Brevet FR2915322A1 — publié le 20081024

-1- L'invention consiste en une amélioration de la sécurité liée à l'utilisation des fiches mobiles et socles femelles des connecteurs électriques de 6,10 et 16Ampères sous 25OVolts et relevant de la norme CEI 60320(2006). Les dispositifs proposés pourront être adaptés à bon nombre de prises de courant normalisées objet de la norme CEI 60083(2006). Note : Afin d'alléger le texte, le terme prise sera employé pour désigner une prise mobile de connecteur ou un socle femelle de connecteur. Actuellement ces prises ne sont pas spécialement protégées lorsqu'elles sont reliées à l'alimentation et non connectées à un appareil d'utilisation. Cette situation est dangereuse car elle laisse un libre accès à leurs alvéoles actives, et peut être à l'origine d'accidents très graves, surtout parmi les jeunes enfants. Or ce type de connecteurs tend à se généraliser dans l'équipement de nouveaux appareils domestiques tels que TV, Amplis, PC informatique..., ainsi que certains appareils de cuisine. Certaines prises de courant d'usages domestiques sont aujourd'hui sécurisées. L'accès à leurs alvéoles actives y est protégé par des obturateurs maintenus et/ou rappelés en place par des ressorts. Ils doivent s'effacer lorsque les 2 broches actives de la fiche mâle y sont engagées simultanément. Pour être efficace ce système nécessite des ressorts assez puissants, ce qui a pour inconvénient de rendre parfois très difficile l'engagement d'une fiche mâle dans un socle femelle. De plus ce système, avec ressorts métalliques hélicoïdaux, est trop encombrant pour être appliqué aux connecteurs. Les dispositifs proposés adaptent le précédent aux prises précitées de connecteurs, et lui ajoutent un système de verrouillage dont le rôle est étudié en détail dans deux exemples ci-après, et plus rapidement ensuite avec d'autres dessins; les rappels et/ou maintiens des pièces mobiles très légères sont réalisés ici par des petits ressorts en matière plastique qui peuvent avoir des formes très diverses (2 et 4 sur les Dessins 1 et 3 à 7) en fonction de la place disponible. Les forces exercées par ces ressorts sont très faibles, de l'ordre du gramme. Selon le type de prise intéressée, le système de verrou pourra être indépendant du volet d'obturation qui intègre les obturateurs (voir 3 du Dessin 1), ou intégré en partie à ce volet, en partie au corps de la prise, en particulier lorsqu'il n'y a pas d'alvéole de liaison à la terre (voir 3 du Dessin 3). Le Dessin 2 montre un modèle de prise avec 2 alvéoles actives (phase et neutre), et une alvéole de contact de terre inactive [il s'agit du connecteur C13 de la norme CEI 60320(2006)]. Pour la partie qui nous intéresse ici, elle est constituée d'un corps de prise (E) et d'un couvercle (H). Les parties (R) du corps de prise sont des réservations pour les appendices (S) du couvercle; elles permettent l'assemblage du corps et de son couvercle par emboîtement et collage. -2- Les emplacements (G) des pièces constituant le système de sécurité sont moulés à la fabrication du corps de prise. La forme des emplacements correspond au système choisi pour le type de connecteur concerné (voir dessins 1 et 3 à 7). La partie inférieure de la surface (I) du couvercle couvrant le système de sécurité est dépourvue de tout relief. Exemple de fonctionnement d'un système à verrou indépendant : voir dessin 1 Ce type de dispositif interdit tout effacement du volet d'obturation des alvéoles actives tant qu'il n'est pas lui même libéré de l'action du verrou qui le bloque depuis qu'une fiche mâle aura été retirée de la prise. Il ne peut être adapté aux prises dépourvues d'un contact de terre. Le Dessin 1 montre un système en place dans le corps de prise correspondant (E). Un volet d'obturation (1) condamne les alvéoles actives (Fl et F2) ; il y est: maintenu par son ressort à 3 ellipses (2) qui prend appui sur un plot du corps de la prise ; un verrou (3) est engagé dans 2 évidements du volet d'obturation ; il y est maintenu par ses 2 ressorts en ellipse (4) ; il chevauche l'alvéole de contact de terre (F3) de la prise, n'en condamnant qu'une très faible partie, en haut sur le dessin. Cette partie du verrou est en plan incliné. La coupe sous la partie principale de ce dessin montre que le volet d'obturation comporte 2 obturateurs P avec plan incliné, et un évidement V ; les alvéoles actives FI et F2 y sont condamnées. Dans la situation du dessin, l'introduction d'un objet conducteur dans l'alvéole F3 peut repousser le verrou (3) vers le haut sur le dessin, libérant ainsi le volet d'obturation (1) ; ce dernier reste en position de fermeture car il est maintenu par son ressort (2) ; il n'y a pas de danger car l'alvéole F3 est inactive. Si l'introduction de l'objet se fait dans une des 2 alvéoles actives (F1 ou F2) elle est arrêtée par le volet d'obturation (1) sur lequel toute pression sur un des 2 obturateurs P a pour résultat de faire buter le volet sur le verrou (3) aux points (A), lui même prenant appui sur son logement aux points (B). A l'introduction d'une fiche mâle correspondante, sa broche de contact de terre, plus longue que ses 2 broches actives, va glisser sur le plan incliné du verrou (3) et le chasser vers le haut sur le dessin ; le volet d'obturation (1) est déverrouillé ; les broches actives de la fiche mâle vont faire glisser le volet en appuyant simultanément sur les plans inclinés de ses 2 obturateurs, et pouvoir pénétrer plus avant dans la prise; elles retiennent le volet dans cette position d'ouverture. Dans cette nouvelle situation, les ellipses-ressorts (2 et 4) des 2 pièces mobiles sont déformées et en appui sur une partie du corps de la prise. Au retrait de la fiche mâle, le volet d'obturation est libéré en premier ; il retrouve sa position initiale grâce à son ressort (2) qui reprend lui même sa forme initiale; l'alvéole inactive du contact de terre est dégagée à son tour ; grâce à son ressort (4) le verrou retrouve lui aussi sa position -3- initiale en s'engageant dans les logements du volet d'obturation. Les alvéoles actives FI et F3 sont à nouveau condamnées. Exemple de fonctionnement d'un système à verrou intégré : voir Dessin 3 Ce type de dispositifs a la particularité de ne provoquer le verrouillage du ou des volet(s) d'obturation (dessins 3) que s'il y a tentative de pénétration d'une alvéole active (Fl ou F2) de la prise autrement qu'avec une fiche mâle. Il est particulièrement adapté aux prises dépourvues de contact de terre. La prise possède ici seulement les 2 alvéoles actives, phase et neutre (FI et F2) [cas des prises C9 et C17 de la norme CEI 60320(2006)]. Nous retrouvons sur le dessin 3 un corps de prise (E). Il possède un puits central (7) qui va recevoir le ressort (2) de rappel et de maintien du volet d'obturation (1) ; ce volet possède 2 pivots (5) qui sont en butée sur 2 saillies du corps de la fiche, 2 petites lames ressort (6), et un demi-verrou (à une dent) à chacun de ses quatre coins (3); les quatre demi-verrous complémentaires (à 2 dents) font partie du corps de la prise (3 également). Les 2 obturateurs du volet d'obturation ont une forme très particulière : ils possèdent 3 plans inclinés (3PI de la coupe AA), dont 2 sont perpendiculaires au principal ; de plus ce plan incliné principal est partiellement évidé en 2 cuvettes (2C). Dans la situation du dessin, le volet d'obturation condamne les 2 alvéoles actives (F l et F2); ses pivots (5) sont maintenus en butée contre les saillies du corps de prise par son ressort (2). On notera qu'ici le ressort de rappel (2) sera un peu plus puissant que dans le système précédent pour compenser le manque de verrouillage permanent. Les obturateurs restent bien alignés grâce aux deux petites lames ressort (6) du volet qui s'appuient sur le corps de prise. Si on cherche à introduire un objet dans une des 2 alvéoles, celui-ci va glisser dans une des 2 cuvettes du plan incliné principal de l'obturateur qui la condamne ; le plus petit effort exercé va vaincre la résistance d'une petite lame ressort (6) qui tend à maintenir latéralement en place le volet d'obturation ; la dent de verrou correspondante (3) va s'engager dans les dents associées du corps de la fiche ; un effort supplémentaire sur l'objet intrus pourrait vaincre la force du ressort de rappel (2) du volet, mais ce dernier se verrouille alors au corps de la prise. Les 2 parties du verrou diagonalement opposées se verrouillent également, venant renforcer le premier. L'extraction de l'objet intrus permet au ressort (2) de ramener le volet d'obturation en place ; sa position latérale est affinée par ses petites lames ressort (6). A l'introduction d'une fiche mâle, ses deux broches se mettent en contact en premier lieu avec les deux petits plans inclinés latéraux de chacun des deux obturateurs, ce qui a pour effet d'empêcher le volet d'obturation de ripper sur un côté et de risquer de se verrouiller. Les deux broches vont pouvoir glisser sur les plans inclinés principaux des 2 obturateurs tout en les chassant, et pénétrer sans obstacle dans les alvéoles. -4- A l'extraction de la fiche mâle le volet d'obturation est ramené en place comme précédemment. Les autres dessins annexés (4 à 7 inclus) illustrent d'autres adaptations des deux systèmes de verrouillage afin de démontrer leur compatibilité à pouvoir équiper tous les connecteurs de 6, 10 et 16 Ampères de la norme CEI 60320. Ainsi nous avons : - Dessins 4 et 5 [pour les connecteurs C 15 et C 15A de la norme CEI 60320(2006)] ; Dans le cas de ces 2 connecteurs nous retrouvons les mêmes pièces que dans le cas du connecteur C13 étudié avec le dessin 1 ci-avant; elles ont des formes différentes nécessitées par la présence d'un détrompeur, en partie inférieure du corps de prise sur les dessins. La partie centrale du volet d'obturation (1) est plus étroite pour trouver place entre le détrompeur et l'alvéole inactive (F3); son ressort (2) est dans un puits ; le verrou (3) ne bloque le volet d'obturation qu'en un seul point (A), en position de verrouillage sur les dessins ; ce verrou possède 2 petits ressorts de rappel (4). Comme pour le cas du dessin 1, c'est la broche inactive (F3) de la fiche mâle qui déverrouillera le volet et permettra l'enfichage complet de cette fiche. - Dessin 6 [pour les connecteurs C 19 et C 21 de la norme CEI 60320(2006)] : Nous retrouvons dans ces connecteurs les 3 alvéoles (FI, F2 et F3), mais elles sont disposées ici parallèlement à la base du dessin. Leur système de sécurité comprend les mêmes pièces, volet d'obturation (1), ressort du volet (2) dans un puits, verrou (3) et ressort du verrou (4) également dans un puits. Dans la situation du dessin le volet d'obturation est bloqué par deux doigts (A) du verrou. Ici encore la broche inactive (F3) de la fiche mâle chassera le verrou (3), vers la droite sur le dessin, et déverrouillera le volet d'obturation (1) dont les obturateurs pourront être chassés à leur tour, vers le haut du dessin, par les 2 broches actives de cette fiche. - Dessin 7 [pour le connecteur C 23 de la norme CEI 60320(2006) : Dans ce connecteur il n'y a que les deux alvéoles actives (Fl et F2) ; elles sont également disposées parallèlement à la base du dessin. Le système de sécurité proposé ici est constitué de deux ensembles totalement indépendants, chacun constitué d'un ressort (2) placé dans un puits, et d'un volet d'obturation (1) dont l'obturateur a le même profil particulier que dans le cas du système à verrou -5- intégré du dessin 3 étudié en détail ci-avant ; chaque volet comprend également 2 demi-verrous intégrés formés de 2 dents (3) et 2 petites lames ressorts (6) pour le maintenir en bonne position ; les parties complémentaires (à 3 dents) des verrous font partie du corps de la prise (3 également). Toute tentative d'introduction d'un objet dans une alvéole (FI ou F2) provoque un déplacement du volet d'obturation (1) qui la condamne, et par suite son verrouillage avec le corps de la prise (E) par l'intermédiaire du verrou (3) qui est alors mis en oeuvre. L'introduction simultanée des 2 bornes d'une fiche mâle conservera l'alignement des deux volets d'obturation et permettra ainsi leur effacement en glissant sur leur plan incliné. Toute personne du métier notera que ce dernier système de sécurité à 2 dispositifs indépendants peut être adapté à tous les types de prises de la norme CE! 60320(2006) visés par cette innovation. Selon la prise concernée les dispositifs seront dans la position du dessin, ou perpendiculaires à la base de ce dessin. Remarque sur les dessins : Les dimensions des dessins sont toutes proportionnelles aux dimensions réelles qui sont de : - 20mm x 12mm pour le dessin 3 ; 20- 23mm x 15,8mm pour les dessins 1, 4 et 5 ; 28mm x 20mm pour les dessins 6 et 7. La réalisation de ces dispositifs de sécurité pour connecteurs électriques relève de la technique du moulage de matières plastiques par injection, bien connue des fabricants de composants 25 électriques. Pour mémoire, l'emplacement des pièces constituant un dispositif sera intégré dans le moule du corps de prise (E), de même que les réservations (R) destinées à l'assemblage du couvercle (H du Dessin 2). Les évidements visibles par l'arrière d'une prise seront supprimés, ou très réduits selon le type de prise concerné. 30 Les différentes pièces mobiles seront également moulées par injection, en utilisant avantageusement des couleurs différentes de matières plastiques pour faciliter le montage, qu'il soit manuel ou par robots à commandes optiques. Les ressorts disposés en puits devraient y être collés par le fond. Le couvercle sera assemblé et collé par ses appendices (S) dans les réservations (R). 35 Le choix des matières plastiques selon leurs capacités physiques en dureté, résistance à la chaleur, élasticité et mémoire de forme sera effectué en fonction du rôle de chaque pièce. La grande précision de réalisation des différents moules est capitale à l'obtention de dispositifs au -6- fonctionnement sûr. Elle concerne toutes les pièces qui ne doivent avoir aucune aspérité. Les moules peuvent tous être constitués de 2 parties seulement. Les dimensions exactes des pièces du dispositif de sécurité seront arrêtées à partir d'une modélisation en 3 dimensions pour chacun des modèles de connecteurs. Les épaisseurs des volets d'obturation et des verrous seront de l'ordre de 1,5mm, 2mm ou 2,5mm selon qu'ils seront pour des connecteurs de 6, 10 ou 16Ampères. L'épaisseur de matière isolante entre le fond des emplacements des pièces du système de sécurité (G du Dessin 2) et les bornes internes au corps de la prise pourra être de l mm à 1,5mm ; l'épaisseur de la partie principale du couvercle du corps de fiche (H) pourra être de 2mm à 3mm selon le type de connecteur. La fabrication de ces systèmes de sécurité est indissociablement liée à la fabrication de connecteurs. Son marché potentiel est déjà très significatif compte tenu de l'importance que revêt à notre époque la prévention des accidents. Il devrait se développer encore avec l'arrivée de nouveaux appareils d'utilisation équipés de ces types de connecteurs et qui sont très appréciés par leurs constructeurs (absence de câble d'alimentation sur les chaines de fabrication). En conséquence les investissements engendrés par l'adoption de ces systèmes de sécurité devraient rapidement être ramenés à une valeur quasi nulle. De plus il n'échappera à aucune personne du métier que ces dispositifs de sécurité pour prises de connecteurs sont adaptables et pourraient équiper bon nombre de prises de courant normalisées parmi celles équipées de broches plates et objet de la norme CEI 60083(2006). 30 35 40 REVENDICATIONS 1 - Systèmes de sécurité destinés à interdire un accès anormal aux parties actives (F 1 et F2) des prises mobiles ou socles femelles de connecteurs électriques normalisés de 6, 10 et 16 Ampères sous 250 Volts objets de la norme CEI 60320(2006), avec ou sans alvéole pour contact de terre (F3), caractérisés par la présence d'un dispositif de verrouillage (3) d'un volet d'obturation (1) qui permet l'utilisation de ressorts de rappel et maintien (2 et 4) de très faible force et petites dimensions, le tout en matières plastiques. 2 û Dispositifs selon la revendication 1 caractérisés par la réservation directement au moulage par injection du corps de la prise (E), de l'emplacement (G du dessin 2) du système de sécurité adopté, en conservant une épaisseur de matière isolante de 1 à 1,5mm entre le fond de cet emplacement et les broches présentes dans les alvéoles (F1, F2 et éventuellement F3). 3 û Dispositifs ( dessins 1,4, 5 et 6) selon les revendications 1 et 2 caractérisés par ce qu'ils peuvent être constitués d'un volet d'obturation (1) à 2 obturateurs, d'un verrou indépendant (3) et de ressorts de rappel et maintien (2 et 4) pouvant avoir des formes diverses selon le modèle de sécurité adopté pour le type du connecteur concerné. 4 û Dispositif (dessin 3) selon les revendications 1 et 2 caractérisé par ce qu'il peut être constitué d'un volet d'obturation (1) à 2 obturateurs avec son ressort de rappel et maintien (2), intégrant 4 demi-verrous (3) constitués de petites dents, 2 petits pivots (5) et 2 petites lames ressort (6), les demi-verrous complémentaires étant intégrés au corps de prise (3 également) de même que 2 petites saillies au rôle de butées pour les pivots (5 également). 5 - Dispositif (dessin 7) selon les revendications 1 et 2 caractérisé par ce qu'il peut être constitué de 2 petits systèmes indépendants comprenant chacun un obturateur (1), son ressort de rappel et maintien (2), 2 demi-verrous (3) constitués de petites dents, et 2 petites lames ressort (6), les demi-verrous complémentaires étant intégrés au corps de prise (3 également). 6 û Dispositifs (dessins 1, 4, 5 et 6) selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisés par les surfaces accessibles par les alvéoles (F1 et F2) des obturateurs du volet d'obturation (1) qui comportent une partie plane (environ un tiers), et le reste en plan incliné.-8- 7 ù Dispositifs (dessins 3 et 7) selon les revendications 1, 2, 4 et 5, caractérisés par les surfaces accessibles par les alvéoles (FI et F2) du(des) volet(s) d'obturation (1) dont les obturateurs comportent une partie plane (environ un tiers) et 3 plans inclinés (3PI dessin 3) dont 2 petits et perpendiculaires au principal, lui même évidé de 2 petites excavations en forme de cuvette (2C dessin 3). 8 ù Dispositifs (dessins 1,4,5 et 6) selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisés par un verrou qui peut comporter 1 ou deux doigts de verrouillage (A) et par la surface de ce verrou accessible par l'alvéole F3 qui n'obstrue qu'une très faible partie de l'alvéole et qui est en plan incliné. 9 ù Dispositifs selon les revendications précédentes caractérisé par ce qu'il comporte un couvercle (H du dessin 2) qui est, selon le type de prise de connecteur considéré, d'une épaisseur de 2 à 3mm, percé de 2 ou 3 alvéoles, muni de 2,3 ou 4 appendices (S) pour son assemblage dans les réservations correspondantes (R) avec le corps de prise (E), et dont la partie de surface interne (I) couvrant le système de sécurité est sans aucun relief.20