Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne une cartouche de coupe-circuit
électrique à fusible du type cylindrique ou à couteaux.
On connaît déjà diverses structures de cartouches fusibles
utilisées pour protéger les appareils électriques contre les
surintensités de courant et les court-circuits. L'une d'entre
elles, du type cylindrique, comporte un corps cylindrique iso-
lant se terminant par deux capsules ou capuchons conducteurs,
encore dénommés embouts, et dans lequel -est disposé, d'une
10 part, un fil fusible relié électriquement aux deux embouts et,
d'autre part, un remplissage de sable dont le rôle est de
dissiper l'énergie de l'arc électrique créé lors de l'appari-
tion d'une surintensité ou d'un court-circuit. En effet, en
présence de ce type de défaut électrique, le fil fusible se
scinde en deux parties entre lesquelles se crée un arc électri-
que qui fait fondre à la fois le sable et le fil fusible. Le
sable en fondant refroidit l'arc pour l'éteindre complètement,
coupant de la sorte le circuit électrique.
20 Une autre structure connue de cartouche fusible, celle-ci du
type à couteaux, et opérant d'une façon identique à celle
décrite ci-dessus, comporte, d'une part, un corps isolant de
forme sensiblement parallélépipédique dans lequel sont dispo-
sés comme précédemment l'élément fusible (lame ou barrette) et
le sable et, d'autre part, deux embouts ou couteaux conducteurs
prévus perpendiculairement sur deux faces extrêmes opposées du
corps et reliés électriquement à l'élément fusible.
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Toutefois, ces structures de cartouches fusibles, aussi bien
cylindriques qu'à couteaux, présentent des inconvénients. En
effet, un bon fonctionnement de la cartouche fusible impose
entre autres que le sable soit pur et que sa granulométrie soit
très précise car elle varie en fonction de chaque type de
cartouche. Ces conditions nécessitent donc de nombreux contrô-
les et mesures qui sont longs et complexes à effectuer. D'autre
part, le fait d'avoir du sable ne garantit pas à la cartouche
fusible un isolement total entre les deux parties de l'élément
10 fusible une fois scindé.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé-
nients en proposant une cartouche fusible, du type cylindrique
ou à couteaux, qui est simple à réaliser, se dispense désormais
de tout remplissage de sable, présente d'excellentes performan-
ces avec un pouvoir de coupure élevé et surtout un isolement
total, et permet d'avoir un élément fusible présentant une
section réduite uniquement dans la chambre de formation de
l'arc.
A cet effet, l'invention propose une cartouche fusible, du type
cylindrique ou à couteaux, qui est caractérisée en ce qu'elle
comporte :
- deux pistons isolants logés dans le corps de cartouche,
parallèlement à l'axe de celui-ci et mobiles en translation en
sens inverse l'un de l'autre entre une position de repos prise
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avant apparition d'un arc électrique et une position où l'arc
est cisaillé, les deux pistons étant percés latéralement,
respectivement de deux orifices venant en regard l'un de
l'autre et étant traversés par une portion de section réduite
de l'élément fusible lorsque ces pistons sont en position de
repos, chaque orifice communiquant avec un espace de volume
d'expansion délimité à l'intérieur du piston associé et destiné
à recueillir les gaz produits lors de la fusion de l'élément
fusible, de sorte qu'au moment de l'apparition de l'arc élec-
10 trique dans les orifices, la pression des gaz dégagés par l'arcexerce sur chacun des pistons une force qui provoque leur
déplacement en sens inverse vers la position où l'arc est
cisaillé ;
- des moyens formant butée logés dans le corps et associés à
chaque piston pour recevoir celui-ci en fin de course ;
- des moyens pour évacuer les gaz après propulsion de chaque
piston.
On comprend qu'ainsi le cisaillement de l'arc électrique sera
effectué par le déplacement de chacun des pistons propulsés en
sens inverses par l'énergie même de l'arc ; de plus, avec cette
disposi~ion des deux pistons parallèles à l'axe de la cartouche
l'isolement entre les deux parties de l'élément fusible scindé
est total en fin de course de chaque piston.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai-
tront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère
aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et
dans lesquels :
Les figures 1 et 2 représentent des vues en coupe longi-
tudinale d'un premier mode de réalisation d'une cartou-
che fusible du type cylindrique selon l'invention,
respectivement avec les pistons en position de repos et
en fin de course ;
Les figures 3 et 4 représentent des vues en coupe longi-
tudinale d'une variante de cartouche fusible du type
cylindri~ue selon l'invention, respectivement avec les
pistons en position de repos et en fin de course ;
La figure S représente une vue en perspective partielle
avec arrachements de la cartouche des figures 3 et 4,
montrant le cheminement des gaz pour leur évacuation
après propulsion d'un seul piston illustré ;
Les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe longi-
tudinale d'un mode de réalisation d'une cartouche fusi-
ble du type à couteaux selon l'invention, respectivement
avec les pistons en position de repos et en fin de
course ; et
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La figure 8 représente une vue en perspective partielle
avec arrachements de la cartouche des figures 6 et 7,
montrant le cheminement des gaz pour leur évacuation
après propulsion d'un piston.
Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent
aux mêmes éléments qui remplissent les mêmes fonctions en vue
des mêmes résultats.
10 La figure 1 représente en coupe une cartouche fusible du type
cylindrique 1 selon un premier mode de réalisation de l'inven-
tion. Cette cartouche fusible, de calibre par exemple 12A/220
ou 380 V, comporte un corps cylindrique 2 en matière isolante,
d'axe XX', terminé à ses deux extrémités par deux embouts iden-
tiques en forme de douilles ou capsules 3 et 4, réalisés en
matériau conducteur tel que, par exemple, en cuivre argenté, et
fixés sur le corps par exemple par sertissage dans deux gorges
annulaires 5 et 6 creusées aux extrémités de celui-ci.
20 Le corps 2 comporte intérieurement deux logements identiques
cylindriques, repérés en 7 et 8, parallèles à l'axe XX', prati-
qués de part et d'autre de cet axe et sur toute la longueur du
corps, et communiquant l'un avec l'autre au niveau de l'axe
XX' .
Dans le logement 7 du corps est disposé un premier piston
mobile en matière isolante 9 de longueur inférieure à celle du
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logement pour lui permettre de s'y déplacer en translation
parallèlement à l'axe XX', et se présentant sous forme d'un
manchon cylindrique pourvu d'un fond 10. En position de repos,
c'est-à-dire avant apparition d'un arc, telle qu'illustrée sur
la figure 1, le piston 9 est introduit par son fond 10 dans son
logement pour venir à niveau avec la face terminale du corps du
côté de l'embout 3. Le piston cylindrique 9 est, d'autre part,
percé latéralement et à proximité de son fond 10 d'un orifice
12 que l'on vient placer du côté de l'axe XX' lors de l'intro-
10 duction du piston dans son logement.
A l'intérieur du piston 9 est insérée longitudinalement avec un
léger jeu, une première pièce fixe en matière isolante consti-
tuée par un autre manchon cylindrique 13 coaxial au manchon 9
et présentant également un fond 14 qui lui est percé d'une
ouverture centrale. Ce manchon 13 est introduit par son fond 14
dans le manchon associé 9 et présente une longueur inférieure à
celle du manchon 9 de façon à délimiter entre leurs fonds
respectifs 10 et 14 un espace interne 16 de volume variable dit
20 d'expansion des gaz qui communique avec l'orifice 12 du manchon
9.
De façon analogue, comme il apparaît sur la figure 1, un second
piston mobile 18 identique au premier, c'est-à-dire constitué
par un manchon isolant cylindrique pourvu d'un fond 19 et percé
latéralement d'un orifice 20, est disposé dans le logement 8 du
corps de manière à s'y déplacer en translation mais en sens
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inverse du premier piston 9. Ainsi, en position de repos illus~
trée sur la figure 1, le piston 18 est disposé du côté de
l'embout 4 en venant se placer longitudinalement et avec un
faible jeu par rapport au piston 9 de telle sorte que leurs
orifices respectifs 12 et 20 soient mis en regard l'un de
l'autre.
Une seconde pièce fixe 22 identique à la première, c'est-à-dire
constituée par un manchon isolant cylindrique pourvu d'un fond
10 23 percé d'une ouverture centrale, est insérée longitudinale-
ment dans le piston associé 18 de façon à délimiter entre leurs
fonds respectifs 19 et 23 un espace interne 25 de volume varia-
ble communiquant avec l'orifice 20.
Ainsi, en position de repos (figure 1), les deux pistons 9 et
18 sont agencés dans le corps d'une façon opposée de part et
d'autre de son axe XX' et sont disposés l'un par rapport à
l'autre le long de cet axe de façon à mettre en communication
directe leurs orifices respectifs.
Un élément fusible constitué par un fil 27 en matériau conduc-
teur tel que, par exemple, en cuivre argenté, est relié élec-
triquement à ses deux extrémités, par exemple par soudage, aux
deux embouts 3 et 4 de la cartouche. Ainsi, comme on le voit
bien sur la figure 1, le fil fusible traverse longitudinalement
chacun des deux manchons 13 et 22 servant donc de support audit
fil, et passe à travers les deux orifices en regard 12 et 20 des
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lZ5828Z
pistons ainsi qu'à travers les deux espaces de volume variable
16 et 25. De plus, au niveau de son passage à travers ces orifi-
ces 4t ces espaces, le fil fusible 27 présente de préférence
une section réduite.
Ainsi, lors de l'apparition d'une surintensité de courant ou
d'un court-circuit, le fil fusible 27 fond au niveau de sa
portion à section réduite et se scinde en deux parties, et il
se forme entre elles, c'est-à-dire dans la chambre délimitée
10 par les deux orifices et les deux espaces internes, un arc
électrique dont l'énergie est recueillie dans chacun des deux
espaces internes 16 et 25. Dès lors, la pression des gaz
dégagés par l'arc et reçus par les deux pistons 9 et 18 exerce,
sur chacun de ceux-ci, une force qui provoque trè~ rapidement
leur déplacement axial en sens inverses l'un de l'autre, selon
les flèches A et B sur la figure 1, produisant ainsi un cisail-
lement de l'arc.
On notera que le fait d'avoir deux pistons identiques se dépla-
20 çant en sens inverses de part et d'autre de l'axe de la cartou-
che permet de procurer un certain équilibrage dynamique.
La figure 2 représente la position en fin de course de chacun
des deux pistons une fois propulsés par les gaz produits lors
de la fusion du fil fusible 27. Après coulissement le long de
leurs manchons fixes associés 13 et 22, les deux pistons
viennent en butée respectivement sur deux tubes cylindriques 31
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et 32 disposés dans les deux logements du corps et axialement
alignés avec les deux pistons pour les recevoir en fin de
course. A~in de chasser le volume d'air déplacé par le mouve-
ment de chacun des deux pistons, les deux tubes 31 et 32 commu-
niquent directement avec l'extérieu~ par des ouvertures,
respectivement 34 et 35, pratiquées dans les deux embouts 3 et
4.
On notera qu'en fin de course de chaque piston (figure 2), la
10 distance séparant les deux parties du fil fusible scindé,
repérées en 27a et 27b sur la figure 2, est suffisamment grande
pour éviter tout réamorçage d'un arc entre ces parties de fil
fusible, leur conférant ainsi un isolement total.
Comme la vitesse de déplacement de chacun des pistons est
relativement élevée, ce qui est nécessaire pour obtenir une
bonne qualité de la coupure, des moyens sont prévus pour amor-
tir l~ur mouvement en fin de course sans rebondissement. Ces
moyens sont constitués par exemple par deux coussins en élasto-
20 mère 38 et 39 fixés, par exemple par collage, sur la surfaceexterne des fonds respectifs des deux pistons.
De plus, après propulsion de chaque piston par les gaz dégagés
par l'arc électrique, il s'avère nécessaire d'évacuer ensuite
ces gaz afin d'éviter toute détérioration de la cartouche fusi-
ble. A cet effet, comme illustré sur les figures 1 et 2, les
moyens d'évacuation des gaz comportent, pour chaque piston, une
_ g _
~Zs8Z8z
première lumière 41, par exemple oblongue, ménagée latéralement
sur le piston à l'opposé de son orifice, et une seconde lumière
42 par exemple identique à la première et ménagée latéralement
da~s le corps, de telle sorte qu'après propulsion de chaque
piston, ces lumières 41 et 42 viennent en regard l'une de
l'autre et permettent donc aux gaz de s'y échapper. On a repré-
senté par les diverses flèches sur la figure 2 l'échappement à
l'atmosphère des gaz par passage à travers ces lumières.
10 La figure 3 représente en coupe une variante préférée de la
cartouche fusible du type cylindrique 1 selon l'invention avant
apparition de l'arc électrique, tandis que la figure 4 repré-
sente en coupe cette même cartouche après apparition de l'arc
dont le cisaillement est réalisé d'une manière tout à fait
identique à celle déjà décrite en référence aux figures 1 et 2.
Ainsi, sur la figure 3, cette cartouche 1, de calibre par exem-
ple 12A/220 ou 380 V, est constituée du corps cylindrique 2
d'axe XX' creusé longitudinalement des deux logements identi-
20 ques 7 et 8 recevant chacun l'un des deux pistons mobiles ensens inverses 9 et 18. Comme précédemment, les pistons 9 et 18
sont identiques et se présentent chacun sous forme d'un manchon
cylindrique pourvu d'un fond, respectivement 10 et 19, et percé
latéralement d'un orifice, respectivement 12 et 20, venant se
placer en regard avec son homologue lorsque les deux pistons
sont en position de repos (figure 3).
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iZ58~8Z
A l'intérieur de chaque piston est introduit longitudinalement
un ensemble de deux pièces fixes cylindriques de support axia-
lement alignées, réalisées en matériau conducteur tel que, par
ex~emple, en cuivre argenté, et entre lesquelles est enserrée,
transversalement à leur axe, une partie de l'élément fusible
constitué par exemple par une lame conductrice 45, de façon à
ce qu'en fin de montage, la lame fusible soit disposée perpen-
diculairement à l'axe XX' en passant par les orifices respec-
tifs 12 et 20 des deux pistons et en étant supportée à ses deux
lO extrémités par les deux ensembles de pièces fixes associés
respectivement aux deux pistons. Chaque ensemble constitué par
les deux pièces de support enserrant entre elles une partie de
la lame fusible est rendu unitaire par exemple en soudant ces
pièces les unes aux autres.
Comme il apparaît sur la figure 3, les deux pièces fixes asso-
ciées au piston 9 sont constituées respectivement d'une premiè-
re tige cylindrique 47 s'insérant avec un léger jeu dans le
piston sensiblement jusqu'au niveau de son orifice 12 et étant
20 fixée à l'une de ses extrémités, par exemple par soudage, à
l'embout conducteur 3, et d'une seconde tige cylindrique 48
s'insérant dans une ouverture centrale percée dans le fond lO
du piston et se terminant par un col venant enserrer, avec
l'autre extrémité de la première tige, la lame fusible 45.
Cette seconde tige cylindrique 48 présente un diamètre infé-
rieur au diamètre interne du piston de façon à y délimiter
iZ58282
l'espace 16 de volume variable dit d'expansion des gaz qui
communique avec l'orifice 12 du piston associé 9.
De la même façon, on a représenté en 50 et 51 sur la figure 3,
les deux tiges cylindriques de support associées à l'autre
piston 18, avec la tige 50 fixée, par exemple par soudage, à
l'autre embout conducteur 4, et avec la tige 51 délimitant
l'espace interne 25 de volume variable communiquant avec l'ori-
fice 20.
Cette cartouche 1, illustrée sur les figures 3 et 4, comporte
également deux pièces cylindriques intermédiaires 54 et 55
montées respectivement entre les deux extrémités du corps 2 et
les deux embouts 3 et 4. Ces deux pièces, dont une seule est
visible sur la figure 5, sont chacune creusées de deux ouvertu-
res reliées entre elles par un conduit interne transversal à
liaxe du piston associé, et sont chacune pourvues d'une surface
d'appui formant épaulement, respectivement 56 et 57, réalisée
au niveau de l'entrée de leur conduit et venant se positionner
20 dans le logement associé du corps prévu pour recevoir le
piston.
Ainsi, comme précédemment, lors de l'apparition d'une surinten-
sité ou d'un court-circuit, la lame fusible se scinde en deux
parties (45a, 45b sur la figure 4) au niveau de son logement
dans les deux orifices en regard, et l'énergie de l'arc élec-
trique apparaissant entre ces deux parties de lame propulse les
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deux pistons en sens inverses selon les flèches A et B sur la
figure 3.
En fin de course illustrée sur la figure 4, les deux pistons 9
et 18 viennent en butée re~pectivement sur les deux épaulements
56 et 57 des deux pièces intermédiaires, et leur mouvement est
amorti au moyen de deux bagues annulaires en élastomère 59 et
fixées respectivement, par exemple par collage, sur la
surface externe de leurs fonds respectifs.
Cette variante de cartouche fusible cylindrique se distingue
essentiellement de la précédente par le fait que les gaz pro-
pulsant les pistons sont détendus non plus vers l'extérieur de
la cartouche mais désormais à l'intérieur de la cartouche elle-
même.
A cet effet, la figure 5 illustre le trajet suivi par les gaz se
détendant dans la cartouche après propulsion d~un seul piston
représenté sur cette figure, tel que, par exemple, le piston 9.
20 Il va de soi que le trajet suivi par les gaz propulsant l'autre
piston est le symétrique par rapport à l'axe de la cartouche de
celui illustré sur la figure 5.
Ainsi, lorsque le piston 9 est en fin de course (figure 4), les
gaz dégagés par l'arc électrique s'échappent du piston par une
ouverture centrale pratiquée dans son fond, puis traversent la
bague annulaire 59 associée et pénètrent dans le conduit inter-
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~;~58Z8Z
ne de la pièce intermédiaire 55. En sortie de ce conduit, les
gaz s'évacuent dans un autre conduit communiquant, repéré en 62
sur la figure 5, creusé longitudinalement dans le corps 2 et en
extrémité duquel les gaz sont désormais suffisamment détendus.
On a illustré par les diverses flèches sur la figure 5 le
trajet suivi par ces gaz pour se détendre.
La figure 6 représente en coupe une cartouche fusible du type à
couteaux 70 selon l'invention avant apparition de l'arc élec-
10 trique, et la figure 7 représente en coupe cette même cartoucheaprès apparition de l'arc dont le cisaillement est réalisé sur
le même principe que précédemment décrit, à savoir par le
déplacement en sens inverses de deux pistons propulsés chacun
par l'énergie de l'arc.
Ainsi, sur la figure 6, cette cartouche à couteaux 70, de cali-
bre par exemple 1000A/1000 V, comporte un corps parallélépipé-
dique 72 en matière isolante, d'axe XX', creusé des deux loge-
ments identiques 7 et 8 recevant respectivement les deux
20 pistons mobiles en sens inverses g et 18. Ces pistons se
présentent sous forme de manchons cylindriques, d'axes respec-
tifs YY' et ZZ', avec des fonds respectifs 10 et 19 percés
chacun d'une ouverture centrale. Les pistons sont également
percés latéralement des orifices 12 et 20 communiguant l'un
avec l'autre au niveau de l'axe XX' et dans lesquels passe
perpendiculairement à cet axe l'élément fusible constitué par
exemple par la lame conductrice 45.
:125828Z
D'une manière analogue à la cartouche décrite en référence aux
figures 3 et 4, cette cartouche à couteaux comporte également
deux ensembles de deux pièces fixes chacun, entre lesquelles
est enserrée une partie de la lame fusible 45. On a représenté,
en 47 et 50, les deux barreaux cylindriques en matériau conduc-
teur fixés à l'une de leurs extrémités respectivement à deux
plaques conductrices 74 et 75 et, en 48 et 51, les deux autres
barreaux conducteurs formant bouchons délimitant respective-
ment les deux espaces internes 16 et 25 de volume variable
10 communiquant avec les orifices des deux pistons. Comme précé-
demment, les deux barreaux d~un même ensemble sont rendus soli-
daires avec une partie de la lame fusible par exemple par
soudage.
Comme il apparaît sur les figures 6 et 7, les deux embouts ou
couteaux 78 et 79 en matériau conducteur sont montés perpendi-
culairement aux deux plaques 74 et 75 au niveau de l'axe XX' et
sont fixés à celles-ci par exemple par soudage. On notera qu'on
peut réaliser en une seule pièce chaque plaque avec son
20 couteau.
La cartouche à couteaux 70 comporte également deux plaques
formant embases isolantes 81 et 82 disposées respectivement
entre le corps 72 et les plaques 74 et 75, et sur chacune
desquelles sont montées fixement des pièces formant talons
isolants, par exemple au nombre de deux, repérés en 85 et 86
sur la figure 8. Dans un 80UCi de clarté, on a représenté
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~ZS828~
uniquement les deux talons de l'embase 82, ceux de l'embase 81
étant disposés symétriquement par rapport à un axe perpendicu-
laire à 1' x X~'
a e
Sur la figure 8, les deux talons 85 et 86 sont chacun percés de
deux ouvertures reliées entre elles par un conduit interne en
positionnant l'entrée du conduit dans le talon 85 en regard du
logement prévu pour le piston 9. De plus, cette entrée du
conduit présente une partie formant épaulement 88 tfigure 8)
10 destinée à recevoir le piston 9. On a repéré en 89 sur la figure
6 l'épaulement destiné à recevoir l'autre piston 18.
Comme précédemment, lors de l'apparition d'une surintensité ou
d'un court-circuit, la lame fusible se scinde en deux parties
(45a, 45b sur la figure 7) et l'énergie de l'arc électrique
apparaissant entre ces deux parties de lame propulse les deux
pistons en sens inverses selon les flèches A et B sur la figure
6. En fin de course représentée sur la figure 7, les deux
pistons viennent en butée sur les deux épaulements 88 et 89 des
20 deux talons homologues, et leur mouvement est amorti au moyen
de plusieurs bagues annulairPs identiques en élastomère 91 et
92 fixées par exemple par collage sur lesdits épaulements.
La figure 8 illustre principalement le trajet suivi par les gaz
se détendant à l'intérieur de la cartouche après propulsion de
l'un des pistons. Il est bien entendu que le trajet des gaz
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lZ58282
propulsant l'autre piston est symétrique de celui représenté
sur cette figure 8.
Ainsi, lorsque le piston par exemple 9 est en fin de course
~figure 7), les gaz dégagés par l'arc électrique s'échappent du
piston par son ouverture centrale puis ~raversent les bagues
amortisseurs 91, et se détendent dans un ensemble de conduits
reliés les uns aux autres et constitués par ceux creusés dans
les talons 85 et 86 et par quatre autres conduits, repérés en
10 94, 95, 96 et 97 sur la figure 8, creusés dans le corps 72. Ce
trajet de détente des gaz est illustré par les diverses flèches
sur la figure 8.
On notera qu'il est également possible de monter en extrémité
de chaque piston un ressort (non représenté) d'élasticité
appropriée qui participe, d'une part, à la détente du piston
notamment dans le cas de faibles intensités de surcharge et,
d'autre part, à l'amortissement du mouvement de celui-ci en fin
de course sans rebondissement, sans sortir du cadre de l'inven-
20 tion.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes deréalisation décrits et représentés et comprend tous les équiva-
lents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinai-
sons si celles-ci sont effectuées selon l'esprit de l'invention
et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.
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