Brevet FR2806208A1 — publié le 20010914

La présente invention concerne un dispositif de commande étanche à bascule à action brusque et instantanée. Elle a des applications dans la commutation de circuits, en particulier mais pas exclusivement, électriques. Dans le domaine de l'appareillage électrique, on connait des dispositifs de commande permettant d'établir ou de couper un circuit électrique en agissant sur des contacts en fonction du basculement d'un levier de commande. Dans la forme plus simple de ces interrupteurs à bascule, le levier de commande et les contacts sont mécaniquement en continuité. Dans certaines applications, milieu humide ou explosif par exemple, est nécessaire d'isoler la partie de commande comportant le levier de commande de la partie contenant les contacts électriques. Afin d'assurer une étanchéité entre levier et les contacts, on a proposé de placer une membrane en matière plastique souple entre ces deux parties, le couplage mécanique entre le levier et les contacts s'effectuant à travers la membrane. Outre, le fait que la matière plastique souple perd ses qualités élastiques cours du temps, les manoeuvres répétées sont également source d'usure. L'étanchéité ne peut donc être garantie sur le long terme. D'autre part, l'utilisation d'une membrane souple entraîne perte d'énergie car pour transmettre la force de commande, il faut vaincre l'élasticité de la membrane. On a donc proposé des systèmes dans lesquels il n'y a plus de continuité mécanique entre le levier et les contacts, soit par utilisation la lumière: dispositifs photoélectrique du type coupleur et/ou détecteur optoélectronique..., soit par utilisation d'un champ magnétique: aimant porté par le levier de commande actionnant a travers une paroi un contact sensible au champ magnétique et par exemple un contact en ampoule de verre du type reed . L'inconvénient de ces dispositifs est que la puissance commutée est extrêmement limitée: quelques milliampères pour les dispositifs photoélectriques et guère plus d'un Ampère pour les ampoules du type reed . On doit donc généralement disposer en aval un amplificateur ou un relais de puissance pour commander les appareillages électriques les plus courants et consomment généralement plusieurs Ampères. Dans le cadre de l'utilisation d'un champ magnétique, on a également. proposé dans le brevet US-5.155.31 d'utiliser un aimant pour faire basculer des pièces métalliques commandant un contact électrique. Outre le fait que la force de commande du contact dispositif décrit est relativement faible, l'aimant doit se déplacer translation linéaire pour commander lesdites pièces métalliques, La presente invention propose donc une solution alternative permettant de disposer d'une grande force de commande au niveau des contacts électriques ou autres tout en acceptant une commande du type levier à bascule. L'invention concerne donc un dispositif de commande étanche à bascule à action brusque et instantanée comportant deux chambres isolées l'une de l'autre par une paroi rigide. Selon l'invention, la commande est transmise à travers la paroi à partir d'une première bascule sur pivots disposée dans la première chambre vers une seconde bascule sur pivots disposée dans seconde chambre, les bissectrices angles de basculement des deux bascules se coupant sensiblement à angle droit, la bissectrice de la première bascule coupant l'axe pivot de la seconde bascule, et l'extrémité dite de couplage de la première bascule rapport avec la paroi comporte un aimant droit dont l'un des deux pôles P1 est situé long de la paroi afin que le champ magnétique dudit pôle balaye ladite paroi lors du basculement de la première bascule, la seconde bascule comporte à ses deux extrémités deux aimants droits dont les pôles P2 et P2' orientés vers la paroi sont de même signe. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles sont mis en oeuvre: - la polarité des deux pôles P2 et P2' est de même signe que la polarité du pole P1; - la polarité des deux pôles P2 et P2' est de signe opposé ' la polarité du pole P1; - l'entrefer entre les pôles P1 et'P2 ou P2' est réglable, au moins un des moyens suivant étant mis en ceuvre: - butee réglable en hauteur à au moins une des extrémités de la seconde bascule; - réglage de la position de l'aimant de l'extrémité de couplage; - réglage de la position d'au moins un des deux aimants la seconde bascule; - réglage de la position de l'axe de pivot de la première bascule; - réglage de la position de l'axe de pivot de la seconde bascule; - le dispositif est monostable, un premier aimant étant solidaire de la première bascule et un second aimant sur une face externe de la première chambre afin que les champs magnétiques du premier et du second aimant interagissent entre eux, - le second aimant peut être déplacé afin de régler la force de rappel ou répulsion et/ou de choisir la position stable entre les deux positions possibles, - le second aimant peut être retourné afin de choisir la position stable entre deux positions possibles, - le pivot de la première bascule est disposé sensiblement en position médiane de ladite bascule, - les aimants sont des pastilles et sont choisis parmi les alliages neodyme fer bore ou de samarium cobalt, - la seconde bascule actionne au moins un contact électrique d'au moins un des types suivants: normalement ouvert au repos; normalement fermé au repos, - les chambres sont réalisées en matière plastique isolante électriquement, - l'extrémité de la première bascule opposée à l'extrémité de couplage est dite extrémité de commande, et le dispositif est mis en oeuvre dans au moins l'une des applications suivantes: - détecteur d'écoulement d'un fluide, l'extrémité de commande étant solidaire d'une palette soumise audit écoulement; - détecteur de niveau, l'extrémité de commande étant solidaire d'un flotteur; - détecteur de choc ou d'accélération, l'extrémité de commande étant solidaire d'une masse; détecteur de pression, l'extrémité de commande étant solidaire d'une membrane mobile ou souple dont les deux faces peuvent être soumises à des pressions différentes; détecteur de température, l'extrémité de commande étant solidaire d'un élément mécanique se déplaçant en fonction de la temperature; - interrupteur à bascule, l'extrémité de commande étant actionnable mécaniquement ou manuellement. Le dispositif de l'invention assure une isolation et étanchéité absolue entre les deux chambres, à une très bonne efficacité: le moment disponible en sortie de la seconde bascule pour actionner les contacts est voisin de celui qui est appliqué l'extrémité de commande, les pertes mécaniques et de couplage étant réduites. Enfin, le dispositif assure une commutation brusque et instantanée, le dispositif pouvant être du type bistable monostable. Le présent dispositif peut être utilisé avec des commandes pompe, la pompe ne devant fonctionner que lorsque le fluide est présent et/ou circule, des commandes de chauffe-eau, le chauffage ne devant débuter que lorsque de l'eau est présente et/ou circule. II peut être utilisé avec des fluides corrosifs ou sous pression ou à température élevée, la limite étant la résistance mécanique et chimique des pièces qui sont de préférence en matière plastique ainsi que la température maximale d'opération des aimants, la puissance de ces derniers diminuant avec l'élévation de la température. On envisage un fonctionnement jusqu'à une centaine de degrés Celcius avec des aimants alliage de neodyme fer bore et jusqu'à 200 C avec des alliages samarium cobalt. La présente invention sera mieux comprise à la lecture la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre où: Les Figures 1A, 1A', 1B, 1B' représentent un exemple de dispositif selon l'invention suivant quatre types de commandes possibles; La Figure 2 est une vue de face de la première bascule; La Figure 3 est une vue de profil de la première bascule; La Figure 4 est une vue en coupe transversale de la première chambre; La Figure 5 est une vue en coupe frontale de la premiere chambre; La Figure 6 est une vue de profil de la seconde bascule; La Figure 7 est une vue de dessus de la seconde bascule; La Figure 8 est une vue en coupe frontale du dispositif. L'exemple de réalisation représenté sur les Figures 1A, 1A' et B, 1B' est un dispositif 1 de commande étanche à bascule du type monostable et à contacts électriques. Le dispositif 1 comporte une première chambre 2 et une seconde chambre 3, les deux chambres etant isolées l'une de l'autre d'une manière étanche par une paroi rigide. La première chambre 2 et la seconde chambre 3 sont séparées par une paroi qui, dans ce mode de réalisation est le sommet, ou toit, de la première chambre 2. A l'intérieur de la première chambre 2 est disposée une première bascule 4 qui comporte à sa première extrémité, dite de couplage, un aimant 9. seconde extrémité de la première bascule 4, dite de commande, comporte, dans cette application, un détecteur d'écoulement d'un fluide sous forme d'une palette 7 disposée dans un circuit fluidique . Dans cet exemple de réalisation, la première chambre 2 est en continuité avec le circuit fluidique 8 et baigne donc dans le meure fluide. La première bascule est montée pivotante autour pivot 14'. Sous l'effet du fluide, la première bascule 4 passe d'une première position représentée Figure 1A à une seconde position représentée Figure 1A'. L'aimant 9 disposé à l'extrémite de couplage balaye donc le sommet de la première chambre 2 passe d'une première extrémité du sommet à une seconde extrémité opposée dudit sommet. A l'intérieur de la seconde chambre 3 qui est disposée sur face extérieure du sommet de la première chambre 2, sont disposés au moins un contact électrique 6 du type à lame souple et. une seconde bascule 5. L'axe pivot 19' de la seconde bascule coupe la bissectrice de l'angle de basculement de la première bascule 4. La seconde bascule 5 comporte vers ses deux extrémités deux aimants 10 et 11 dont les pôles sont orientés de même manière par rapport au sommet. La seconde bascule comporte en outre un ergot de commande 17 destiné à actionner les lames souples des contacts électriques 6. Dans cet exemple, l'ergot commande 17 est disposé sensiblement au milieu de seconde bascule 5. Cependant, dans d'autres modes de mise en oeuvre, l'ergot de commande peut être disposé à un autre endroit et en particulier à une des deux extrémités de ladite seconde bascule 5. Plusieurs ergots de commande peuvent également être mis en oeuvre. fonction du type de contact électrique, contact fermé au repos, repos correspondant au fait que l'ergot de commande n'actionne pas le contact, ou contact ouvert au repos, deux grands types de réalisations sont possibles. Sur les Figures 1A et 1A' le contact fermé lorsque le fluide circule et pousse la palette 7. Inversement, sur les Figures 1B et 1B', le contact est ouvert lorsque le fluide circule et pousse la palette 7, l'ergot de commande 17 repoussant le contact à lame souple 6. Dans cet exemple de mise en oeuvre, le dispositif est monostable grâce à la présence de deux aimants supplémentaires 12 et 13. L'aimant 13 est disposé solidairement dans la première bascule 4 et l'aimant 12 est disposé solidairement sur une paroi de la première chambre 2 en relation avec l'aimant 13 afin que les champs magnétiques des deux aimants 12 et 13 interagissent entre eux. Ces deux aimants supplémentaires 12 et 13 sont disposés à distance des aimants 9 de l'extrémité de couplage et 10 et 11 de la seconde bascule 5 afin de ne pas interférer avec leur fonctionnement. Tels que représentés sur les Figures 1A, 1A', 1B, 1B', les deux aimants 12 et 13 ont leurs pôles orientés de telle maniere qu'ils s'attirent. L'aimant 13 sera disposé en un point tel de la première bascule 4, que sa fonction de rappel soit assurée. En particulier, on évitera de le disposer au niveau de l'axe pivot 14 qui un point d'équilibre. Afin de régler la force de rappel produite par les deux aimants 12 et 13, il est possible de déplacer l'aimant 12 pour l'éloigner ou le rapprocher de l'aimant 13. Dans une forme de mise en oeuvre non représentée, il est envisagé que les aimants 12 et 13 se repoussent, la position stable du monostable étant alors opposée à celle des Figures 1A à 1B'. Les possibilités de mise en oeuvre de la présente invention sont donc considérablement augmentées. Indépendamment ou non de cette dernière possibilité, il est également possible de regler la sensibilité de détection, ou basculement, du dispositif en déplaçant les aimants 12 et 13 l'un par rapport à l'autre. Enfin, si au moins l'un des deux aimants supplémentaires 12, 13 est omis, le dispositif peut fonctionner en bistable. La seconde chambre 3 est totalement isolée de la première chambre 2 et du fluide s'y trouvant. II est également possible de rendre étanche la seconde chambre 3 vis-à-vis de l'environnement extérieur, en particulier dans le cas où le dispositif doit être utilisé dans une atmosphère explosive ou présentant des risques de présence d'eau. La Figure 2 est une vue de face de la première bascule 4 où la palette 7 est également vue de face. Deux ergots sont disposés sur les deux cotés de la première bascule 4 au niveau de l'axe de pivotement 14'. L'aimant 9 est disposé à l'extrémité de couplage de la première bascule 4 qui est opposée à l'extremité de commande comportant la palette 7. Sur la Figure 3, la première bascule 4 est vue de profil. Pour des raisons d'économie de matière, des ouvertures circulaires sont régulièrement réparties dans le corps de la première bascule 4. L'aimant supplémentaire 13 est disposé vers l'axe de pivotement 14' sans être disposé au point d'équilibre comme expliqué précédemment. Les différents aimants, pastilles de préférence, sont colles à leur emplacement. II est cependant envisagé dans certaines applications, qu'ils soient pris dans la matière plastique même, le moulage des pièces s'effectuant avec les aimants en place, afin des les isoler complètement de l'environnement et en particulier du fluide. II est également envisagé qu'au lieu d'utiliser de la colle, les aimants soient clipsés ou encliquetés dans leurs emplacements respectifs, la presence d'ergots ou de bourrelets de rétention ainsi que la souplesse relative de la matière plastique le permettant. Cette dernière possibilité est mise en oeuvre en ce qui concerne les aimants 10 et 1 de la seconde bascule grâce à la présence des ergots 21. La Figure 4 est une vue en coupe transversale de la première chambre et la Figure 5 est une vue en coupe frontale de cette même chambre. Le sommet de la chambre est légèrement incurvé pour suivre le chemin en arc de l'extrémité de couplage la première bascule 4. Les deux rainures symétriques 15 réalisées le long de la paroi interne de la première chambre sont destinées à recevoir les deux ergots 14 de la première bascule 4. Ces deux rainures s'ouvrent à leurs premières extrémités vers le bord d'ouverture de la première chambre 2 et se terminent au niveau choisi pour de l'axe pivot 14'. Le choix du niveau influe sur l'entrefer entre les aimants 9, 10, 11 et donc sur le couplage et permet ainsi un éventuel réglage. Dans ce mode de réalisation particulier, deux bourrelet de matière comblent en partie les deux rainures sur quelques mm légèrement en dessous de l'axe pivot 14' afin de maintenir en position les ergots 14 par encliquetage. Dans une forme moins évoluée de l'invention, ces bourrelets de matière sont omis, le rainurage étant continu jusqu'au niveau choisi pour l'axe pivot 14'. En effet, dans le cas où les trois aimants 9, 10, 11 ont des pôles orientés de telle manière qu'ils s'attirent, la première bascule 4 est maintenue en place par cet effet d'attraction. Sur la face extérieure du sommet de la chambre 2 sont disposés deux supports 20 de seconde bascule 5 comportant des ouvertures 16 pour le passage et la rétention des ergots de basculement 19 de la seconde bascule 5. La seconde bascule 5 représentée de profil sur la Figure 6 comporte un ergot de commande 17 pour actionner les contacts électriques. Deux aimants 10 et 11 sont disposés aux deux extrémités de la seconde bascule 5. Deux butées 18 sont disposées sensiblement sous lesdits aimants afin de pouvoir régler force de commande, la hauteur desdites butées 18 étant ajustable lors de la fabrication de l'ensemble. En effet, plus la hauteur de la butée est importante, plus l'entrefer entre l'aimant 9 l'extrémité de couplage et ceux 10, 11 de la seconde bascule est important et donc plus la force d'attraction ou de répulsion est réduite. Figure 7, la seconde bascule 5 est vue de dessus. L'axe de basculement 19' passe par les deux ergots de basculement Les éléments 21 sont des ergots ou bourrelets de matière destinés à maintenir en place les aimants 10 et 11, ces derniers étants forcés en place dans des évidements aux deux extrémités de la seconde bascule 5. La coupe frontale du dispositif schématisé à la Figure 8 permet de retrouver assemblés les différents éléments précédemment décrits. Les différentes pièces du dispositif sont préférentiellement réalisées en matière plastique. II est cependant envisagé dans certaines application d'utiliser des métaux au moins ne perturbent pas le couplage et l'effet monostable. Toutefois un blindage magnétique est envisageable en périphérie du dispositif. La matière est choisie en fonction des applications: résistance aux fluides (corrosion, solvants...) à la température... et des coûts. L'exemple de réalisation qui vient d'être décrit qui concerne un détecteur de circulation d'un fluide, de l'eau par exemple, peut être mis en oeuvre pour tout autre type de fluide, huile, air, etc. ... . Par ailleurs, il est également envisagé dans le cadre de l'invention que d'autres types de détection soient mis en oeuvre par exemple une simple commande manuelle, l'extrémite de commande de la première bascule 4 étant alors un simple levier de commande du type interrupteur à bascule simple classique. ailleurs, les contacts électriques qui ont été décrits comme pouvant être normalement ouverts au repos normalement fermés au repos peuvent être en nombre quelconque et associés d'une manière quelconque. Dans d'autres applications, les contacts électriques peuvent être remplacés etlou associés à d'autres dispositifs de commande et par exemple mécaniques. Parmi dispositifs mécaniques envisagés, on peut citer une plaquette d'affichage visible dans une première position de la seconde bascule 5 et invisible dans la seconde position, une vanne pour ouverture ou fermeture d'un circuit fluidique, un cache amovible car solidaire de la seconde bascule 5 agissant sur un circuit photoélectrique ou tout autre dispositif équivalent. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de commande étanche à bascule à action brusque et instantanée comportant deux chambres isolées l'une de l'autre par une paroi rigide caractérisé ce que la commande est transmise à travers la paroi à partir d'une première bascule (4) sur pivots (14, disposée dans la première chambre (2) vers une seconde bascule (5) sur pivots (19,19') disposée dans la seconde chambre (3), bissectrices des angles de basculement des deux bascules coupant sensiblement à angle droit, la bissectrice de la première bascule coupant l'axe pivot (19') de la seconde bascule, et en ce que l'extrémité dite de couplage de la première bascule en rapport avec la paroi comporte un aimant (9) droit dont l'un des deux pôles P1 est situé le long de la paroi afin que champ magnétique dudit pôle balaye ladite paroi lors du basculement de la première bascule, la seconde bascule comporte à ses deux extrémités deux aimants (10, 11) droits dont les pôles P2 et orientés vers la paroi sont de même signe. 2. Dispositif selon la revendication caractérisé en ce que la polarité des deux pôles P2 et P2' est même signe que la polarité du pole P1. 3. Dispositif selon la revendication caractérisé en ce que la polarité des deux pôles P2 et P2' est signe opposé à la polarité du pole P1. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'entrefer entre les pôles P1 et P2 ou P2' est réglable, au moins un des moyens suivant étant mis en ceuvre: butée (18) réglable en hauteur à au moins une des extrémités de la seconde bascule; réglage de la position de l'aimant de l'extrémité de couplage; réglage de la position d'au moins des deux aimants de la seconde bascule; réglage de la position de l'axe pivot (1 de la première bascule; réglage de la position de l'axe pivot (19') de la seconde bascule. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est monostable un premier aimant (13) etant solidaire de la première bascule un second aimant (12) une face externe de la première chambre afin que les champs magnétiques du premier et du second aimant interagissent entre eux. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le second aimant (12) peut être déplacé afin de régler la force de rappel ou répulsion et/ou de choisir la position stable entre les deux positions possibles. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que le second aimant (12) peut être retourné afin choisir la position stable entre deux postions possibles. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'axe pivot (14') la première bascule est disposé sensiblement en position médiane de ladite bascule . 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les aimants sont pastilles et sont choisis parmi les alliages neodyme fer bore, samarium cobalt. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la seconde bascule actionne (17) au moins un contact électrique (6) d'au moins des types suivants: normalement ouvert au repos; normalement fermé au repos. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'extrémité de la première bascule (4) opposée à l'extrémité de couplage est dite extrémité commande, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans au moins l'une des applications suivantes: - détecteur d'écoulement d'un fluide, l'extrémité commande étant solidaire d'une palette (7) soumise audit écoulement; - détecteur de niveau, l'extrémité de commande étant solidaire d'un flotteur; - détecteur de choc ou d'accélération, l'extrémité de commande étant solidaire d'une masse; détecteur de pression, l'extrémité de commande étant solidaire d'une membrane mobile ou souple dont les deux faces peuvent etre soumises à des pressions différentes; détecteur de température, l'extrémité de commande étant solidaire d'un élément mécanique se déplaçant en fonction la température; interrupteur à bascule, l'extrémité de commande étant actionnable mécaniquement ou manuellement.