EP0558399B1 - Procédé de fixation d'une butée sur un tube et tube muni d'une butée réalisée selon le procédé - Google Patents

Procédé de fixation d'une butée sur un tube et tube muni d'une butée réalisée selon le procédé Download PDF

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EP0558399B1
EP0558399B1 EP93400460A EP93400460A EP0558399B1 EP 0558399 B1 EP0558399 B1 EP 0558399B1 EP 93400460 A EP93400460 A EP 93400460A EP 93400460 A EP93400460 A EP 93400460A EP 0558399 B1 EP0558399 B1 EP 0558399B1
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copper
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aluminium
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Christian Lacour
Julien Llorens
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Grid Solutions SAS
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GEC Alsthom T&D SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/04—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes with tubes; of tubes with rods

Definitions

  • the present invention relates to a method for fixing a stop on a tube, according to the preamble of claim, 1 and to a tube according to the preamble of claim 4.
  • the invention finds a particular application in the production of a part for a circuit breaker, but it applies more generally whenever it is necessary to have a stop on a metal tube with low resilience and that this stop is subjected to repeated and violent shocks.
  • FIG. 1 schematically represents, in axial section, end contacts in a breaking chamber of a medium or high voltage circuit breaker.
  • a circuit breaker comprising a fixed tubular contact 1 cooperating with contact fingers 2 carried by a tube 3 for the passage of permanent current; the tube 3 carries at its end a stop 3A serving in particular for supporting the fingers 2.
  • a tubular part 4 serves as an arcing contact and is pushed against the fixed contact 1 by a spring 5 pressing against a shoulder 4A of the tube 4 .
  • the tube 3 When the circuit breaker opens, the tube 3 is driven in the direction of the arrow; the fingers 2 leave the contact 1 and the current then passes through the tubes 1 and 4 which remain in contact thanks to the action of the spring 5. When the stop 3A comes into contact with the shoulder 4A, the tube 4 is driven.
  • Tubes 1 and 3 which must conduct the permanent current, must be made of copper or a copper-based alloy; these materials are not very resilient, so that the size of the stop 3A conditions the maximum power of the circuit breaker; in fact, the greater the breaking capacity requested from the device, the faster the displacement of the moving assembly and consequently the more violent is the impact on the stop 3A; room 4, which only conducts the entire current for a short time when the circuit breaker opens, it can be made of more resilient metal, such as steel.
  • the solution to the problem consists in using, on a copper tube, a steel stopper with high elastic limit and the problem is to define a method making it possible, to relate on a copper tube, a steel stopper, in a simple way, therefore economical, with the minimum of machining and with great safety as for the solidity of the assembly and its resistance to successive shocks during use.
  • the material of the ring is chosen from copper and copper-based alloys and aluminum and aluminum-based alloys.
  • the tube material is chosen from copper and copper-based alloys and aluminum and aluminum-based alloys.
  • the invention also relates to a tube fitted with a stop according to claim 4.
  • the ring can serve as a support for elements such as permanent contacts for the passage of current, auxiliary contacts for the insertion of a resistor or a varistor, a blowing nozzle, corona screens, etc.
  • a tube 10 made of weakly resilient metal, for example copper or aluminum, or an alloy based on one of these metals, on which it is desired to fix a steel ring with high elastic limit.
  • the tube can be a simple commercial tube obtained by spinning, without machining.
  • the tube may be made of aluminum or an aluminum-based alloy.
  • the ring which it is desired to attach to the tube is an inner ring to the tube. It is understood that this arrangement is not limiting and that the method of the invention applies, mutatis mutandis , to the fixing of an outer ring to the tube. Likewise, the ring is indifferently attached to the end of the tube or at any point along the length of the latter.
  • the ring 11 has a portion having an outside diameter equal to the inside diameter of the tube 10 and it is provided at its periphery with a groove 11A.
  • the ring rests on a metal core 12, for example made of steel.
  • a metal ring 13 accepting strong plastic deformation, for example aluminum or copper or an alloy based on one of these metals.
  • the ring rests on a shoulder 15A of a substantially tubular metal matrix 15, made for example of steel; the inside diameter of the matrix 15, below the shoulder 15A, is equal, apart from the clearance, to the outside diameter of the tube 10; above the shoulder 15A, the internal diameter of the matrix 15 is equal, apart from the clearance, to the diameter of the tube increased by twice the thickness of the ring, which leaves, above the ring , an annular space in which is placed a tubular punch 16.
  • the copper tube 10 deforms and fills the groove 11A; the ring is deformed and its height is reduced.
  • the tube with its stopper is shown in Figure 3, after the die and the punch have been removed.
  • the assembly of the tube stop and the ring constitutes a thick and very homogeneous block capable of withstanding repeated shocks, in particular during operating maneuvers when it is used for the constitution of a high or medium voltage circuit breaker.
  • the ring 13 held in place can serve as a fixing piece for elements of a circuit breaker, for example contact fingers for the permanent passage of current, auxiliary contacts for the insertion of a resistor or varistor, hoods, air blower, etc.
  • the method of the invention makes it possible to assemble with a minimum of machining, therefore at the lowest cost, a steel stop with high elastic limit on a low resilience conductive tube obtained without machining.
  • the fixing element used namely the ring, made of metal or alloy accepting a strong plastic deformation, is an element produced very economically.
  • the stop-ring assembly fixed very rigidly, can undergo violent and repeated shocks, and constitutes a block which can be used as a support for other parts, depending on the envisaged application.

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Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour fixer une butée sur un tube, selon le préambule de la revendication, 1 et à un tube selon le préambule de la revendication 4.
  • L'invention trouve une application particulière dans la réalisation d'une pièce pour un disjoncteur, mais elle s'applique plus généralement toutes les fois qu'il est nécessaire de disposer d'une butée sur un tube en métal à faible résilience et que cette butée est soumise à des chocs répétés et violents.
  • Pour bien comprendre le problème technique qui se pose, on se référera à la figure 1 qui représente schématiquement, en coupe axiale, des contacts en bout dans une chambre de coupure d'un disjoncteur à moyenne ou haute tension.
  • On reconnaît dans la figure un disjoncteur comprenant un contact fixe tubulaire 1 coopérant avec des doigts de contact 2 portés par un tube 3 pour le passage du courant permanent; le tube 3 porte à son extrémité une butée 3A servant notamment de support des doigts 2. Une pièce tubulaire 4 sert de contact d'arc et est poussée contre le contact fixe 1 par un ressort 5 s'appuyant contre un épaulement 4A du tube 4.
  • A l'ouverture du disjoncteur, le tube 3 est entraîné dans le sens de la flêche; les doigts 2 quittent le contact 1 et le courant passe alors par les tubes 1 et 4 qui restent en contact grâce à l'action du ressort 5. Lorsque la butée 3A vient en contact avec l'épaulement 4A, le tube 4 est entraîné.
  • Les tubes 1 et 3, qui doivent conduire le courant permanent, sont réalisés obligatoirement en cuivre ou alliage à base de cuivre; ces matériaux sont peu résilients, de sorte que la taille de la butée 3A conditionne la puissance maximale du disjoncteur; en effet, plus le pouvoir de coupure demandé à l'appareil est importante, plus le déplacement de l'équipage mobile est rapide et par suite plus violent est le choc sur la butée 3A; la pièce 4, qui ne conduit la totalité du courant que pendant un court instant à l'ouverture du disjoncteur peut être réalisé en métal plus résilient, tel l'acier.
  • Pour réaliser un disjoncteur de fort pouvoir de coupure, il faut donc prévoir une butée de forte taille, nécessitant beaucoup de cuivre et un usinage important du tube.
  • L'état de la technique est illustré par le document US-A-2852843, qui décrit un procédé pour fixer, à l'intérieur d'un tube, une pièce métallique cylindrique comprenant une gorge périphérique. Le procédé consiste à former sur le tube, et à l'aide d'une matrice, et par un premier passage dans une presse, un bourrelet annulaire intérieur, puis, par un second passage, à transférer ce bourrelet à l'extérieur du tube, et, enfin, par un troisième passage à encastrer ce bourrelet dans la gorge de la pièce métallique. Ce procédé nécessite un triple passage dans la presse, ce qui est onéreux, et engendre un fort écrouissage du métal du tube, ce qui rend l'assemblage impropre à recevoir des chocs. Un but de l'invention est de réaliser un procédé plus économique et conduisant à un assemblage plus robuste.
  • La solution au problème consiste à utiliser, sur un tube de cuivre, une butée en acier a haute limite élastique et le problème est de définir un procédé permettant, de rapporter sur un tube de cuivre, une butée en acier, de manière simple, donc économique, avec le minimum d'usinage et avec une grande sûreté quant a la solidité de l'assemblage et sa résistance au chocs successifs en cours d'utilisation.
  • L'invention a pour objet un procédé pour fixer une butée en matériau a haute limite élastique sur un tube en matériau a faible résilience, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:
    • a) on utilise comme butée une pièce annulaire ayant au moins une portion ayant un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur du tube et présentant une gorge périphérique , et on place cette pièce annulaire sur un noyau métallique disposé à l'intérieur du tube,
    • b) on dispose autour du tube, au droit de la butée, un anneau en matériau acceptant une forte déformation plastique,
    • c) on fait reposer l'anneau sur un épaulement d'une matrice de forme sensiblement tubulaire entourant le tube et ayant, au-dessous de l'épaulement, un diamètre intérieur égal, au jeu près, au diamètre extérieur du tube et, au-dessus de l'épaulement, un diamètre intérieur égal, au jeu près, au diamètre extérieur du tube augmenté de deux fois l'épaisseur de l'anneau,
    • d) on exerce sur l'anneau une pression axiale a l'aide d'un poinçon tubulaire engagé entre le tube et la matrice, jusqu'à ce que la paroi du tube vienne en contact avec le fond de la gorge,
    • e) on retire poinçon, matrice et noyau.
  • Le matériau de l'anneau est choisi parmi le cuivre et les alliages à base de cuivre et l'aluminium et les alliages à base d'aluminium.
  • Le matériau du tube est choisi parmi le cuivre et les alliages à base de cuivre et l'aluminium et les alliages à base d'aluminium.
  • L'invention a également pour objet un tube muni d'une butée selon la revendication 4.
  • Lorsque le tube est utilisé dans la réalisation d'un disjoncteur à moyenne ou haute tension, l'anneau peut servir de support à des éléments tels que des contacts permanents pour le passage du courant, des contacts auxiliaires pour l'insertion d'une résistance ou d'une varistance, une buse de soufflage, des écrans pare-effluves, etc.
  • L'invention sera bien comprise par la description ci-après du procédé de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 est une vue partielle schématique en coupe axiale des contacts en bout dans une chambre de coupure d'un disjoncteur à moyenne ou haute tension,
    • la figure 2 est une vue en coupe axiale du dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé, au début de l'opération,
    • la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un tube munie d'une butée selon le procédé de l'invention.
  • Dans la figure 2, on distingue un tube 10 en métal peu résilient, par exemple en cuivre ou en aluminium, ou en alliage à base de l'un de ces métaux, sur lequel on désire fixer une bague en acier à haute limite élastique. Le tube peut être un simple tube du commerce obtenu par filage, sans usinage. En variante, le tube peut être en aluminium ou en alliage à base d'aluminium.
  • Dans l'exemple décrit ci-après la bague que l'on désire fixer au tube est une bague intérieure au tube. Il est bien entendu que cette disposition n'est pas limitative et que le procédé de l'invention s'applique, mutatis mutandis, à la fixation d'une bague extérieure au tube. De même, la bague est indifféremment fixée à l'extrémité du tube ou en tout endroit de la longueur de ce dernier.
  • Selon l'invention, la bague 11 possède une portion ayant un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur du tube 10 et elle est munie à sa périphérie d'une gorge 11A. La bague repose sur un noyau métallique 12 par exemple en acier.
  • Au droit de la bague 11 est disposé un anneau 13 en métal acceptant une forte déformation plastique, par exemple en aluminium ou en cuivre ou en alliage à base de l'un des ces métaux. L'anneau repose sur un épaulement 15A d'une matrice métallique sensiblement tubulaire 15, réalisée par exemple en acier; le diamètre intérieur de la matrice 15, au-dessous de l'épaulement 15A, est égal, au jeu près, au diamètre extérieur du tube 10; au-dessus de l'épaulement 15A, le diamètre intérieur de la matrice 15 est égal, au jeu près, au diamètre du tube augmenté de deux fois l'épaisseur de l'anneau, ce qui laisse, au-dessus de l'anneau, un espace annulaire dans lequel est placé un poinçon de forme tubulaire 16.
  • On exerce avec le poinçon 16, par des moyens hydrauliques classiques non représentés, une force de pressage sur l'anneau 13, dans une direction parallèle à l'axe du tube. L'anneau se déforme en remplissant d'abord les jeux entre la matrice et le tube.
  • En maitenant la pression axiale, le tube de cuivre 10 se déforme et vient remplir la gorge 11A; l'anneau se déforme et sa hauteur est réduite.
  • Le tube muni de sa butée est représenté dans la figure 3, après que la matrice et le poinçon aient été ôtés. L'ensemble de la butée du tube et de l'anneau constitue un bloc épais et très homogène capable de résister à des chocs répétés, en particulier au cours des manoeuvre de fonctionnement lorsqu'il est utilisé pour la constitution d'un disjoncteur à haute ou moyenne tension.
  • Dans cette application, l'anneau 13 maintenu en place peut servir de pièce de fixation pour des éléménts d'un disjoncteur, par exemple des doigts de contact pour le passage permanent du courant, des contacts auxiliaires pour l'insertion d'une résistance ou d'une varistance, des capots pare-effluves, une buse de soufflage, etc.
  • Le procédé de l'invention permet d'assembler avec un minimum d'usinage, donc au moindre coût, une butée en acier à haute limite élastique sur un tube conducteur à faible résilience obtenu sans usinage.
  • L'élément de fixation utilisé, à savoir l'anneau, en métal ou alliage acceptant une forte déformation plastique, est un élément réalisé de manière très économique.
  • L'ensemble butée-anneau , fixé très rigidement, peut subir des chocs violents et répétés, et constitue un bloc pouvant être utilisé comme support pour d'autres pièces, selon l'application envisagée.

Claims (4)

  1. Procédé pour fixer une butée en matériau à haute limite élastique sur un tube en matériau a faible résilience, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:
    a) on utilise comme butée (11) une pièce annulaire ayant au moins une portion ayant un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur du tube (10) et présentant une gorge périphérique (11A), et on place cette pièce annulaire (11) sur un noyau métallique (12) disposé à l'intérieur du tube (10),
    b) on dispose autour du tube (10), au droit de la butée (11), un anneau (13) en matériau acceptant une forte déformation plastique,
    c) on fait reposer l'anneau (13) sur un épaulement d'une matrice (15) de forme sensiblement tubulaire entourant le tube (10) et ayant, au-dessous de l'épaulement, un diamètre intérieur égal, au jeu près, au diamètre extérieur du tube (10) et, au-dessus de l'épaulement, un diamètre intérieur égal, au jeu près, au diamètre extérieur du tube (10) augmenté de deux fois l'épaisseur de l'anneau (13),
    d) on exerce sur l'anneau (13) une pression axiale à l'aide d'un poinçon tubulaire (16) engagé entre le tube (10) et la matrice (15), jusqu'à ce que la paroi du tube vienne en contact avec le fond de la gorge (11A),
    e) on retire poinçon (16), matrice (15) et, noyau (12).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matériau de l'anneau est choisi parmi le cuivre et les alliages à base de cuivre et l'aluminium et les alliages à base d'aluminium.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau du tube est choisi parmi le cuivre et les alliages à base de cuivre et l'aluminium et les alliages à base d'aluminium.
  4. Tube (10) de métal peu résilient choisi parmi le cuivre, l'aluminium ou un de leurs alliages, caractérisé en ce qu'il comprend une butée (11) intérieure en matériau à forte résilience, comprenant une gorge périphérique (11A), la butée étant solidarisée au tube par encastrement dans la gorge, un anneau (13) en matériau à faible résilience entourant le tube au droit de la déformation et étant engagé partiellement dans cette déformation.
EP93400460A 1992-02-25 1993-02-23 Procédé de fixation d'une butée sur un tube et tube muni d'une butée réalisée selon le procédé Expired - Lifetime EP0558399B1 (fr)

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