comme prévu ici. Une grande sûreté de fonctionnement est donc obtenue, puisque la quantité de matière à fondre ou à ramollir pour obtenir un déclenchement est limitée. Dans ces conditions, le corps central ne constitue plus un obstacle au déclenchement, notamment si une structure tubulaire rigide à paroi mince et de faible section transversale a été choisie pour le corps central. Le dimensionnement fixé pour ce corps central et la matière choisie sont alors des facteurs essentiels qui permettent d'influer simplement sur les caractéristiques de5 fonctionnement du dispositif selon l'invention, en fonction des besoins réels. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection de ligne à coupure intégrée comportant: - un parafoudre tripolaire (1) muni de deux électrodes de ligne et d'une électrode de masse, - des moyens conducteurs qui définissent deux bornes d'entrée de ligne (6, 7), deux bornes de sortie de ligne (10, 11) et une borne de masse (12) et qui assurent les liaisons respectives de bornes d'interconnexion (13, 14) des électrodes de ligne du parafoudre aux bornes d'entrée, la liaison d'une borne d'interconnexion (15) de l'électrode de masse du parafoudre à la borne de masse et des liaisons entre les bornes d'entrée de ligne et les bornes de sortie de ligne, - des moyens interrupteurs à lames conductrices (2, 3) dans lesquels chaque lame, qui relie une des bornes d'entrée à une des bornes de sortie pour une première position de lame, est élastiquement rappelée contre une pièce de mise à la masse (4) raccordée à la borne de masse pour une seconde position de lame et interrompt la liaison jusqu'alors assurée entre une borne d'entrée et une borne de sortie, - des moyens déclencheurs comportant une pièce fusible de déclenchement qui est thermiquement reliée au parafoudre et qui maintient les lames dans leur première position jusqu'à une température limite d'échauffement au-delà de laquelle la pièce se transforme et permet un rappel élastique des lames dans leur seconde position, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens déclencheurs constitués par une pièce de déclenchement (0) qui est composée d'un corps central (25) évidé prenant appui contre le parafoudre et d'organes (26) de retenue de lame positionnes de part et d'autre du corps central pour solidariser les lames et la pièce de déclenchement. 2/ Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de déclenchement comporte un corps central creux d'allure tubulaire dont la section transversale est faible vis-à-vis de celle du parafoudre contre la paroi latérale duquel il vient en appui. 3/ Dispositif, selon l'une des revendications 1, 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce de déclenchement dont le corps central est traversé par la tige de connexion de l'électrode de masse du parafoudre. 4/ Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de déclenchement comporte un corps central doté d'une base (27) plus large à fond plat sur laquelle les organes de retenue de lame sont positionnes, cette base étant située à l'opposé de l'extrémité de ce corps central qui est destinée à venir en appui sur un parafoudre. / Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce de déclenchement comporte une base qui porte deux éléments (28) supports d'organes de retenue prolongeant la base de part et d'autre du corps central et des prolongements (29) de stabilisation de pièce, disposés de part et d'autre de cette base entre les éléments supports d'organes de retenue. 6/ Dispositif, selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que les organes de retenue de lame sont constitués par des rivets dont les corps respectifs font partie de la pièce de déclenchement. 7/ Dispositif, selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que les organes de retenue de lame sont constitués par des pattes d'encliquetage qui font partie de la pièce de déclenchement. 8/ Dispositif, selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens conducteurs ménagés sur un élément de circuit imprimé (5), de forme allongée, ayant une partie centrale o sont ménagés les trous des bornes d'interconnexion (13, 14) pour les électrodes du parafoudre tripolaire et autour de laquelle sont réparties les pistes conductrices d'orientation longitudinale des liaisons notamment entre bornes d'entrée et de sortie de ligne et les zones conductrices de contact pour les extrémités mobiles des lames conductrices des moyens interrupteurs, et en ce que ces lames, fixées à une de leurs extrémités et positionnées de part et d'autre au long du parafoudre, sont maintenues dans ladite première position avec leurs extrémités libres respectives séparées de la pièce de mise à la masse que porte la carte de circuit imprimé, sous l'action de la pièce de déclenchement aux organes de retenue de laquelle ces lames sont individuellement fixées dans une zone médiane située entre leurs deux extrémités, ladite pièce de déclenchement prenant appui, d'une part, sur une portion de la périphérie de l'électrode de masse du parafoudre et, d'autre part, contre la carte, tant que la température limite d'échauffement n'est pas atteinte.