Brevet FR2971080A1 — publié le 20120803

APPAREILLAGE D'AMPOULE A VIDE COMPRENANT UN MOYEN DE VERROUILLAGE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un appareillage d'ampoule à vide comprenant un moyen de verrouillage particulier. Ainsi que le rappelle la figure 1, une ampoule à vide comprend, dans une enveloppe (1), une partie fixe (2) et une partie mobile (3) qui possèdent un état de connexion électrique mutuelle où elles sont jointes et un état de déconnexion où elles sont disjointes. La partie fixe (2) est unie à un conducteur (4) traversant l'enveloppe (1), et la partie mobile (3), qui traverse elle-même l'enveloppe (1), est reliée à un autre conducteur (5) par un dispositif tel qu'une tresse souple (6). Les conducteurs (4 et 5) se joignent à un circuit quelconque et non représenté. Un dispositif de déplacement (7), pouvant prendre des formes très différentes, meut la partie mobile (3). Une butée (8) fixe définit l'état d'ouverture en arrêtant le mouvement de la partie mobile (3). Les dispositifs de ce genre sont sujets à divers problèmes que l'on détaille ci-dessous. Pour des raisons de sécurité, il peut être utile de maintenir l'appareillage à un de ses états, par exemple à la position ouverte dans le cas d'une ampoule à vide, et un moyen de verrouillage est alors employé en sus ou en remplacement de la butée (8). Un tel moyen peut comprendre un couteau (9) s'enfonçant dans une gorge (10) de la partie mobile (3) quand la position 2 correspondante est atteinte. Un inconvénient est alors qu'un mécanisme autonome doit en principe être employé pour instaurer ou interrompre le verrouillage, ce qui enchérit le dispositif. Un exemple est indiqué dans le document US-A-2009/0 141 416, où le dispositif d'actionnement du verrou est pyrotechnique, ce qui le rend en plus inapte à une utilisation répétée. Un moyen de verrouillage fiable est pourtant d'autant plus nécessaire dans une ampoule à vide, que le vide à l'intérieur de l'enveloppe (1) attire la partie mobile (3) à la position de fermeture et peut donc forcer l'état de fermeture en cas de défaillance du verrouillage. Une autre difficulté provient de l'énergie des chocs à l'arrêt des mouvements, quand une butée est atteinte : cela peut présenter des dangers pour l'intégrité de l'appareillage, les pièces étant souvent fines et légères. Une bonne maîtrise des efforts de changement d'état est aussi recherchée pour mieux garantir le maintien à la position désirée. On a cherché avec l'invention à proposer dans le domaine particulier des ampoules à vide un nouveau genre de verrou, fiable tout en étant purement passif. Sous une forme générale, l'invention concerne un appareillage d'ampoule à vide, l'ampoule à vide comprenant une partie mobile, l'appareillage comprenant un moyen de déplacement de la partie mobile et un moyen de verrouillage de la partie mobile apte à pénétrer dans une gorge de la partie mobile, caractérisé en ce que le moyen de verrouillage est un ressort hélicoïdal 3 enroulé avec une tension autour de la partie mobile et frottant sur une portée extérieure de la partie mobile. Une portée extérieure doit donc être ménagée sur la partie mobile de l'ampoule à vide pour recevoir le ressort lequel frotte sur cette partie mobile pendant les nombreuses courses dues aux manoeuvres de commutation de l'ampoule. Malgré l'usure que l'on pourrait craindre, il est apparu que le moyen de verrouillage était fiable, les risques de rupture du ressort étant réduits. Certaines précautions peuvent toutefois avantageusement être décidées. C'est ainsi que si la gorge comprend une face conique raccordée par des arrondis à un fond de gorge et à la portée extérieure de la partie mobile, une transition plus douce de l'extension du ressort est obtenue pendant les commutations, ce qui améliore sa tenue mécanique et augmente sa durée de service. D'après un autre perfectionnement ayant le même but, il est avantageux que la partie mobile soit composée de deux sections de matières différentes, la première de ces sections comprenant la portée extérieure sur laquelle s'effectue le verrouillage et la seconde de ces sections comprenant un contact électrique mobile dans l'ampoule à vide, la matière de la première section étant choisie en fonction de ses propriétés mécaniques, dont une haute dureté, afin de limiter l'usure du ressort en facilitant son glissement, la matière de la seconde étant choisie en fonction de ses propriétés électriques, dont une faible résistivité. 4 Contrairement aux conceptions habituelles, la partie mobile n'est donc pas unitaire mais composée de deux sections assemblées par un procédé ou un moyen quelconque qui peut être un soudage, un brasage, un collage, un emmanchement à chaud ou un vissage. Selon des modes de réalisation particuliers, l'appareillage peut comprendre un élément assurant la liaison électrique entre d'une part un circuit électrique et d'autre part la seconde section da la partie mobile de l'ampoule à vide située entre la gorge et le contact mobile ; les matières de la première section et de la deuxième section sont des alliages de cuivre mis en forme à partir de nanoparticules en vue d'obtenir une haute dureté mécanique et une bonne conductivité électrique ; la portée extérieure comprend une portion conique s'épanouissant vers la gorge et sur laquelle frotte le ressort à une position où la partie mobile touche un contact fixe dans l'ampoule, les pièces occupant des positions relatives telles que le ressort exerce une poussée axiale sur la partie mobile, poussée orientée de façon à exercer une pression statique sur les contacts de l'ampoule à vide en position fermée ; le système de verrouillage et de transfert de courant est réalisé par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux semblables ; le système de transfert de courant est réalisé par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux semblables. Les deux sections peuvent alors être, par exemple, respectivement en acier et en cuivre. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, parmi lesquelles : - la figure 1 déjà décrite illustre une ampoule à vide, - les figures 2a et 2b illustrent une première réalisation de l'invention aux états 5 d'ouverture et de fermeture de l'ampoule à vide, - la figure 3 illustre le ressort de verrouillage, - la figure 4 illustre un dispositif de connexion électrique, - les figures 5a et 5b illustrent une dernière réalisation de l'invention aux états d'ouverture et de fermeture, - et la figure 6 illustre le mécanisme élastique de retenue. Les figures 2a et 2b représentent les éléments essentiels de l'ampoule à vide, avec une première réalisation de partie mobile (35) conforme à l'invention, coulissant à travers une enveloppe (36) de l'ampoule à vide, dans laquelle s'étend encore un 20 contact fixe (37). La partie mobile (35) comprend une première section (38) postérieure, en matériau dur, une seconde section (39) antérieure, en matériau bon conducteur électrique, cette seconde section (39) s'étendant à l'intérieur de l'enveloppe (36) en face du 25 contact fixe (37), la seconde section (39) constituant ainsi un contact électrique mobile. La figure 2a représente l'ampoule à vide à l'état ouvert, la tige mobile (35) étant disjointe du contact fixe (37), et la figure 2b représente l'ampoule à l'état fermé, la tige 30 mobile (35) étant jointe au contact fixe. 15 6 La première section (38) comprend une gorge (40) dirigée vers la seconde section (39), et une portée extérieure (41) située en arrière de la gorge (4 0) . La gorge (40) comprend un fond de gorge (42) et une face conique (43) raccordant le fond de gorge (42) à la portée extérieure (41) ; des arrondis (44 et 45) constituent des transitions douces entre la face conique (43) et, respectivement, le fond de gorge (42) et la portée extérieure (41), de façon à éliminer les angles vifs. L'appareillage comprend encore un ressort (46) hélicoïdal engagé dans une gorge d'un support (47) fixe. La partie mobile (35) s'étend à travers le support (47) à l'endroit de la première section (38). Le ressort (46) est représenté à la figure 3 et comprend des spires (48) en grand nombre s'étendant chacune entre un rayon extérieur et un rayon intérieur par lequel elles entrent en contact avec la partie mobile (35). Il peut être fabriqué à partir d'un ressort hélicoïdal classique, enroulé en boucle et dont les extrémités sont soudées en une jonction (49). Le ressort (46) frotte sur la portée extérieure (41) qui le repousse radialement vers l'extérieur dans la plupart des positions de la partie mobile (35), sauf à l'état de plus grande ouverture de l'ampoule à vide, où le ressort (46) a atteint la gorge (40) et l'occupe en se déformant de manière élastique. La position de verrouillage alors obtenue est stable, la résistance du ressort (46) à la déformation, qui favorise le maintien dans la gorge (40), étant supérieure à l'ensemble des forces, dont la force aérostatique, exerçant sur la 7 partie mobile (35) une poussée qui favorise son retour vers une position fermée. Ce retour à la position de fermeture n'est possible que par l'application volontaire à la partie mobile (35) d'une force supplémentaire. La première section et la seconde section (38 et 39) peuvent être unies par tout moyen convenable tel qu'un soudage, un brasage, un collage, un emmanchement à chaud ou un vissage. La seconde section (39) reçoit un élément de liaison électrique à la portion du circuit qui est reliée à la partie mobile (35). Dans un premier mode de réalisation, cet élément de liaison électrique peut être une tresse métallique ou un clinquant souple en matériau conducteur, relié par soudage ou brasage à la partie mobile (35). Dans un second mode de réalisation, représenté à la figure 4, le contact peut être assuré par un autre ressort hélicoïdal (50) analogue au ressort (46) et qui est comme lui engagé dans une gorge d'un autre support (51) fixe. Dans un mode de réalisation, la première section (38) et le ressort (46) sont en acier, ce qui leur permet de frotter l'un sur l'autre avec très peu d'usure, réduisant ainsi les risques de rupture du ressort même après un grand nombre d'opérations. La première section (39) et le second ressort (50) sont tous deux en matériau très bon conducteur pour assurer une faible résistance de contact électrique. Le second ressort (50) frottant sur une portée cylindrique est soumis à des déformations élastiques de moins grande amplitude que le premier 8 ressort (46). Il peut être choisi avec des dimensions différentes du premier. Ses risques de rupture sont réduits même s'il n'est pas en acier. Selon diverses dispositions optionnelles avantageuses, la partie mobile (35) comporte au moins une zone axisymétrique, voire l'est complètement, de façon à ce que son orientation à l'égard du système de fixation des deux sections de la partie mobile soit indifférente. La force exercée sur la partie mobile (35) par les ressorts hélicoïdaux enroulés (46) est déterminée à volonté par des choix judicieux des diamètres intérieur et extérieur des ressorts hélicoïdaux enroulés, des diamètres et de la nature de ces fils, ainsi que les diamètres du profil de la partie mobile (35), du positionnement de la gorge recevant les ressorts hélicoïdaux enroulés (46), de la profondeur de cette même gorge. Les ressorts hélicoïdaux enroulés doivent rester dans leur domaine élastique. Les matériaux utilisés pour les ressorts hélicoïdaux enroulés (46), pour la section de la partie mobile (39) et pour le support (47) doivent être choisis judicieusement pour avoir une bonne conductivité électrique. L'état de surface de ces éléments doit être approprié. Dans un mode préférentiel, un dépôt d'argent en surface est réalisé. Dans un autre mode de réalisation, un même ressort assure à la fois la fonction mécanique de verrouillage en position ouverte, et la fonction électrique de passage de courant. Dans une variante de ce mode de réalisation, plusieurs ressorts sont mis en oeuvre, chacun assurant cette double fonction de 9 verrouillage en position ouverte et de passage de courant électrique. Un autre mode de réalisation sera décrit à l'aide des figures 5a et 5b, qui représentent encore des états d'ouverture et de fermeture de l'appareillage. La partie mobile, ici (52), se distingue de la précédente en ce qu'elle comprend une portion conique (53) appartenant à la portée extérieure, ici (54), en arrière de la gorge (40). Grâce à cette disposition, le ressort (46) s'étend sur la partie conique (53) à l'état de fermeture de l'ampoule, représenté à la figure 5b, et peut ainsi exercer une composante axiale d'effort. Cette composante axiale d'effort qui favorise la fermeture permet donc de compenser d'éventuels défauts dans le mécanisme, dus à l'usure ou à toute autre raison, qui pourraient diminuer la qualité du contact électrique entre la partie mobile (52) et la partie fixe (60). Cette invention peut être combinée à une autre, dont la demande de brevet est déposée simultanément à celle-ci, et dans laquelle la partie mobile coopère avec des fils élastiques sur lesquels elle frotte en se déplaçant, les fils pouvant exercer un verrouillage réversible en entrant dans une gorge ou atteignant une butée sur la partie mobile, et avec un bon amortissement dû à leur élasticité. REVENDICATIONS1. Appareillage d'ampoule à vide, l'ampoule à vide comprenant une partie mobile, l'appareillage comprenant un moyen de déplacement de la partie mobile (35, 52) et un moyen de verrouillage de la partie mobile apte à pénétrer dans une gorge (40) de la partie mobile, caractérisé en ce que le moyen de verrouillage est un ressort (46) hélicoïdal enroulé avec une tension autour de la partie mobile et frottant sur une portée extérieure de la partie mobile. 2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge comprend une face conique (43) raccordée à un fond de gorge (42) et à la portée extérieure de la partie mobile par des arrondis. 3. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie mobile est composée de deux sections en matières différentes, une première des sections (38) comprenant la gorge (39) et la portée extérieure et une seconde des sections comprenant un contact électrique mobile dans l'ampoule à vide, la matière de la première section étant choisie en fonction de ses propriétés mécaniques telles que haute dureté et faible coefficients de frottement, la seconde section étant choisie selon ses propriétés électriques telles qu'une bonne conductivité. 4. Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière de la première section 11 est à base d'acier et celle de la seconde section est à base de cuivre. 5. Appareillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les matières de la première section et de la deuxième section sont des alliages de cuivre mis en forme à partir de nano-particules en vue d'obtenir une haute dureté mécanique et une bonne conductivité électrique. 6. Appareillage selon les revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un élément assurant la liaison électrique entre d'une part un circuit électrique et d'autre part la seconde section da la partie mobile de l'ampoule à vide située entre la gorge et le contact mobile. 7. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la portée extérieure comprend une portion conique (53) s'épanouissant vers la gorge et sur laquelle frotte le ressort à une position où la partie mobile touche un contact fixe dans l'ampoule, les pièces occupant des positions relatives telles que le ressort exerce une poussée axiale sur la partie mobile, poussée orientée de façon à exercer une pression statique sur les contacts de l'ampoule à vide en position fermée. 8. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de verrouillage et de transfert de courant est réalisé par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux semblables. 12 9. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de transfert de courant est réalisé par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux semblables. 10. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de liaison électrique est une tresse conductrice souple ou un clinquant conducteur souple. 10 11. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de liaison électrique est un second ressort (50) hélicoïdal, enroulé autour de la seconde section mobile et frottant 15 sur la seconde section.5