Brevet FR2807203A1 — publié le 20011005

I MODULE DE COUPURE COMPORTANT UNE AMPOULE A VIDE ET DES MOYENS DE FIXATION, ET APPAREILLAGE ELECTRIQUE DE COUPURE COMPORTANT UN TEL MODULE L'invention se rapporte à un module pour un appareillage électrique de coupure, comportant une ampoule à vide et des moyens de fixation de l'ampoule à un bâti de support. Elle se rapporte également à un appareillage comportant au moins un tel module. Classiquement, une ampoule à vide comporte un corps formant une enceinte étanche et renfermant une paire de contacts séparable, avec au moins un contact mobile. Le contact mobile est solidaire d'une tige métallique mobile en translation parallèlement à son axe et faisant saillie à une première extrémité axiale de l'ampoule. Une étanchéité est réalisée entre la tige et une paroi de l'enceinte, par l'intermédiaire d'un soufflet permettant le mouvement de translation de la tige. Cette tige est destinée à être reliée à un mécanisme d'entraînement de l'ampoule. L'autre contact est en général un contact fixe solidaire d'une tige fixe qui traverse le corps de l'ampoule, de manière à être accessible depuis l'extérieur à une deuxième extrémité axiale de l'ampoule, opposée à la première. La tige mobile est guidée dans son mouvement axial par rapport à l'ampoule grâce à un manchon de guidage faisant partie intégrante du corps de l'ampoule et faisant saillie vers l'intérieur de l'ampoule. Divers exemples de réalisation de cette architecture sont illustrés dans les documents DE 24 40 827, US-A-4 403 124, US 4 933 518, US 4 983 793, US 5 004 877 et US 5 168 139. Dans le document EP 0 058 519 est décrit un appareillage électrique de coupure triphasé, dont chaque phase comporte une ampoule à vide du type décrit précédemment, supportée par un bâti rigide en matériau isolant. Du côté de la première extrémité axiale, le corps de l'ampoule est fixé au bâti par l'intermédiaire d'une plaque support munie d'un alésage au diamètre de la première extrémité axiale, et formant un siège pour le corps de l'ampoule. Du côté de la deuxième extrémité axiale, le corps de l'ampoule est fixé au bâti par l'intermédiaire d'un écrou de fixation de la tige fixe à une plage de raccordement électrique solidaire du bâti. Il n'y a pas d'interaction entre la plaque de support et la tige. A l'extrémité libre de la tige est fixée par frettage une liaison électrique flexible. Lors du montage de l'appareil, l'opération de frettage de la liaison a nécessairement lieu après que l'ampoule a été montée sur la plaque support, puisque la liaison frettée est trop volumineuse pour passer au travers de l'alésage de la plaque support. Par ailleurs, le positionnement de l'ampoule sur son bâti doit être effectué avec précision, de manière à ne pas solliciter la tige du contact mobile hors de son axe de translation déterminé par le manchon de guidage interne à l'ampoule. Ces points se révèlent désavantageux lors de l'industrialisation de l'appareillage. Un objectif de l'invention est de faciliter le montage d'un appareillage électrique de coupure à ampoule à vide, et notamment du module de coupure constitué par l'ampoule et son bâti de support. A cet effet, l'invention a pour objet un module de coupure pour appareillage électrique de coupure, comportant: - au moins une ampoule à vide comportant un corps formant une enceinte renfermant une paire de contacts séparables, un desdits contacts étant solidaire d'une tige métallique mobile, une partie de la tige faisant saillie hors de l'enceinte à une première extrémité axiale du corps de l'ampoule; - un bâti de support de l'ampoule; - un collier de fixation et de guidage comportant: - une lumière formant un fourreau axial de guidage de la tige de l'ampoule, assurant un guidage en translation de la tige par rapport au collier suivant un axe géométrique de la lumière; et - des surfaces de positionnement radial coopérant avec le corps de l'ampoule et interdisant tout mouvement radial du corps de l'ampoule par rapport à l'axe géométrique de la lumière du collier; - des moyens de fixation au bâti de support de l'ampoule. Le collier permet à la fois le guidage de la tige par rapport à l'ampoule et la fixation de l'ampoule par rapport au bâti. La chaîne de cotes s'en trouve réduite, d'o une plus grande précision de guidage, assurée à faible coût. Avantageusement, le bâti est muni de glissières de guidage et le collier est conformé en tiroir de manière à coulisser dans lesdites glissières de guidage, suivant une direction perpendiculaire à l'axe géométrique de la lumière. Il est alors possible d'assembler l'ampoule et son collier, avant d'insérer l'ensemble dans le bâti, en faisant coulisser le collier dans les glissières. Selon un mode de réalisation, les moyens de fixation comportent des agrafes élastiques formant une fixation par clips. Ce mode de fixation par agrafes rend le montage particulièrement simple. Les agrafes sont préférentiellement situées sur le collier, et coopèrent avec des appuis situés sur le bâti. Préférentiellement, le collier est composé de deux pièces aptes à prendre l'une par rapport à l'autre une position ouverte permettant l'insertion radiale de la tige de l'ampoule et une position fermée assurant la coopération des surfaces de positionnement radial avec le corps de l'ampoule, et de la lumière avec la tige. Cette disposition particulièrement avantageuse permet d'effectuer le montage du conducteur flexible sur la tige de l'ampoule avant de monter le collier pour fixer l'ampoule dans son bâti. Selon un mode de réalisation préférentiel, les deux pièces du collier sont articulées l'une à l'autre par une charnière. Les deux pièces du collier en position fermée sont fixées l'une à l'autre par des moyens de fixation. Ces dispositions facilitent l'assemblage. Préférentiellement, le collier est muni de surface de positionnement axial constituant un siège pour un tronçon d'extrémité axiale du corps de l'ampoule. Le positionnement du collier s'en trouve simplifié. Selon un mode de réalisation, le collier est en matière plastique. Il peut s'agir par exemple d'un polyamide 6-6. Préférentiellement, le module comporte une seule ampoule à vide. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a également pour objet un appareillage électrique de coupure comportant au moins un module tel que décrit précédemment, et un mécanisme d'entraînement de la tige dudit module. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective d'un appareillage selon l'invention, comportant une ampoule à vide installée dans un bâti support; - la figure 2 représente une vue en coupe axiale de l'appareillage de la figure 1; - la figure 3 représente une liaison électrique souple permettant une liaison électrique entre l'ampoule et une plage de raccordement; - la figure 4 représente une vue éclatée d'une partie de l'appareillage avant son assemblage; - la figure 5 représente schématiquement une opération de brasage réalisant une jonction entre une tige de l'ampoule et la liaison électrique flexible. En référence aux figures 1 et 2, un appareillage de coupure comporte une ampoule à vide 10 supportée par un bâti 12 et entraînée par un mécanisme 13 de type conventionnel. Deux plages de raccordement 14 et 16, fixées au bâti 12, sont destinées à raccorder électriquement l'appareillage à un jeu de barres (non représenté). On désigne ici par l'expression générique d'ampoule à vide un ensemble de type connu, comportant un corps cylindrique 17 formant une enceinte 18 o règne un vide relatif et qui renferme une paire de contacts séparables 22, 24. Le corps 17 est lui-même divisé en un tronçon isolateur médian 19 en matériau isolant, un premier tronçon d'extrémité 20 métallique constituant un premier flasque de fermeture, et un deuxième tronçon d'extrémité 21 métallique constituant un deuxième flasque de fermeture. L'un des contacts est une pastille 22 brasée à l'extrémité d'un cylindre conducteur 26 et constitue avec ce cylindre un organe de contact fixe 28. Le cylindre 26 traverse le deuxième flasque 21 et est soudé à celui-ci. Le cylindre 26 est également soudé sur une spire métallique rigide 29, elle-même soudée à la plage de raccordement 14. Ainsi est assuré une liaison électrique entre l'organe de contact fixe 28 et la plage de raccordement 14, par l'intermédiaire de la spire 29. La spire 29 est destinée à induire, dans la zone de séparation des contacts 22, 24, un champ magnétique propice à la coupure d'un arc électrique naissant entre les contacts lors de leur séparation. Des vis assurent la fixation de la spire 29 au bâti 12, et donc la fixation rigide entre le cylindre 26, luimême solidaire du corps 17 de l'ampoule, et le bâti 12. Par ailleurs, et comme il sera expliqué plus loin en détails, le premier flasque 20 est positionné et maintenu par rapport au bâti 12 par l'intermédiaire d'un collier de fixation retenu dans une rainure 130 du bâti. Le contact 24 est une pastille brasée à l'extrémité d'un organe de contact mobile 30 dont le corps est constitué par une tige 32 conductrice métallique, en l'occurrence une tige de cuivre, traversant un orifice du premier flasque 20. Cette tige 32 se prolonge à l'extérieur de l'enceinte, comme on le voit plus nettement sur la figure 5, par une partie 36 de plus faible diamètre, définissant ainsi un épaulement intermédiaire 38. L'extrémité de la tige est munie d'un trou taraudé axial 39. Un soufflet d'étanchéité 40 brasé sur la tige 32 et sur la paroi interne du premier tronçon d'extrémité, permet un mouvement axial de translation de l'organe mobile 30 par rapport à l'organe de contact fixe 28, tout en préservant le vide régnant dans l'enceinte 18. La tige 32 est reliée à un levier 80 à deux bras parallèles 81, 82, par l'intermédiaire d'un bras isolant 42. Le bras isolant 42 comporte un corps en matière plastique 43 surmoulant d'une part la tête d'une première tige filetée 44, et d'autre part la tête d'une deuxième tige filetée 45 située dans le prolongement axial de la première. La première tige filetée 44 est vissée dans le trou borgne taraudé 39 situé à l'extrémité de la tige 32 de l'ampoule. Sur la deuxième tige filetée 45 est vissé un écrou tubulaire de réglage 46. L'écrou supporte à une extrémité une assiette de support 47 pour l'extrémité d'un ressort de pression de contact 48. L'autre extrémité du ressort 48 porte sur une deuxième assiette 49, qui repose sur un barreau 83. Le barreau 83 comporte un alésage 84 formant un fourreau de guidage traversé par l'écrou tubulaire 46. Le barreau 83 tourillonne librement dans des axes latéraux 85 supportés par les bras 81, 82 du levier 80. Le fourreau de guidage 84 autorise à la fois la translation de l'écrou 46 parallèlement à son axe et sa libre rotation. L'écrou 46 comporte un épaulement qui vient reposer sur la partie du barreau 83 opposée à la deuxième assiette 49. Les deux bras 81, 82 du levier 80 pivotent autour d'un axe 86 supporté par le bâti 12 et sont actionnés conjointement à leur extrémité libre par un mécanisme de fermeture et d'ouverture (non représenté), ce mécanisme étant destiné à entraîner l'organe de contact mobile 30 entre une position de contact avec l'organe de contact fixe 28 et une position de séparation. A l'ouverture, le levier 80 pivote dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de l'axe 86 sur la figure 2, entraînant directement le barreau 83, l'écrou 46, le bras 42 et l'organe de contact mobile 30. A la fermeture, le levier 80 pivote dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'axe 86, entraînant le barreau 83 qui comprime le ressort 48 par l'intermédiaire de l'assiette 49. L'effort de fermeture est ensuite transmis par le ressort 48 au contact mobile 30, par l'intermédiaire d'une chaîne de transmission comportant l'assiette 47, l'écrou 46 et le bras isolant 42. Le raccordement électrique de la tige 32 au jeu de barres est assuré au moyen d'une liaison électrique flexible 50, représentée de manière schématique sur la figure 3, dont une extrémité 56 constitue la plage de raccordement 16, alors que l'autre extrémité 58 est brasée sur le corps de la tige 32. La liaison flexible 50, est constituée par un empilement de lames métalliques 52, en l'occurrence des lames de cuivre. Chaque lame métallique 52 comporte une partie médiane incurvée 54 prolongée à chaque extrémité par une des parties planes d'extrémité 56, 58. Les lames 52 ont des longueurs et des formes différentes, de manière à former ensemble un empilement ayant la forme incurvée souhaitée au niveau de la partie médiane 54. Au niveau des extrémités 56, 58, les lames 52 sont soudées les unes aux autres par un procédé de soudage par diffusion atomique, sans apport de matière, de sorte que chaque extrémité constitue une partie rigide monobloc. Dans leur partie médiane 54, les lames 52 restent séparées les unes des autres, ce qui confèere une bonne flexibilité d'ensemble à la liaison électrique 50 ainsi constituée. Comme l'illustre la figure 4, la partie d'extrémité 56 constituant la plage de raccordement comporte des moyens de fixation 60, en l'occurrence des trous taraudés débouchant, permettant sa fixation au bâti de l'appareillage, et des moyens de raccordement 62, en l'occurrence d'autres trous taraudés, permettant son raccordement à un jeu de barres. L'autre partie d'extrémité 58 comporte un alésage 64 correspondant au diamètre de l'axe de la tige 36. Le collier 100, visible en détails sur la figure 4, est constitué en matière plastique, en l'occurrence un polyamide 6-6, et comprend deux parties 101, 102 articulées entre elles par une charnière 103, de manière à pouvoir prendre une position ouverte de montage représentée sur la figure 4, ainsi qu'une position fermée représentée sur la figure 2, dans laquelle des crochets élastiques 104 viennent s'agrafer dans des lumières 106 correspondantes. Le collier fermé forme un flasque ayant un fond plat 107 et une paroi cylindrique périphérique 108, permettant d'y emboîter l'extrémité du premier flasque 20 de l'ampoule 10. La partie centrale du fond plat comporte une lumière 120 permettant le passage de la tige 32 de l'ampoule. Cette lumière, de forme générale cylindrique, assure le guidage de la tige 32. Le collier 100 est muni de deux rails latéraux principaux 109, raccordés au fond plat 107 par deux pattes latérales 110, et deux rails latéraux auxiliaires 112 raccordés au fond plat 107 par deux autres pattes latérales 114. Chaque rail auxiliaire 112 se trouve dans le prolongement d'un des rails principaux 109. Chaque rail principal 109 forme dans une partie frontale une butée 116 en décrochement, et dans une partie arrière une agrafe élastique 118. Le tronçon isolant 19 du corps 17 de l'ampoule est recouvert d'une manche isolante 90 (figure 2) munie d'ailettes destinées à allonger la ligne de fuite entre les parties métalliques sous tension de l'appareillage. La manche 90 s'élargit dans sa partie supérieure et forme une lèvre 92 qui recouvre une partie de la spire 29, de manière à allonger la distance entre les parties métalliques sous tension. Un bourrelet intermédiaire 94, dont la surface interne est recouverte d'une peinture semi-conductrice, permet de lisser les lignes de champ au voisinage des arêtes de la spire 29. Le corps en matière plastique 43 du bras isolant 42 forme une jupe cylindrique qui protège le ressort 48 et la tige filetée 45 et qui assure ainsi l'isolation électrique entre la tige 32 et la liaison flexible 50 d'une part, et le mécanisme d'autre part. Le montage de l'ampoule 10 dans le bâti 12 se fait de la manière suivante. Dans une première étape, le cylindre 26 est soudé au sous-ensemble constitué par la spire 29 et la plage de raccordement 14. La manche isolante 90 est ensuite emmanchée en force sur le corps 17 de l'ampoule et sur la spire 29. L'ampoule 10 doit ensuite être équipée de sa liaison électrique 50. L'axe 36 de la tige 32 est inséré dans l'alésage 64, avec interposition d'une rondelle de composé métallique d'apport 68, suivant le schéma éclaté de la figure 3. Le composé métallique d'apport doit avoir une température de fusion relativement basse, de préférence inférieure à 700 C, de manière à ne pas endommager les brasures internes de l'ampoule. En l'occurrence, il s'agit dans cet exemple d'un composé de 56% d'argent, 22% de cuivre, 17% de zinc et 5% d'étain, dont le point de fusion est de l'ordre de 650 C. On apporte une source de chaleur , représentée schématiquement sur la figure 5, à l'extrémité libre de l'alésage, jusqu'à obtenir fusion de la rondelle 68 et infiltration axiale par capillarité d'une partie du composé métallique d'apport dans l'espace cylindrique à l'interface entre l'alésage et le l'axe. De manière bien connue du spécialiste du brasage, le jeu initial entre les pièces, à savoir entre l'alésage et l'axe, doit être choisi de manière adéquate d'une part pour favoriser, lors du brasage, le mouillage des surfaces à assembler, et d'autre part pour assurer la résistance mécanique du joint brasé dans les conditions postérieures d'utilisation. Le joint brasé 72 obtenu révèle d'une part une zone d'interface cylindrique 74 entre l'axe et l'alésage, et d'autre part une zone d'interface annulaire 76 entre le rebord supérieur de l'alésage 64 et l'épaulement 38 de la tige. Cet assemblage étant effectué, la tige 32 est introduite radialement dans le collier 100 ouvert, puis le collier 100 est refermé de manière à cercler l'extrémité du premier flasque du corps 17 de l'ampoule ainsi que la tige 32, les crochets élastiques 104 venant s'agrafer dans des lumières 106 correspondantes. L'ensemble ainsi constitué est ensuite introduit latéralement dans le bâti 12, les rails 109 étant introduits dans les rainures latérales 130, et formant avec ces dernières un guidage à glissière. Le collier forme alors un tiroir qui coulisse dans les rainures 130 jusqu'à ce que les butées 116 rencontrent des surfaces correspondantes du bâti, les agrafes 118 venant alors se refermer sur des surfaces d'appui 132 correspondantes du bâti. Il reste ensuite à visser au bâti 12 les plages de raccordement 14, 16 ainsi que la spire 29, à visser le bras isolant dans le trou taraudé de la tige et à régler la pression de contact à l'aide de l'écrou de réglage. En toute rigueur, le mouvement imprimé à la tige 32 de l'ampoule 10 par le levier 80 en l'absence de jeu entre les pièces mobiles ne serait pas parfaitement rectiligne par rapport au bâti 12. Toutefois, l'angle entre le levier 80 et la tige 32 est toujours très proche de l'angle droit, et la course de la tige 32 de l'ampoule entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture ne dépasse pas quelques millimètres, ce qui correspond à un angle de rotation du levier 80 ne dépassant pas quelques degrés, de sorte qu'en l'absence de jeu, le débattement radial de la tige 32 serait de l'ordre du centième de sa course axiale. Dans le mode de réalisation décrit, ce débattement est absorbé par les jeux existants entre les divers éléments de la chaîne cinématique, notamment au niveau des tourillons 85 et de l'axe 86. Toutefois, si l'on souhaitait une course plus importante, il serait possible de guider le barreau 126 dans un oblong du levier 90, 92, 94. Le sous-ensemble ainsi constitué forme un module qu'il est possible de monter et d'essayer en usine, avant de le stocker indépendamment du mécanisme 13 Le montage final de l'appareillage peut être différé. Les modules permettent de constituer des appareillages différant les uns des autres par le nombre de pôles disposés côte à côte. Naturellement, diverses variations sont possibles. Le guidage à glissière peut être inversé, de manière que des rails formés sur le bâti coopèrent avec des rainures formées à la périphérie du collier. Le mode de fixation par agrafes élastiques peut être remplacé par tout autre mode de fixation adéquat. La charnière peut être omise, de sorte que le collier soit constitué de deux parties complètement séparées l'une de l'autre en position ouverte. D'autres modifications sont possibles. Par exemple, la manche peut être omise si la tension appliquée le permet. Le levier de transmission peut être disposé de manière à ce que son pivot soit entre l'extrémité libre mue par le mécanisme et le barreau. Comme on l'a dit, l'appareillage peut être monopolaire ou multipolaire. Dans ce dernier cas, le bâti peut être commun aux différents pôles disposés côte à côte. Toutefois, il est avantageux de disposer des modules monopolaires ayant chacun un bâti indépendant, ce qui favorise une très grande modularité. Le mécanisme peut être de tout type connu permettant l'entraînement du levier 80: électroaimant, mécanisme à arbre des pôles. L'appareillage de coupure peut être de tout type, par exemple: interrupteur, disjoncteur, avec ou sans caractéristiques de sectionnement. L'ampoule à vide peut comporter deux organes de contact mobiles. Il REVENDICATIONS I - Module de coupure pour un appareillage électrique de coupure, comportant: - au moins une ampoule à vide (10) comportant un corps (17) formant une enceinte (18) renfermant une paire de contacts séparables (22, 24), un (24) desdits contacts étant solidaire d'une tige (32) métallique mobile, une partie de la tige (32) faisant saillie hors de l'enceinte à une première extrémité du corps (17) de l'ampoule (10); - un bâti (12) de support de l'ampoule; caractérisé en ce qu'il comporte en outre un collier (100) de fixation et de guidage comportant: - une lumière (120) formant un fourreau axial de guidage de la tige (32) de l'ampoule, assurant un guidage en translation de la tige (32) par rapport au collier (100) suivant un axe géométrique de la lumière (120); - des surfaces de positionnement radial (108) coopérant avec le corps (17) de l'ampoule et interdisant tout mouvement radial du corps (17) de l'ampoule par rapport à l'axe géométrique de la lumière (120) du collier (100); - des moyens de fixation au bâti de support de l'ampoule. 2 - Module de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le bâti (12) est muni de glissières (130) de guidage; - le collier (100) est conformé en tiroir de manière à coulisser dans lesdites glissières de guidage (130), suivant une direction perpendiculaire à l'axe géométrique de la lumière (120). 3- Module de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fixation comportent des agrafes élastiques (118) formant une fixation par clips. 4- Module de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collier (100) est composé de deux pièces (101, 102) aptes à prendre l'une par rapport à l'autre une position ouverte permettant l'insertion radiale de la tige (32) de l'ampoule et une position fermée assurant la coopération des surfaces de positionnement radial (108) avec le corps (17) de l'ampoule, et de la lumière (120) avec la tige (32). - Module de coupure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux pièces (101, 102) du collier sont articulées l'une à l'autre par une charnière (103). 6 - Module de coupure selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que les deux pièces (101, 102) du collier (100) en position fermée sont fixées l'une à l'autre par des moyens de fixation (104, 106). 7- Module de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collier (100) est muni de surfaces de positionnement axial (107) constituant un siège pour un tronçon d'extrémité axiale (20) du corps (17) de l'ampoule. 8 - Module de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collier (100) est en matière plastique. 9- Module de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une seule ampoule à vide (10). - Appareillage électrique de coupure comportant au moins un module selon l'une des revendications précédentes, et un mécanisme d'entraînement (13) de la tige dudit module.