EP1993115B1

EP1993115B1 - Dispositif de commande de la mise en contact ou hors contact de deux pièces et appareil électrique comportant un tel dispositif

Info

Publication number: EP1993115B1
Application number: EP20080354019
Authority: EP
Inventors: Denis Perrin
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: AU2008202132B2; BRPI0801341B1; RU2008119136A; RU2453943C2; FR2916300B1; BRPI0801341A2; CN101308734A; EP1993115A1; FR2916300A1; ES2396742T3; AU2008202132A1; CN101308734B

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande de la mise en contact ou hors contact de deux pièces dont l'une au moins est mobile par rapport à l'autre, comprenant un arbre de manoeuvre relié de manière articulé par rapport à un bâti, ledit arbre étant apte à être entraîné en rotation entre une première position correspondant à une position de contact des deux pièces et une seconde position correspondant à une position dite d'éloignement des deux pièces, un ressort de compression apte à être comprimé par le ledit arbre et à agir lors de sa décompression sur la pièce mobile de manière à amener ladite pièce mobile dans une position de contact avec la pièce fixe et des moyens de séparation des deux pièces aptes à amener les deux pièces précitées dans la position d'éloignement précitée, ledit ressort coopérant par l'une dite première de ses extrémités, avec l'arbre de manoeuvre par son extrémité opposée dite seconde, avec la pièce mobile.
On connaît un dispositif de commande du genre précédemment mentionné tel que décrit dans le document FR 2 609 839 , ce dispositif assurant la commande d'un sectionnement ou d'une mise à la terre. Ce dispositif comporte un arbre de manoeuvre monté rotatif par rapport à un bâti et relié de manière articulé à l'une des extrémités d'un système à ressort dont l'extrémité opposée est reliée de manière articulée à un arbre de sortie relié de manière articulée audit bâti et commandant le déplacement de la pièce mobile.
Dans ce dispositif, la mise à la terre s'effectue par une rotation de l'arbre de manoeuvre entraînant la compression du ressort jusqu'au passage d'un point mort. Sous l'action du ressort, l'arbre de manoeuvre continue sa rotation de quelques degrés en libérant un galet d'accrochage par l'intermédiaire d'une bielle de liaison. Le galet ainsi libéré, l'arbre de sortie tourne sous l'action du ressort, et entraîne le sectionnement des contacts. Pendant cette rotation de l'arbre de sortie, ce dernier entraîne le galet d'accrochage jusqu'à l'amener en contact sur une butée.
L'ouverture à la terre est effectuée par la rotation inverse de l'arbre de manoeuvre. La bielle de liaison entraîne alors le galet, lequel entraîne à son tour l'arbre de sortie.
Dans un mécanisme de ce type, l'effort du ressort d'entraînement diminue en fonction de sa course. Pour obtenir un effort important lorsque les contacts sont fermés, il faut soit mettre un ressort très puissant, soit utiliser un système d'embiellage s'approchant d'un point mort, système qui nécessite une bonne maîtrise dimensionnelle et donc des réglages. En outre, pendant la phase de compression du ressort, il est nécessaire de maintenir l'arbre de sortie dans sa position grâce à un système d'accrochage sous la forme d'un galet, et de le libérer une fois le ressort comprimé.
La présente invention concerne un dispositif de commande de la mise en contact et de la mise hors contact de deux pièces l'une par rapport à l'autre, de conception simple, qui permette la mise en contact des deux pièces avec une vitesse indépendante de l'opérateur et permettant d'assurer une pression de contact importante.
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de commande de la mise en contact ou hors contact de deux pièces du genre précédemment mentionné, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de renvoi pour renvoyer l'effort exercé par la première extrémité du ressort lors de sa décompression, sur la pièce mobile, de manière que ladite pièce mobile reçoive deux efforts exercés respectivement par les deux extrémités du ressort, la résultante des deux forces correspondant à ces deux efforts permettant d'assurer un serrage important entre les deux pièces précitées.
Selon une réalisation particulière de l'invention, ces moyens de renvoi comportent une bielle d'entraînement reliée de manière articulée par l'une de ses extrémités, dite première, à l'arbre de manoeuvre, et par son extrémité opposée dite seconde, à la pièce mobile.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'arbre de manoeuvre comporte deux extrémités disposées de part et d'autre de son axe d'articulation au bâti, le ressort est relié de manière articulée par son extrémité dite première, sur l'une des extrémités dite seconde de l'arbre de manoeuvre, et par son extrémité dite seconde, est relié de manière articulé à la pièce mobile.
Selon une autre caractéristique particulière, la distance séparant d'une part, l'axe d'articulation de l'arbre de manoeuvre au bâti, et d'autre part, l'axe d'articulation de la bielle à l'arbre de manoeuvre, correspond sensiblement à la distance séparant l'axe d'articulation de l'arbre au boîtier et l'axe d'articulation de la première extrémité du ressort audit arbre.
Selon une autre caractéristique, l'arbre de manoeuvre, la bielle et le ressort sont dimensionnés de telle manière que l'évolution des bras de levier lors de la mise en contacts des pièces fixe et mobile, permette de compenser la diminution de l'effort du ressort lors de son allongement, afin qu'un effort constant soit appliqué sur le contact mobile.
Selon une autre caractéristique, le dispositif précité peut prendre trois positions stables, à savoir une position d'équilibre fermée dans laquelle les pièces sont en contact et le ressort en position partiellement décomprimé, une position d'équilibre ouverte dans laquelle les pièces sont séparées et le ressort dans une position totalement comprimée et une position de passage de point mort dans laquelle les pièces sont séparées et les trois axes d'articulation respectivement de la bielle sur l'arbre de manoeuvre, du ressort sur l'arbre de manoeuvre, et du ressort sur le contact mobile, sont alignés dans laquelle position la direction des efforts transmis par le ressort est telle qu'aucun couple n'est appliqué à l'arbre de manoeuvre et position au-delà de laquelle le ressort devient moteur et entraîne l'arbre de manoeuvre et le contact mobile.
Selon une autre caractéristique, l'arbre de manoeuvre comporte une butée apte à coopérer avec la bielle pour limiter la course en rotation de l'arbre de manoeuvre au-delà de la position de passage du point mort, après une manoeuvre d'ouverture.
La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique comportant un contact fixe et un contact mobile, le contact mobile étant commandé par un dispositif de commande comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le contact mobile est un contact de mise à la terre.
Selon une autre caractéristique particulière, c'est un sectionneur de mise à la terre présentant un pouvoir de fermeture.
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :

La figure 1 est une vue partielle de côté d'un dispositif de commande d'un appareil électrique selon l'invention, dans un position ouverte des contacts,
La figure 2 est une vue identique à la figure précédente, le dispositif étant dans une position d'équilibre instable,
La figure 3 est une vue identique aux précédentes, le dispositif étant dans une position d'équilibre fermée,
La figure 4 est une vue identique aux précédentes, le dispositif étant dans une position intermédiaire entre la position d'équilibre instable précitée de la figure 2 et la position d'équilibre fermée de la figure 3, et
La figure 5 est une représentation graphique illustrant l'effort moteur E en DaN exercé par le ressort sur le contact mobile en fonction de la course C du contact mobile en mm.

Sur les figures 1 à 4, un dispositif de commande O des contacts d'un sectionneur de mise à la terre selon l'invention comporte un arbre de manoeuvre 1 relié de manière articulé selon un axe X à un bâti 2. Cet arbre de manoeuvre est également relié de manière articulée (en Y) par l'une la de ses extrémités, à l'une 3a des extrémités d'une bielle d'entraînement 3, et par son extrémité opposée 1b (Z), à un ressort de compression 4. Cette bielle d'entraînement 3 et le ressort de compression 4 sont reliés l'un à l'autre de manière articulée par leur autre extrémité 3b,4b, à un axe de liaison U, cet axe de liaison U étant relié de manière articulé d'une part, à un contact mobile 6, et d'autre part, à une bielle de guidage 7 reliée également de manière articulée au bâti. Le contact fixe 5 est relié rigidement au bâti afin de supporter les efforts de maintien en position fermée des deux contacts 5,6.
Ce dispositif possède deux positions d'équilibre stables et une position d'équilibre instable. La première position d'équilibre stable est la position ouverte représentée sur la figure 1. Dans cette position, la bielle d'entraînement 3 est en butée sur une butée d'ouverture 8 solidaire de l'arbre de manoeuvre 1.
La deuxième position d'équilibre stable est la position fermée représentée sur la figure 3. Dans cette position, le contact mobile est en butée sur le contact fixe.
La position d'équilibre instable représentée sur la figure 2 est celle dans laquelle les trois axes d'articulation respectivement, l'axe Y d'articulation de la bielle 3 sur l'arbre 1, l'axe Z d'articulation de l'arbre 1 au ressort 4 et l'axe U d'articulation de la bielle 3 sur le contact mobile 6, sont alignés. Dans cette position, appelée passage de point mort, la direction des effort transmis par le ressort est telle qu'aucun couple n'est appliqué à l'arbre de manoeuvre. L'ensemble peut donc basculer soit vers la position ouverte, soit vers la position fermée.
Pendant ces deux phases de basculement, le mécanisme fonctionne de manière autonome sous l'action du ressort de compression comme ceci sera expliqué dans ce qui suit.
Pendant cette manoeuvre autonome du mécanisme, l'arbre de manoeuvre est soumis à un couple exercé par deux forces, lesquelles forces varient en fonction de la longueur du ressort et en fonction de l'évolution des bras de levier D1',D2' (figure 4). La première force, nommée F1, est exercée directement par l'extrémité inférieure du ressort 4b et est retransmise à l'arbre de manoeuvre 1 par l'intermédiaire de la bielle d'entraînement 3. La deuxième force nommée F2, est le résultat de l'effort transmis à l'arbre de manoeuvre 1 par l'extrémité supérieure 4a du ressort 4. Cette seconde force F2 est retransmise selon F3 au contact mobile 6 par l'intermédiaire des deux bras de levier D1 et D2.
Lorsque le système quitte la position de passage du point mort, ce couple exercé sur l'arbre de manoeuvre, tend à le faire tourner soit dans le sens anti-horaire pour atteindre la position fermée, soit dans le sens horaire pour atteindre la position ouverte.
Pour réaliser la fermeture des contacts depuis la position ouverte illustrée sur la figure 1, il est donc nécessaire d'effectuer une action extérieure pour entraîner la rotation de l'arbre de manoeuvre dans le sens anti-horaire jusqu'à dépasser la ligne de passage de point mort, position illustrée sur la figure 2. Une fois cet alignement dépassé, le ressort 4 devient moteur et entraîne l'arbre 1 en rotation toujours dans ce même sens jusqu'à la fermeture des contacts (figure 3). Ceci est réalisé grâce à la décompression du ressort, lequel agit par l'intermédiaire de ses deux extrémités opposées 4a,4b en exerçant deux forces respectivement F1 agissant sur le contact mobile 6 et sur l'arbre de manoeuvre, et F2 agissant sur l'arbre de manoeuvre 1 et retransmise au contact mobile par la bielle 3.
Inversement, pour réaliser l'ouverture des contacts à partir de la position fermée illustrée sur la figure 3, il est nécessaire d'effectuer une action extérieure pour effectuer la rotation de l'arbre de manoeuvre 1 jusqu'à dépasser la position de passage de point mort illustrée sur la figure 2. Dans cette position, le ressort est dans un état de compression maximal.
Une fois cette position dépassée, le ressort devient moteur et par sa décompression, entraîne l'arbre en rotation jusqu'à ce que la butée d'ouverture 8 vienne en contact avec la bielle tel qu'illustré sur la figure 1.
L'analyse de la position d'équilibre fermée de la figure 3 montre que le dispositif permet d'une part d'appliquer directement l'effort F1 de l'extrémité inférieure du ressort 4 sur le contact mobile 6 et d'autre part, de renvoyer l'effort F2 sur le contact mobile 6 par l'intermédiaire de l'arbre de manoeuvre 1 et de la bielle d'entraînement 3. La résultante R des efforts appliqués au contact mobile est donc environ le double de l'effort fourni par la première extrémité 4a du ressort 4.
De plus, la valeur de cette résultante d'effort R varie très peu quelque soit la position du contact fixe 5 durant les deux derniers tiers de la course tel qu'illustré sur la figure 5. En effet, la variation des bras de levier D1' et D2' permet de compenser la baisse de l'effort du ressort lors de son allongement. Plus les efforts F1 et F2 baissent, plus l'effort F3 augmente.
On a donc réalisé selon l'invention un dispositif de commande permettant d'amener le contact mobile contre le contact fixe avec une vitesse indépendante de l'opérateur. En fin de mouvement, ce dispositif assure, grâce au ressort de compression, une pression de contact importante afin de permettre le passage du courant. Le système est maintenu en position ouverte grâce à la mise en contact de la bielle d'entraînement sur une pièce formant butée de l'arbre de manoeuvre sous l'action du ressort de compression.
L'utilisation de l'effort des deux extrémités du ressort permet l'utilisation d'un ressort de plus faible effort (environ la moitié de l'effort de contact à obtenir).
L'évolution des bras de levier lors de la fermeture des contacts permettant de compenser la diminution de l'effort du ressort sur les deux derniers tiers de la course, il en découle un effort retransmis sur les contacts qui reste constant sur une grande course.
Cette absence de variation d'effort en fonction de la course garantit un même niveau d'effort quelque soit l'érosion, le matage, le fluage, la perte de course, etc...des contacts.
Cette absence de variation d'effort en fonction de la course permet de se passer d'un dispositif d'enfoncement de contact ou d'un dispositif de réglage de la position d'entrée en contact.
Ce dispositif permet la minimisation du nombre de pièces, la compacité de l'ensemble, la réduction des coûts de réalisation.
Ce principe est bien adapté pour l'entraînement des contacts lorsque des efforts en fin de course importants sont nécessaires (ex : contacts bout à bout), voir tous les contacts qui nécessitent une surcourse pour compenser une usure, un matage, etc...
Il est applicable à toutes les fonctions électriques sans pouvoir de coupure, notamment de type sectionneur.
Ce principe peut être utilisé pour appliquer simplement un effort de maintien (ex : bridage), de serrage de plusieurs pièces ensemble.
Il est également bien adapté pour toutes les fonctions sectionneur de mise à la terre avec pouvoir de coupure.
Pour d'autres applications, il peut être couplé à un arbre afin de transformer le mouvement linéaire de sortie en un mouvement de rotation. On peut également lui associer un système à came afin d'adapter les efforts transmis à des besoins particuliers.
Il peut aussi être utilisé, moyennant la désolidarisation de l'arbre de manoeuvre et de la bielle d'entraînement, pour toutes les fonctions interrupteurs, voir même disjoncteurs avec la mise en place d'accrochage pour le déclenchement.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant les revendications.

Claims

Dispositif de commande de la mise en contact ou hors contact de deux pièces dont l'une au moins est mobile par rapport à l'autre, comprenant un arbre de manoeuvre relié de manière articulé par rapport à un bâti, ledit arbre étant apte à être entraîné en rotation entre une première position correspondant à une position de contact des deux pièces et une seconde position correspondant à une position dite d'éloignement des deux pièces, un ressort de compression apte à être comprimé par ledit arbre et à agir lors de sa décompression sur la pièce mobile, de manière à amener ladite pièce mobile dans une position de contact avec la pièce fixe, et des moyens de séparation des deux pièces aptes à amener les deux pièces précitées dans la position d'éloignement précitée, ledit ressort coopérant par l'une dite première de ses extrémités, avec l'arbre de manoeuvre et par son extrémité opposée dite seconde, avec la pièce mobile,
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de renvoi (1,3) pour renvoyer l'effort exercé sur l'arbre de manoeuvre (1) par la première extrémité du ressort (4a) lors de sa décompression, sur la pièce mobile (6), de manière que ladite pièce mobile (6) reçoive deux efforts exercés respectivement par les deux extrémités (4a,4b) du ressort (4), la résultante des deux forces F1,F2 correspondant à ces deux efforts permettant d'assurer un serrage important entre les deux pièces précitées (5,6).
Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens de renvoi comportent une bielle d'entraînement (3) reliée de manière articulée par l'une (3a) de ses extrémités, dite première, à l'arbre de manoeuvre (1), et par son extrémité opposée (3b) dite seconde, à la pièce mobile (6).
Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de manoeuvre (1) comporte deux extrémités (1a,1b) disposées de part et d'autre de son axe d'articulation X au bâti, en ce que le ressort (4) est relié de manière articulé par son extrémité dite première (4a), sur l'une des extrémités (1b) dite seconde de l'arbre de manoeuvre, et par son extrémité dite seconde (4b), est relié de manière articulé à la pièce mobile (6).
Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distance séparant d'une part, l'axe d'articulation X de l'arbre de manoeuvre (1) au bâti (2), et d'autre part, l'axe d'articulation Y de la bielle (3) à l'arbre de manoeuvre (1), correspond sensiblement à la distance séparant d'une part l'axe d'articulation X de l'arbre (1) au bâti (2) et l'axe d'articulation de la première extrémité (4a) du ressort (4) audit arbre de manoeuvre (1).
Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'arbre de manoeuvre (1), la bielle (3) et le ressort (4) sont dimensionnés de telle manière que l'évolution des bras de levier D1' et D2' lors de la mise en contact des pièces fixe et mobile (5,6) permette de compenser la diminution de l'effort du ressort (4) lors de son allongement, afin qu'un effort constant soit appliqué sur la pièce mobile (6).
Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le dispositif précité peut prendre trois positions stables, à savoir une position d'équilibre fermée dans laquelle les pièces (5,6) sont en contact et le ressort (4) en position partiellement décomprimé, une position d'équilibre ouverte dans laquelle les pièces (5,6) sont séparées et le ressort (4) dans une position totalement comprimée et une position de passage de point mort dans laquelle les pièces (5,6) sont séparées et les trois axes d'articulation respectivement l'axe d'articulation Y de la bielle (3) sur l'arbre de manoeuvre (1), l'axe d'articulation Z du ressort (4) sur l'arbre de manoeuvre (1), et l'axe d'articulation U du ressort (4) sur la pièce mobile (6), sont alignés, dans laquelle position la direction des efforts transmis par le ressort (4) est telle qu'aucun couple n'est appliqué à l'arbre de manoeuvre (1), et position au-delà de laquelle le ressort (4) devient moteur et entraîne l'arbre de manoeuvre (1) et la pièce mobile (6).
Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'arbre de manoeuvre (1) comporte une butée (8) apte à coopérer avec la bielle (3) pour limiter la course en rotation de l'arbre de manoeuvre (1) au-delà de la position de passage du point mort, après une manoeuvre d'ouverture.
Appareil de protection électrique comportant un contact fixe (5) et un contact mobile (6), le contact mobile (6) étant commandé par un dispositif de commande D selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Appareil de protection électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contact mobile (6) est un contact de mise à la terre.
Appareil de protection électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que c'est un sectionneur de mise à la terre présentant un pouvoir de fermeture.