EP0027404B1 - Disjoncteur électrique miniature à boîtier moulé - Google Patents

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EP0027404B1
EP0027404B1 EP19800401404 EP80401404A EP0027404B1 EP 0027404 B1 EP0027404 B1 EP 0027404B1 EP 19800401404 EP19800401404 EP 19800401404 EP 80401404 A EP80401404 A EP 80401404A EP 0027404 B1 EP0027404 B1 EP 0027404B1
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EP
European Patent Office
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plunger
sleeve
circuit breaker
coil
electric circuit
Prior art date
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Expired
Application number
EP19800401404
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German (de)
English (en)
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EP0027404A1 (fr
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Jean Barral-Baron
Michel Lazareth
François Reynaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merlin Gerin SA
Original Assignee
Merlin Gerin SA
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Publication date
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2454—Electromagnetic mechanisms characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements

Definitions

  • Circuit breakers of the kind mentioned are known (FR-A-2 344 949 and 2 344 950), which advantageously replace the protection fuses in low voltage circuits for distributing electrical energy and in which the plunger hub of the electromagnetic trip device exerts a traction on the pivoting movable contact to accelerate its movement and increase the speed of cutting the arc drawn between the contacts.
  • the plunger core is guided linearly while the movable contact pivots and in the connection between the extractor and the contact occurs a slip. It has been observed that the friction which results therefrom is not negligible and that the corresponding braking of the displacement of the hub influences the speed of response of the trigger. This movement is also braked by the piston effect of the sliding core in the sleeve.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks and it is characterized in that the said plunger core has a general shape in a barrel or in a warhead providing intervals for the passage of compressed air by the piston effect generated during the rapid displacement of the plunger core inside the sheath and allowing a limited pivoting movement of the core inside the sheath during the opening stroke of the pivoting movable contact.
  • the air passages formed on the plunger core prevent braking by the piston effect and the barrel shape allows limited pivoting inside the sleeve to compensate for variations in positioning during pivoting of the movable contact.
  • Document DE-A-2 330 839 discloses an electromagnet with a plunger core guided in a cylindrical sheath by an intermediate ring. To avoid the piston effect, the ring has air passage notches. The plunger core cannot pivot.
  • the fixed core of the electromagnetic trip device is secured to the coil carcass by a circlip extending by an elastic blade acting on the mechanism latch of the circuit breaker.
  • a single part performs the double function of locking the fixed core and of bringing the bolt back, thereby reducing the cost of manufacturing and mounting the circuit breaker.
  • the arrangement of the elements constituting the electromagnetic trip device inside a sheath lends itself to a simplification of the assembly by providing according to another development of the invention a snap-fastening of the sheath on the fixed core after insertion of the plunger core and the spring of reminder inside the sheath. This snap-fastening maintains the assembled elements which can subsequently be placed inside the release coil in a single block.
  • a pole of a miniature electric circuit breaker comprises a housing 10 made of a molded insulating material having on the front face 12 a handle 14 for operating the circuit breaker and on the two narrow lateral faces of the connection terminals 16, 28 of breaker input and output.
  • a movable contact 20 and a fixed contact 22 Inside the housing 10 are housed a movable contact 20 and a fixed contact 22, connected by a loop conductor 24 to the terminal 16.
  • the movable contact 20 is controlled by a control mechanism which will be described in detail below.
  • a thermal trip device formed by a bimetallic strip 26 and an electromagnetic trip device 28 capable of causing in the event of an overload or short circuit an automatic opening of the contacts 20, 22.
  • a breaking chamber 30 formed by a stack of sheets 32 which extend parallel to the rear face 34 of the housing 10.
  • Clamps 36, integral with the rear face 34, are capable of cooperating with a symmetrical DIN rail for support in a manner well known to the specialties.
  • the movable contact 20 extends substantially perpendicular to the plane of the sheets 32, the so as to draw an arc between the contacts 20, 22 during their separation, the initial direction of which is substantially parallel to the sheets 32.
  • the loop conductor 24 extends beyond the fixed contact 22 to form an electrode or arc horn 38, which ends in a plate delimiting the interrupting chamber 30.
  • the opposite side of the interrupting chamber 30 is delimited by an electrode 40, electrically connected in the manner described below to the output terminal 18.
  • the mechanism for controlling the movable contact 20 is described in detail in FR-A-2 344 949, and will only be summarized hereinafter.
  • the movable contact 20 is articulated on a contact arm 44 pivotally mounted on a rocker arm 46 attacked by a toggle switch 48, one of the links of which is formed by an extension 50 of the lever 14.
  • a pivoting of the lever 14 causes the extension or breaking of the toggle joint 48 and by pivoting of the rocker arm 46 the spacing or the bringing together of the movable contact 20 of the fixed contact 22.
  • a trigger lever 52 pivotally mounted on an axis 54, cooperates with the end 56 of the contact arm 44, so as to secure the latter to the rocker arm 46.
  • a lock 48 is mounted for rotation on a pivot 60 and has a nose 62 for hooking the end of the trigger lever 52.
  • the trip lever 52 In the locking position, shown in fig. 1, the trip lever 52 is retained by the latch 58 in the active position allowing transmission of the pivoting movement of the lever 14 to the movable contact 20 for manual control of opening and closing of the circuit breaker.
  • An automatic opening of the contacts 20, 22 is caused by a pivoting in the clockwise direction of the latch 58, which releases the trigger lever 52, the latter pivoting in the trigonometric direction to release the end 56 of the arm of contact 44.
  • the electromagnetic trip device 28 comprises a carcass 64 made of a ferromagnetic material which surrounds a coil 68 mounted on a tubular insulating sheath 70 closed at one of its ends by a bottom 72 Inside the sheath 70 in the form of an insulating sleeve is slidably mounted a plunger core 74 and a fixed magnetic core 76.
  • the general shape of the plunger core 74 is that of a barrel or an ogive whose cross section median is in the form of a square with rounded edges 78 (see fig. 4).
  • the edges 78 constitute guide lines in contact with the internal wall of the sheath 70, the intervals remaining between the sides of the square of the plunger core 74 and the periphery of the sheath 70 delimiting orifices of air passage. It is easy to understand that the plunger core 74 acting as a piston moving in the cylinder 70 is not braked in its movement by the compression of air which can escape freely through the intervals formed between the piston and the cylinder.
  • the pointed shape of the plunger core 74 allows limited pivoting inside the sheath 70.
  • To the plunger core 74 is secured an actuating rod 80, which passes through an orifice formed in the bottom 72 of the sheath 70 and cooperates with the arm contact 44.
  • the plunger core 74 cooperates by its opposite side with a pusher 82, which passes through an orifice 84 formed in the fixed core 76 and is biased in support of the plunger core 74 by a spring 86.
  • the end of the pusher 82 cooperates with the latch 58 to move the latter in the unlocked position during an excitation of the electromagnetic trip device 28.
  • the fixed core 76 has on its outer periphery cells 88 in which are engaged in the mounted position of the bosses 90 formed on the sheath 70.
  • the fixed core 76 furthermore has a collar 91 passing through an orifice 92 formed in the carcass 64 and receiving a fixing circlip 94, so as to rigidly solidly secure the fixed core 76 to the carcass 64.
  • the circlip 94 is constituted by the end of a leaf spring 96 in the form of a hairpin, the opposite end of which cooperates with the lock 58 to urge the latter in the locked position.
  • the coil 68 is electrically connected, on the one hand by a braid 98 to the movable contact 20, and on the other hand by a braid 100 to the bimetallic strip 26, the opposite end of which is fixed to the carcass 64, itself connected to the terminal 18.
  • the plate 40 delimiting the breaking chamber 30 is fixed to the carcass 64 on the side of the contact arm 44. It is easy to understand that in the closed position of the contacts 20, 22, the current flows from the terminal 16 by the contacts 22, 20, the braid 98, the coil 68, the braid 100, the bimetallic strip 26 towards the terminal 18. In the event of an overload or short-circuit, the latch 58 is actuated respectively by the bimetallic strip 26 or the electromagnetic trip 28, so as to cause the automatic opening of the contacts 20, 22.
  • the arc drawn between the separate contacts 20, 22 moves along the horn 38 and switches to the plate 40 by switching off the coil 68 and bimetallic strip 26 in a manner well known to specialists.
  • the more particularly square polygonal section of the plunger core 74 avoids any piston effect capable of slowing the movement of the plunger core 74.
  • the shape in a conical shape of the plunger core 74 allows pivoting and therefore an inclination of the actuating rod 80 which is positioned to exert on the movable contact 20 a tensile force in the direction of opening of the movable contact 20.

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Description

  • L'invention est relative à un disjoncteur électrique miniature à boîtier moulé comprenant:
    • - une chambre de coupure encadrée par deux électrodes de guidage de l'arc, agencées pour capter un arc tiré entre des contacts lors de leur séparation,
    • - un déclencheur électromagnétique à bobine et à noyau plongeur commandant un verrou de déclenchement lors de l'apparition d'un défaut pour provoquer l'ouverture automatique desdits contacts,
    • une tige d'actionnement accouplée au noyau plongeur et agissant sur un contact mobile pivotant pour accélérer le déplacement du contact mobile vers la position d'ouverture lors de l'excitation de la bobine du déclencheur,
    • - et un fourreau de guidage en translation du noyau plongeur.
  • On connaît des disjoncteurs du genre mentionné (FR-A-2 344 949 et 2 344 950), qui remplacent avantageusement les fusibles de protection dans les circuits basse tension de distribution d'énergie électrique et dans lesquels le moyau plongeur du déclencheur électromagnétique exerce une traction sur le contact mobile pivotant pour accélérer son déplacement et accroître la rapidité de coupure de l'arc tiré entre les contacts. Le noyau plongeur est guidé linéairement tandis que le contact mobile pivote et dans la liaison entre l'extracteur et le contact intervient un glissement. Il a été constaté que le frottement qui en résulte n'est pas négligeable et que le freinage correspondant du déplacement du moyau influence la rapidité de réponse du déclencheur. Ce déplacement est également freiné par l'effet de piston du noyau coulissant dans le fourreau.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et elle est caractérisée par le fait que ledit noyau plongeur présente une forme générale en tonneau ou en ogive ménageant des intervalles de passage de l'air comprimé par l'effet de piston engendré lors du déplacement rapide du noyau plongeur à l'intérieur du fourreau et autorisant un mouvement limité de pivotement du noyau à l'intérieur du fourreau au cours de la course d'ouverture du contact mobile pivotant. Les passages d'air ménagés sur le noyau plongeur évitent un freinage par effet de piston et la forme en tonneau permet un pivotement limité à l'intérieur du fourreau pour compenser les variations de positionnement au cours du pivotement du contact mobile.
  • Le document DE-A-2 330 839 fait connaître un électro-aimant à noyau plongeur guidé dans un fourreau cylindrique par une bague intercalaire. Pour éviter l'effet de piston la bague présente des encoches de passage de l'air. Le noyau plongeur ne peut effectuer un mouvement de pivotement.
  • Selon un développement de l'invention le noyau fixe du déclencheur électromagnétique est assujetti à la carcasse de la bobine par un circlips se prolongeant par une lame élastique agissant sur le verrou de mécanisme du disjoncteur. Une même pièce assure la double fonction de verrouillage du noyau fixe et de rappei du verrou ce qui permet une réduction du coût de fabrication et de montage du disjoncteur.
  • La disposition des éléments constitutifs du déclencheur électromagnétique à l'intérieur d'un fourreau se prête à une simplification du montage en prévoyant selon un autre développement de l'invention un encliquetage du fourreau sur le noyau fixe après insertion du noyau plongeur et du ressort de rappel à l'intérieur du fourreau. Cet encliquetage maintient les éléments assemblés qui par la suite peuvent être mise en place à l'intérieur de la bobine du déclencheur en un seul bloc.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale du disjoncteur selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue partielle, à échelle agrandie, de la fig. 1, montrant le déclencheur électromagnétique;
    • la figure 3 est une vue explosée du déclencheur électromagnétique selon la fig. 2;
    • les figures 4, 5 et 6 sont respectivement des coupes suivant les lignes IV-IV, V-V et VI-VI de la fig. 3.
  • Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur électrique miniature comporte un boîtier 10 en une matière isolante moulée ayant sur la face avant 12 une manette 14 de manoeuvre du disjoncteur et sur les deux faces latérales étroites des bornes de connexion 16, 28 d'entrée et de sortie du disjoncteur. A l'intérieur du boîtier 10 sont logés un contact mobile 20 et un contact fixe 22, relié par un conducteur en boucle 24 à la borne 16. Le contact mobile 20 est commandé par un mécanisme de commande qui sera décrit en détail par la suite. Dans le boîtier 10 sont également logés un déclencheur thermique formé par un bilame 26 et un déclencheur électromagnétique 28 susceptible de provoquer en cas de surcharge ou de court-circuit une ouverture automatique des contacts 20, 22. Dans la partie inférieure du boîtier 10 est disposée une chambre de coupure 30 constituée par un empillage de tôles 32 qui s'étendent parallèlement à la face arrière 34 du boîtier 10. Des griffes de fixation 36, solidaires de la face arrière 34, sont susceptibles de coopérer avec un rail DIN symétrique de support d'une manière bien connue des spécialites.
  • Le contact mobile 20 s'étend sensiblement perpendiculairement au plan des tôles 32, le manière à tirer un arc entre les contacts 20, 22 lors de leur séparation, dont la direction initiale est sensiblement parallèle aux tôles 32. Le conducteur en boucle 24 se prolonge au-delà du contact fixe 22 pour constituer une électrode ou corne d'arc 38, qui se termine par une plaque délimitant la chambre de coupure 30. Le côté opposé de la chambre de coupure 30 est délimité par une électrode 40, électriquement reliée de la manière décrite ci-après à la borne de sortie 18.
  • Le mécanisme de commande du contact mobile 20 est décrit en détail dans FR-A-2 344 949, et ne sera résumé par la suite que sommairement. Le contact mobile 20 est articulé sur un bras de contact 44 monté à pivotement sur un culbuteur 46 attaqué par une genouillère 48 dont l'une des biellettas est formée par une extension 50 de la manette 14. Un pivotement de la manette 14 provoque l'extension ou la brisure de la genouillère 48 et par pivotement du culbuteur 46 l'écartement ou le rapprochement du contact mobile 20 du contact fixe 22. Un levier de déclenchement 52, monté à pivotement sur un axe 54, coopère avec l'extrémité 56 du bras de contact 44, de manière à solidariser ce dernier au culbuteur 46. Un verrou 48 est monté à rotation sur un pivot 60 et présente un nez 62 d'accrochage de l'extrémité du levier de déclenchement 52. Dans la position de verrouillage, représentée à la fig. 1, le levier de déclenchement 52 est retenu par le verrou 58 dans la position active permettant une transmission du mouvement de pivotement de la manette 14 au contact mobile 20 pour une commande manuelle d'ouverture et de fermeture du disjoncteur. Une ouverture automatique des contacts 20, 22 est provoquée par un pivotement dans le sens des aiguilles d'une montre du verrou 58, qui libère le levier de déclenchement 52, ce dernier pivotant dans le sens trigonométrique pour libérer l'extrémité 56 du bras de contact 44. Sous l'action d'un ressort (non représenté) le bras de contact pivote vers la position d'ouverture le verrou 58 est actionné par la déflexion du bilame 26 en cas de surcharge et par le déclencheur électromagnétique 28 lors de l'apparition d'un court-circuit.
  • En se référant plus particulièrement aux figures 2 à 6, on voit que le déclencheur électromagnétique 28 comporte une carcasse 64 en un matériau ferromagnétique qui entoure une bobine 68 montée sur un fourreau 70 isolant tubulaire obturé à l'une de ses extrémités par un fond 72. A l'intérieur du fourreau 70 en forme de manchon isolant est monté à coulissement un noyau plongeur 74 et un noyau magnétique fixe 76. La forme générale du noyau plongeur 74 est celle d'un tonneau ou d'une ogive dont la section transversale médiane est en forme de carré à arêtes 78 arrondies (voir fig. 4). En position insérée du noyau plongeur dans le fourreau 70, les arêtes 78 constituent des lignes de guidage au contact de la paroi interne du forreau 70, les intervalles subsistant entre les côtés du carré du noyau plongeur 74 et le pourtour du fourreau 70 délimitant des orifices de passage de l'air. Il est facile de comprendre que le noyau plongeur 74 agissant comme un piston se déplaçant dans le cylindre 70 n'est pas freiné dans son déplacement par la compression de l'air qui peut s'échapper librement par les intervalles ménagés entre le piston et le cylindre. La forme en ogive du noyau plongeur 74 autorise un pivotement limité à l'intérieur du fourreau 70. Au noyau plongeur 74 est solidarisée une tige d'actionnement 80, qui traverse un orifice ménagé dans le fond 72 du fourreau 70 et coopère avec le bras de contact 44. Le noyau plongeur 74 coopère par son côté opposé avec un poussoir 82, qui traverse un orifice 84 ménagé dans le noyau fixe 76 et est sollicité en appui du noyau plongeur 74 par un ressort 86. L'extrémité du poussoir 82 coopère avec le verrou 58 pour déplacer ce dernier en position de déverrouillage lors d'une excitation du déclencheur électromagnétique 28. Le noyau fixe 76 présente sur son pourtour externe des alvéoles 88 dans lesquels viennent s'encliqueter en position montée des bossages 90 ménagés sur le fourreau 70. Le noyau fixe 76 présente de plus un collet 91 traversant un orifice 92 ménagé dans la carcasse 64 et recevant un circlips de fixation 94, de manière à solidariser rigidement le noyau fixe 76 à la carcasse 64. Le circlips 94 est constitué par l'extrémité d'un ressort à lame 96 en forme d'épingle à cheveux dont l'extrémité opposée coopère avec le verrou 58 pour solliciter ce dernier en position de verrouillage.
  • . La bobine 68 est reliée électriquement, d'une part par une tresse 98 au contact mobile 20, et d'autre part par une tresse 100 au bilame 26 dont l'extrémité opposée est fixée à la carcasse 64, elle-même reliée à la borne 18. La plaque 40 de délimitation de la chambre de coupure 30 est fixée à la carcasse 64 du côté du bras de contact 44. Il est facile de comprendre qu'en position fermée des contacts 20, 22, le courant passe de la borne 16 par les contacts 22, 20, la tresse 98, la bobine 68, la tresse 100, le bilame 26 vers la borne 18. En cas de surcharge ou de court-circuit, le verrou 58 est actionné respectivement par le bilame 26 ou le déclencheur électromagnétique 28, de manière à provoquer l'ouverture automatique des contacts 20, 22. L'arc tiré entre les contacts séparés 20, 22 se déplace le long de la corne 38 et commute sur la plaque 40 en mettant hors circuit la bobine 68 et le bilame 26 d'une manière bien connue des spécialistes. On se reportera avantageusement au brevet français précité pour une description plus détaillée du fonctionnement du disjoncteur. Il suffit de rappeler que la section polygonale plus particulièrement carrée du noyau plongeur 74 évite tout effet de piston susceptible de freiner le déplacement du noyau plongeur 74. La forme en ogive du noyau plongeur 74 permet un pivotement et de ce fait une inclinaison de la tige d'actionnement 80 qui se positionne pour exercer sur le contact mobile 20 un effort de traction en direction d'ouverture du contact mobile 20.
  • Le fourreau 70 à bossages 90 facilite le montage du déclencheur électromagnétique qui est effectué de la manière suivante:
    • Dans l'intérieur du fourreau 70 sont insérés successivement le noyau plongeur 74 avec sa tige d'actionnement 80, le poussoir 82, le ressort de rappel 86 et le noyau fixe 76. En fin de course d'enfoncement du noyau fixe 76 à l'encontre du ressort 86, les bossages 90 viennent s'encliqueter dans les alvéoles 88 pour solidariser le noyau fixe, formant obturateur, au fourreau 70 de gainage. Ce sous-ensemble peut être préassemblé et lors du montage du disjoncteur mis en place en un seul bloc par l'insertion du collet 91 dans l'orifice ménagé dans la carcasse 64. La mise en place du circlips 94 assujettit ce sous-ensemble à la carcasse 64. Lors de la mise en place du déclencheur électromagnétique 28 dans le boîtier 10 le fond 72 du fourreau 70 vient en appui de butées 102 solidaires du boîtier 10. La mise en place et le positionnement du ressort de rappel 86 s'effectuent automatiquement par la mise en place du circlips 94.

Claims (4)

1. Disjoncteur électrique miniature à boîtier moulé comprenant:
- une chambre de coupure (30) encadrée par deux électrodes (38, 40) de guidage de l'arc, agencées pour capter un arc tiré entre des contacts (20, 22) lors de leur séparation,
- un déclencheur électromagnétique (28) à bobine (68) et à noyau plongeur (74) commandant un verrou (58) de déclenchement lors de l'apparition d'un défaut pour provoquer l'ouverture automatique desdits contacts (20, 22),
- une tige d'actionnement (80) accouplée au noyau plongeur (74) et agissant sur un contact mobile pivotant (20) pour accélérer le déplacement du contact mobile (20) vers la position d'ouverture lors de l'excitation de la bobine (68) du déclencheur (28),
-et un fourreau (70) de guidage en translation du noyau plongeur (74),

caractérisé par le fait que ledit noyau plongeur (74) présente une forme générale en tonneau ou en ogive ménageant des intervalles de passage de L'air comprimé par l'effet de piston engendré lors du déplacement rapide du noyau plongeur (74) à l'intérieur du fourreau (70) et autorisant un mouvement limité de pivotement du noyau à l'intérieur du fourreau (70) au cours de la course d'ouverture du contact mobile (20) pivotant.
2. Disjoncteur électrique selon la revendication 2, à fourreau (70) de forme interne cylindrique, caractérisé en ce que le ventre de noyau (74) en tonneau présente une section carrée pour ménager des passages entre le noyau (74) et le contour circulaire de fourreau (70).
3. Disjoncteur électrique selon la revendication 1 ou 2, ayant un noyau fixe (76) coopérant avec le noyau plongeur (74) mobile et inséré dans l'extrémité du fourreau (70), caractérisé par le fait que ledit noyau fixe (76) est assujetti à la carcasse (64) de ladite bobine (68) par une pièce élastique (96) conformée en circlips de fixation du noyau et en ressort de rappel dudit verrou (58).
4. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, à déclencheur électromagnétique (28) comprenant une bobine (68) entourant un fourreau (70) cylindrique (70) à l'intérieur duquel sont disposés un noyau plongeur (74) coulissant, un noyau fixe (76) et un ressort (86) de rappel dudit noyau plongeur (74), caractérisé par le fait que lesdits noyaux (74, 76), ledit ressort (86) et ledit fourreau (70) constituent un sous-ensemble susceptible d'être assemblé à l'extérieur et d'être inséré en un seul bloc dans ladite bobine (68), ledit noyau fixe (76) et ledit fourreau (70) comportant des moyens (90) de solidarisation par encliquetage.
EP19800401404 1979-10-16 1980-10-03 Disjoncteur électrique miniature à boîtier moulé Expired EP0027404B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7925859A FR2468202B1 (fr) 1979-10-16 1979-10-16 Disjoncteur electrique miniature a boitier moule
FR7925859 1979-10-16

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