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CA 02238965 1998-OS-25
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MECANISME D'ENTRAINEMENT A RESSORT POUR UN APPAREIL DE
COMMUTATION, EN PARTICULIER UN DISJONCTEUR.
La présente invention concerne un mécanisme d'entraïnement à ressort pour
un appareil de commutation de puissance, en particulier pour un
commutateur de puissance pour moyenne et haute tension et notamment un
disjoncteur, ce mécanisme comportant:
- un ressort d'enclenchement, qui est couplé excentriquement à un arbre
d'enclenchement librement rotatif autour de son axe, ledit ressort étant
agencé pour entraîner d'une part l'arbre d'enclenchement dans un sens
prédéterminé de rotation pour assurer la mise en circuit de l'appareil de
commutation et d'autre part une grande roue dentée montée sur l'arbre
d'enclenchement et un pignon denté qui engrène ladite grande roue dentée et
qui est couplé à un organe d'entraînement pour entraïner ladite grande roue
dentée 'par l'intermédiaire dudit pignon denté et ledit arbre d'enclenchement
dans ledit sens prédéterminé pour mettre sous contrainte le ressort
d'enclenchement en vue de la mise en circuit de l'appareil de commutation,
ledit arbre d'enclenchement étant agencé pour passer d'une position initiale
dans laquelle le ressort d'enclenchement est au moins partiellement détendu,
au-delà d'une position de point mort dans laquelle le ressort d'enclenchement
est sous contrainte,
- un mécanisme à cliquet qui est agencé pour être en appui contre ladite
grande roue dentée dans une position d'appui qui se situe au-delà de la
position de point mort dans ledit sens prédéterminé et pour libérer ledit
arbre
d'enclenchement pour la mise en circuit dudit appareil de commutation,
- un dégagement ménagé à la périphérie de ladite grande roue dentée et
générée par une discontinuité dans la denture de cette grande roue dentée,
ce dégagement étant ménagé dans une zone de la denture qui se situe près
dudit pignon denté lorsque l'arbre d'enclenchement est en appui contre le
mécanisme à cliquet,
- des moyens pour empëcher le blocage mutuel de la grande roue dentée et
du pignon denté après la libération de l'arbre d'enclenchement par le
mécanisme à cliquet. ces moyens comprenant:
- une forme des dents dudit pignon denté dont les flancs se joignent,
radialement vers l'extérieur, sur une arëte commune et présentent, sur le
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flanc d'attaque, une forme en développante et sur le flanc opposé, un plan
partant de l'arëte et qui est incliné par rapport à une droite radiale passant
par le milieu de la dent, et,
- une forme de la dent de la grande roue dentée qui se présente après le
dégagement, dans ledit sens prédéterminé, dont les flancs se joignent
radialement vers l'extérieur sur une arête commune et qui comporte un plan
incliné dans sa zone supérieure adjacente à l'arëte.
La demande de brevet européen No 0 651 409 A1 décrit un mécanisme de ce
type. Dans cette réalisation toutes les dents du pignon denté ainsi que la
première dent qui suit, dans le sens prédéterminé, le dégagement engendré
par la discontinuité de la denture de la grande roue dentée, sont configurées
de telle sorte que leurs flancs convergent vers une seule et même arête.
Cette mesure a pour but d'empêcher un blocage des roues dentées.
Toutefois, il s'est avéré que la friction d'une arête du pignon denté sur le
flanc
d'attaque de la première dent qui suit le dégagement de la grande roue
dentée, engendre des pertes de puissance plus ou moins importantes dues
aux frottements. Ces pertes qui dépendent de la position du pignon denté, ont
pour conséquence des variations du temps requis pour enclencher l'appareil
de commutation ainsi qu'une usure non négligeable de la première dent qui
suit le dégagement de la grande roue dentée. Si le mécanisme est utilisé
pour la commande d'un commutateur destiné à être enclenché pour réduire
les surtensions du réseau, de façon synchrone avec la tension de ce réseau,
de telles variations apparaissant de façon aléatoire ne sont pas tolérables.
Le brevet européen No 0 294 561 A2 décrit un mëcanisme d'entraïnement
d'un type similaire, accouplé à un sectionneur et dont la première dent de la
grande roue dentée, qui se situe immédiatement après le dégagement est
rétractable radialement contre la sollicitation d'un ressort de compression.
Si
cette dent bute contre le sommet d'une dent du pignon denté, au début du
processus d'enclenchement, elle se rétracte radialement en comprimant le
ressort qui lui est associé. De ce fait, cette dent peut glisser, sans générer
de
blocage sur l'arête de la dent correspondante du pignon denté. Lorsqu'elle a
dépassé cette arëte, elle s'engage dans le creux qui suit la dent du pignon
denté. Toutefois, il existe un risque important que la dent rétractable
continue
à entraïner la grande roue dentée par frottement, malgré son escamotage
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progressif à l'intérieur du logement qui contient le ressort. Dans ce cas, la
deuxième dent qui suit le dégagement ménagé sur la grande roue dentée, et
qui n'est pas rétractable, peut buter contre l'arête d'une dent du pignon
denté
et bloquer tout l'engrenage. Cette probabilité est élevée, car le pignon denté
est découplé de son entraînement par un accouplement à roue libre et peut
donc tourner très facilement.
La présente invention se propose de remédier à l'ensemble de ces
inconvénients et de supprimer les risques de dysfonctionnements de ces
mécanismes connus en offrant une solution efficace, simple à réaliser et peu
coûteuse et qui peut en outre ëtre adaptée par une transformation
appropriée, aux mécanismes de ce type qui sont déjà en service.
Ce but est atteint par le mécanisme tel que défini en préambule et caractérisé
1~ en ce que ledit dégagement ménagé à la périphérie de ladite grande roue
dentée .est suivi, dans ledit sens prédéterminé, d'une dent rétractable
axialement contre la contrainte d'un ressort de compression, et en ce que
ladite dent rétractable est suivie, dans ledit sens prédéterminé, par un
dégagement complémentaire ménagé à la périphérie de cette grande roue
dentée, généré par une discontinuité complémentaire de la denture, ce
dégagement complémentaire s'étendant sur au moins deux pas d'engrenage.
Selon un mode de réalisation préféré, la dent de la denture de ladite grande
roue dentée qui suit le dégagement complémentaire a une forme similaire à
celle de la dent rétractable.
Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, ledit
dégagement complémentaire s'étend sur trois pas d'engrenage.
De préférence, ladite dent rétractable est proéminente, à l'état non rétracté,
par rapport aux autres dents de la denture de la grande roue dentée.
Enfin, selon une forme de réalisation avantageuse, qui offre une garantie
supplémentaire contre les risques de blocage de la grande roue dentée et du
3~ pignon, au moins une dent supplémentaire, au-delà de ladite première dent
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qui suit le dégagement complémentaire de ladite grande roue dentée a une
forme similaire à celle de la dent rétractable.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description
d'une forme de réalisation préférée et des dessins correspondants donnés à
titre d'exemple non limitatifs, dans lesquels
La figure 1 représente une vue d'ensemble schématique illustrant une forme
de réalisation préférée du mécanisme selon l'invention,
La figure 2 représente une vue de détail montrant plus spécifiquement la dent
rétractable de la grande roue dentée, et
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D illustrent la cinématique de la grande roue
dentée et du pignon denté dans la zone où la dent rétractable engrène les
dents du pignon.
En référence à la figure 1, le mécanisme 10 d'entraïnement à ressort tel que
représenté, destiné à être couplé à un appareil de commutation comporte un
arbre d'enclenchement 11, librement rotatif autour de son axe 12 et portant
d'une part une grande roue dentée 13 et d'autre part une came 14 dont la
fonction sera expliquée par la suite. Un ressort d'enclenchement 15, constitué
par un ressort de traction, est couplé à la grande roue dentée 13 en un point
d'attache 16, par l'intermédiaire d'une chaîne 17 ou de tout autre moyen
approprié, qui passe sur une poulie de renvoi d'angle 18 dans l'exemple
représenté. La grande roue dentée 13 engrène un pignon denté 19 qui est
couplé via un train d'engrenages 20 à un pignon d'entraînement 21 solidaire
d'un arbre de sortie 22 d'un moteur d'entraînement 23.
Cet ensemble de composants du mécanisme connu en soi et décrit en détail
dans la demande de brevet européen Nr. 0 652 409 cité en préambule, est
destiné, pour ce qui est du ressort d'enclenchement 15, d'entraîner l'arbre
d'enclenchement 11 dans un sens prédéterminé de rotation A (voir flèche A
sur la figure 1 ) en vue d'assurer la mise en circuit de l'appareil de
commutation (non représenté) et pour ce qui est du moteur d'entraînement
23, de mettre sous contrainte le ressort d'enclenchement 15 afin qu'il soit
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armé et prët à libérer son énergie accumulée pour assurer à tout moment la
mise en circuit de l'appareil de commutation. A cet effet, lors d'un
enclenchement de l'appareil, le ressort d'enclenchement 15 exerce une
traction sur la chaïne 17 et provoque la rotation de la grande roué dentée 13,
dans le sens prédéterminé indiqué par la flèche A, le point d'attache 16
passant d'une position d'attente située légèrement en aval (dans le sens
prédéterminé A de rotation de la grande roue dentée) du point mort 16a, à
une position finale correspondant à un point de relaxation 16b qui est
diamétralement opposé au point mort 16a. Par la suite, le moteur
d'entraïnement 23 prend le relais pour entraîner l'arbre d'enclenchement 11
en rotation dans le sens prédéterminé A. Ce déplacement se poursuit
jusqu'au moment où le point d'attache du ressort d'enclenchement dépasse à
nouveau légèrement le point mort 16a et où ce ressort est armé. L'arrêt de la
grande roue dentée, dans cette position est obtenu par un mécanisme à
cliquet 24 qui comporte un cliquet 25 actionné par un électroaimant 26 et une
butée 27 montée sur une des faces de la grande roue dentée 13, qui coopère
avec le~cliquet 25 pour arrêter cette roue dans la position d'attente
souhaitée.
Par ailleurs, le mécanisme 10 comporte un arbre principal 30 qui porte
notamment un levier d'actionnement 31 d'une manette (non représentée) de
l'appareil de commutation, un levier de couplage 32 de cet arbre à un ressort
de déclenchement 33, un levier porte-galet 34 qui porte un galet suiveur de
came 34a qui coopère avec la came 14, un levier de blocage 35 qui coopère
avec un cliquet 36 actionné par un électroaimant 37 et un levier de freinage
qui est couplé à un frein 38 constitué par exemple par un vérin à huile ou
similaire. Le ressort de déclenchement 33 est de préférence identique ou
similaire au ressert d'enclenchement 15 et est relié au moyen d'une chaîne 39
guidée par une poulie de renvoi d'angle 40 au levier de couplage 32. Le galet
suiveur de came 34a est en appui contre la came 14 montée sur l'arbre
d'enclenchement 11. Cette came commande le mouvement du levier 34 entre
deux positions 41 a et 41 b qui correspondent respectivement aux positions I
et
O du levier d'actionnement 31. Le cliquet 36 assure le verrouillage du levier
de blocage 35 dans une position qui correspond à la position I du levier
d'actionnement 31.
3~
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La figure 2 représente, à échelle agrandie une partie de la grande roue
dentée 13 et le pignon denté 19. On notera que les dents du pignon 19
présentent une géométrie particulière qui correspond à une taille en pointe.
Les flancs de ces dents se joignent radialement vers l'extérieur sur une arëte
commune et présentent, sur le flanc d'attaque, une forme en développante et
sur le flanc opposé, un plan partant de l'arëte et qui est incliné par rapport
à
une droite radiale passant par le milieu de la dent correspondante.
La grande roue dentée 13 comporte, dans le sens prédéterminé A de rotation
une discontinuité de la denture 51, cette discontinuité engendrant un
dégagement 52 qui constitue une zone sans dents. Une dent rétractable 53
est disposée dans ce dégagement. Elle est solidaire d'une douille 54
partiellement évidée qui est logée dans un évidement 55 sensiblement
cylindrique, ménagé dans l'épaisseur de la grande roue dentée. Un ressort de
l~ compression 56 est monté dans l'espace fermé délimité entre la cavité de la
douille évidée 54 et l'évidement 55 de la roue, ce ressort ayant tendance à
repousser la dent 53 radialement vers l'extérieur de la roue. Pour empëcher
la sortie de cette dent et pour limiter sa course vers l'extérieur, une plaque
d'arrêt 57 est fixée au fond du dëgagement 52 de manière à obturer
partiellement l'évidement 55. Cette plaque d'arrêt est fixée au moyen d'au
moins une et de préférence deux vis de blocage 58. Grâce à cet assemblage,
la dent 53 peut s'escamoter en partie à l'intérieur de l',évidement 55, à
l'encontre de la contrainte qu'exerce le ressort de compression 56.
2~ A la suite de cette dent rétractable 53, la grande roue 13 présente un
dégagement complémentaire 60 qui est engendré par une discontinuité
complémentaire de la denture 51 de cette roue. Ce dégagement s'étend sur
au moins deux pas d'engrenage. Selon une forme de réalisation préférée, ce
dégagement s'étend sur trois pas d'engrenage.
3O
La dent 61 de la denture de la grande roue dentée, qui suit ledit dégagement
complémentaire 60 présente une forme similaire à celle de la dent rétractable
53. Pour ces deux dents, au moins, les flancs se joignent radialement vers
l'extérieur sur une arête commune. Le flanc opposé au flanc d'attaque
3~ présente un plan incliné dans sa partie supérieure adjacente à l'arête de
la
dent. En outre, la dent rétractable 53 est proéminente par rapport aux autres
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dents 51 de la denture de la grande roue dentée, ce qui a pour avantage de
réduire la probabilité que sa pointe rentre en contact avec la pointe d'une
dent du pignon 19.
Les figures 3A à 3D illustrent ce qui se passe lorsque la pointe d'une dent 50
du pignon 19 rencontre la pointe de la dent rétractable 53 de la grande roue
dentée 13. L'instant initial de ce contact entre les deux dents 50 et 53 est
représenté par la figure 3A.
La dent rétractable 53 s'escamote comme le montre la figure 3B. Deux dents
53a et 53 b sont représentées en pointillés. En fait elles ont été supprimées
et remplacées par ledit dégagement complémentaire 60. On constate que si
ces deux dents avaient été maintenues, le risque que la dent suivante 50a du
pignon 19 vienne en contact et bloque la dent 53a serait très élevé. C'est la
1~ raison pour laquelle le dégagement complémentaire a été prévu et qu'au
moins deux dents 53a et 53b ont été supprimées. Ce dégagement
complémentaire supprime totalement le risque de blocage de la grande roue
dentée.
La figure 3C montre comment se comportent les dents des deux roues
dentées. Les dents 50a et 50b qui suivent la dent 50 du pignon 19 se situent
dans la zone du dégagement complémentaire 60 pendant tout le déplacement
conjoint des dents 50 et 53.
La figure 3D montre la position de la dent 50c qui entre en contact avec la
dent 61 qui est la première dent qui suit le dégagement complémentaire 60
de la grande roue dentée 13. On constate que les deux dents 50c, 61 ne
peuvent pas se bloquer mutuellement en raison de leur forme spécifique.
L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation représentées qui ne
constituent que des exemples de construction.
