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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'entraînement à ressort pour
un appareil de commutation de puissance, en particulier pour un
commutateur de puissance pour moyenne et haute tension et nota~ ent un
disjoncteur, ce mécanisme comportant:
- un ressort d'enclenchement 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 entraîner 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 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 liberer ledit arbre d'enclenchement
pour la mise en circuit dudit appareil de commutation,
- un premier dégagement ménagé à la périphérie de ladite grande roue
dentée et générée par une discontinuité dans la denture de cette grande roue
dentée, ce premier 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, et
- des moyens pour empêcher 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 co",prenant:
une forme des dents dudit pignon denté dont les flancs se joignent,
radialement vers l'extérieur, sur une arête commune et présentent, sur le
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flanc d'attaque, une forme en développante et, sur le flanc opposé, un plan
de flanc partant de l'arête 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
5 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'arête.
La demande de brevet européen publiée sous le No 0 651 409 A1 décrit un
10 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 disco"lir)uité 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
15 roues dentées. Toutefois, il s'est avéré que la friction d'une arête du pignon
dente 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
20 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
25 ne sont pas tolérables.
Le brevet européen No 0 294 561 A2 décrit un mécanisme d'entraînement
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
30 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 co",primant le
ressort qui lui est associe. De ce fait, cette dent peut glisser sans générer deblocage sur l'arête de la dent correspondante du pignon denté. Lorsqu'elle a
35 dépasse cette arête, elle s'engage dans le creux qui suit la dent du pignon
denté. Toutefois, il existe un risque important que la dent rétractable continue
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à entraîner la grande roue dentée par frottement, malgré son esca",otage
progressif à l'intérieur du logemer!t 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
5 et bloquer tout l'engrenage. Cette probabilité est élevée, car le pignon dentéest 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
10 inconvénients et de supprimer les risques de dysfonctionnements de ces
mecanismes connus en offrant une solution efficace, simple à réaliser, peu
coûteuse et qui peut en outre être adaptée par une transformation
appropriée, aux mécanismes de ce type qui sont déjà en service.
15 Ce but est atteint par le mécanisme tel que défini en préambule et caractérisé
en ce que ledit premier dégagement ménagé à la périphérie de ladite grande
roue dentée est suivi, dans ledit sens prédéterminé de rotation, d'une
première dent rétractable axialement contre la conl,di,lle d'un ressort de
compression, en ce que ladite première dent rétractable est suivie, dans ledit
20 sens prédéterminé de rotation, d'un deuxième dégagement ménagé à la
périphérie de cette grande roue dentée, généré par une discontinuité
complémentaire de la denture, ce deuxième dégagement s'étendant sur au
moins deux pas d'engrenage, et en ce que la dent qui suit immédiatement
ledit deuxième dégagement est une deuxième dent rétractable axialement
25 contre la contrainte d'un ressort de compression.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit deuxième dégagement s'étend sur
une longueur légèrement inférieure à un nombre entier de pas d'engrenage et
ladite deuxième dent rétractable a des flancs qui se joignent radialement vers
30 I'extérieur, sur une arête commune,et qui comportent un plan incliné dans sa
zone superieure adjacente à l'arête.
De façon avantageuse, ledit deuxième dégagement s'étend sur une longueur
inférieure d'approximativement 1/6 d'un pas d'engrenage à un nombre entier
35 de pas d'engrenage et de préférence sur une longueur approximativement
égale à 2~5/6)de pas d'engrenage.
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D'une manière particulièrement avantageuse, ladite deuxième dent
rétractable est suivie, dans ledit sens prédéterminé de rotation, d'un troisièmedégagement qui s'étend sur au moins deux pas d'engrenage.
s
De façon préférentielle, ledit troisième dégagement est suivi d'une dent 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'arête.
10 D'une manière plus générale, ledit premier dégagement est suivi, dans le
sens prédéterminé de rotation, de n dents rétractables axialement contre la
contrainte d'un ressort, chacune de ces dents rétractables étant suivie, dans
ledit sens prédéterminé de rotation, d'un dégagement s'étendant sur au moins
deux pas d'engrenage.
Dans toutes les formes de réalisation, lesdites dents rétractables et la
première dent non rétractable suivant la dernière dent rétractable, dans le
sens prédéterminé de rotation, ont des flancs qui se joignent radialement vers
l'extérieur, sur une arête commune, et qui comportent un plan incliné dans
20 leur zone supérieure adjacente à l'arête.
Lesdites dents rétractables sont avantageusement séparées des deux dents
rétractables voisines par un dégagement s'étendant sur une longueur
légèrement inférieure à un nombre entier de pas d'engrenage.
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'exemples non limitatifs, dans lesquels:
30 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 les
dents retractables de la grande roue dentée,
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Les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G et 3H illustrent la cinématique de la
grande roue dentée et du pignon denté dans la zone où les dents rétractables
engrènent les dents du pignon, dans le cas où les dents du pignon et celles
de la grande roue dentée n'entrent pas en collision, et
Les figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G et 4H illustrent la cinématique de la
grande roue dentée et du pignon denté dans la zone où les dents rél~acLables
engrènent les dents du pignon, dans le cas où les dents du pignon et celles
de la grande roue dentée entrent en collision.
En référence à la figure 1, le mécanisme 10 d'entraînement 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
15 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
20 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 publiée sous le No 0 652 409 citée en
25 préambule, est destiné, pour ce qui est du ressort d'enclenchement 15, à
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, à mettre sous contrainte le ressort d'enclenchement 15
30 afin qu'il soit armé et prêt 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 chaîne 17 et provoque la rotation de la grande roue dentée 13,
dans le sens prédéterminé indiqué par la flèche A, le point d'attache 16
~ 35 passant d'une position d'attente située légèrement en aval du point mort 16a
(dans le sens prédéterminé de rotation A de la grande roue dentée), à une
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position finale correspondant à un point de relaxation 16b qui est
diamétralement opposé au point mort 16a. Par la suite, le moteur
d'entraînement 23 prend le relais pour entraîner l'arbre d'enclenchement 11
en rotation dans le sens prédéterminé de rotation A. Ce déplacement se
5 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 électro-
aimant 26 et une butée 27 montée sur une des faces de la grande roue
l0 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
15 I'appareil de commutation, un levier de couplage 32 de cet arbre à un ressortde 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 électro-aimant 37 et un levier de freinage
qui est couplé à un frein 38 constitué par exemple par un vérin à huile ou
20 similaire. Le ressort de déclenchement 33 est de preférence identique ou
similaire au ressort 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 corr!mande le mouvement du levier 34 entre
25 deux positions 41 a et 41 b qui correspondent respectivement aux positions ! 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 ! du levier
d'actionnement 31.
30 La figure 2 représente, à une échelle agrandie, une partie de la grande roue
dentée 13 et le pignon denté 19. On notera que les dents 50 du pignon 19
presentent une géométrie particulière qui correspond à une taille en pointe.
Les flancs de ces dents se joignent radialement vers l'extérieur sur une arête
commune et présentent, sur le flanc d'attaque, une forme en développante et
- 35 sur le flanc opposé, un plan partant de l'arête et qui est incliné par rapport à
une droite radiale passant par le milieu de la dent correspondante.
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La grande roue dentée 13 comporte! dans le sens prédéterminé de rotation A,
une discontinuité de la denture 51, cette discontinuité engendrant un premier
dégagement 52a qui constitue une zone sans dents. Une première dent
5 rétractable 53a est disposée dans ce dégagement. Elle est solidaire d'une
douille 54a partiellement évidée qui est logée dans un évicJe",enl 55a
sensiblement cylindrique, ménagé dans l'épaisseur de la grande roue dentée.
Un ressort de compression 56a est monté dans l'esp~ce fermé délimité entre
la cavité de la douille évidée 54a et l'évidement 55a de la roue, ce ressort
10 ayant tendance à repousser la dent 53a radialement vers l'extérieur de la
roue. Pour empêcher la sortie de cette dent et pour limiter sa course vers
l'extérieur, une plaque d'arrêt 57a est fixée au fond du premier dégagement
52a de manière à obturer partiellement l'évidement 55a. Cette plaque d'arrêt
est fixée au moyen d'au moins une et de préférence deux vis de blocage 58a.
15 Grâce a cet assemblage, la dent 53a peut s'escamoter en partie à l'intérieur
de l'évidement 55a, à l'encontre de la contrainte qu'exerce le ressort de
compression 56a.
A la suite de cette première dent rétractable 53a, la grande roue 13 présente
20 un deuxième dégagement 52b qui est engendré par une discontinuité
complémentaire de la denture 51 de cette roue. Ce deuxième dégagement
s'étend sur au moins deux pas d'engrenage. Selon une forme de réalisation
préférée, ce dégagement s'étend sur une longueur légèrement inférieure à un
nombre entier de pas d'engrenage et avantageusement sur un nombre entier,
25 par exemple trois pas d'engrenage diminués de 1/6 de pas d'engrenage.
La dent 53b de la denture de la grande roue dentée, qui suit ledit deuxième
dégagement 52b, est également rétractable sous la contrainte d'un ressort de
compression 56b. La dent 60 qui suit la deuxième dent rétractable 53b, après
30 un troisième dégagement 52c qui s'étend sur une longueur égale à un
nombre entier de pas d'engrenage, comporte, ainsi que chacune des dents
rétractables, des flancs qui se joignent radialement vers l'extérieur sur une
arête commune. Le flanc opposé au flanc d'attaque présente un plan incliné
dans sa partie superieure adjacente à l'arête de la dent. D~une manière
~ 35 générale, les deux dents rétractables 53a et 53b peuvent être proéminentes
par rapport aux autres dents 51 de la denture de la grande roue dentée, ce
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qui a pour avantage de réduire la probabilité que la pointe desdites autres
dents entre en contact avec la pointe d'une dent du pignon 19.
Les figures 3A à 3H illustrent ce qui se passe en l'absence de collision entre
les dents 50 du pignon 19 et les dents de la grande roue dentée 13. L'instant
initial est représenté par les figures 3A et 3B, cette demière figure
représentant l'entrée en contact d'une dent du pignon 19 et de la première
dent rel~actable 53a de la grande roue dentée 13. Les figures 3C et 3D
montrent la position relative des dents du pignon par rapport aux dents 51
manquantes, représentées en traits interrompus, de la grande roue dentée
13. La figure 3E illustre en traits interrompus la forme primitive d'une dent 61du pignon 19 non taillée de façon appropriée. On constate sur cette figure
que si cette forme était maintenue, elle entraînerait automatiquement une
collision avec la deuxième dent escamotable 53b de la grande roue dentée.
Les figures suivantes 3F, 3G et 3H illustrent les positions relatives des dents
50 du pignon 19 et 53a, 53b et 60 de la grande roue dentée 13.
Les figures 4A à 4H illustrent ce qui se passe lorsque la pointe d'une dent 50
du pignon 19 rencontre la pointe de la dent rétractable 53a de la grande roue
dentée 13. L'instant initial de ce contact entre les deux dents 50 et 53a est
représenté par la figure 4B. Le contact pointe sur pointe provoque la
rétraction de la dent 53a. Au cours de la suite du mouvement, les dents du
pignon et celles de la grande roue dentée ont des positions relatives qui sont
illustrées par les figures 4C et 4D. La figure 4E illustre le contact entre une
des dents 50 du pignon 19 avec la deuxième dent rétractable 53b. Cette dent
se rétracte comme le montre la figure 4F, puis l'engrenage des deux roues
dentées se fait normalement comme le montrent les figures 4G et 4H grâce
aux dégagements 52a, 52b et 52c prévus entre les dents rétractables 53a,
53b et à la suite de la deuxième de ces dents.
L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation représentées qui ne
constituent que des exemples de construction. En particulier le nombre de
dents rétractables n'est pas limité à deux et peut s'étendre à trois ou n dents
retractables axialement à l'encontre de la contrainte d'un ressort de poussée,
chacune de ces dents étant suivie d'un dégagement tel que défini
précédemment.
