FR2938966A1 - OVERMOLDING FOR VACUUM BULB - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un surmoulage pour ampoule à vide (6) comprenant une couche intermédiaire (4) et une couche de surmoulage (5), servant toutes les deux à isoler électriquement l'ampoule à vide, la couche intermédiaire étant destinée à être disposée autour de l'ampoule à vide, entre l'ampoule à vide et la couche de surmoulage, la couche intermédiaire étant en un composite homogène comprenant n couche(s) de textile, avec n supérieur ou égal à 1, et une premier polymère isolant servant à imprégner et à recouvrir lesdites n couches de textile, et la couche de surmoulage étant en un second polymère isolant, le surmoulage étant caractérisé en ce que la couche intermédiaire a un coefficient de dilatation thermique constant, compris entre les coefficients de dilatation thermique de l'ampoule et de la couche de surmoulage, et constitue l'unique couche, dans le surmoulage, qui comporte une ou plusieurs couches de textile.The invention relates to an overmolding for vacuum interrupter (6) comprising an intermediate layer (4) and an over-molding layer (5), both of which serve to electrically isolate the vacuum interrupter, the intermediate layer being intended to be arranged around the vacuum bottle, between the vacuum bottle and the overmolding layer, the intermediate layer being made of a homogeneous composite comprising n layer (s) of textile, with n greater than or equal to 1, and a first insulating polymer for impregnating and coating said n textile layers, and the overmolding layer being a second insulating polymer, the overmolding being characterized in that the intermediate layer has a constant coefficient of thermal expansion, between the thermal expansion coefficients of the ampoule and overmoulding layer, and constitutes the single layer, in the overmolding, which comprises one or more layers of textile.
Description
1 SURMOULAGE POUR AMPOULE A VIDE 1 OVERMOLDING FOR VACUUM BULB
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne l'isolation électrique par surmoulage d'une ampoule à vide. TECHNICAL FIELD The present invention relates to electrical insulation by overmoulding a vacuum interrupter.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les ampoules à vide sont des éléments de coupure électrique utilisés dans des appareillages et des équipements haute et moyenne tension. En général, le corps des ampoules à vide destinées à être utilisées en haute ou en moyenne tension est réalisé en céramique, les extrémités du corps étant prolongées par des parties métalliques (en cuivre, en inox ...). Les ampoules à vide sont ensuite isolées électriquement en étant surmoulées dans des matériaux synthétiques solides électriquement isolant, qui sont généralement des matériaux polymères de type thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère. Au final, les matériaux utilisés pour réaliser une ampoule à vide surmoulée opérationnelle ont des coefficients de dilatation très différents. En effet, le coefficient de dilatation thermique d'une céramique est d'environ 7,5.10-6 °C-1, celui du cuivre est d'environ 17.10-6 °C-1, celui de l'inox est d'environ 11.10-6 °C-1, tandis que le coefficient de dilatation thermique du matériau de surmoulage est respectivement d'environ 35.10-6 °C-1, 100.10-6 °C-1 ou de 100.10-6 °C-1 à 300.10-6 °C-1 pour un polymère de type thermodurcissable, thermoplastique ou élastomère. 2 Par conséquent, lorsque l'ampoule à vide subit des sollicitations thermiques d'utilisation dues, par exemple, à des températures ambiantes extrêmes ainsi qu'à des échauffements ou à des chocs thermiques (surintensité, transport...), des défauts tels que des décollements ou des fissurations apparaissent dans les matériaux ou au niveau des interfaces entre les matériaux. Ces phénomènes de dégradation sont dus principalement aux dilatations différentielles entre les divers matériaux constituant l'ampoule à vide surmoulée, ce qui conduit à avoir des dilatations différentes pour chaque matériau et engendre l'apparition de contraintes, pouvant générer des défauts. STATE OF THE PRIOR ART Vacuum bulbs are electric breaking elements used in high and medium voltage equipment and equipment. In general, the body of vacuum bulbs intended to be used at high or medium voltage is made of ceramic, the ends of the body being extended by metal parts (copper, stainless steel ...). Vacuum ampoules are then electrically insulated by being overmoulded in electrically insulating solid synthetic materials, which are generally thermosetting, thermoplastic or elastomeric type polymeric materials. Finally, the materials used to make an overmoulded vacuum interrupter have very different expansion coefficients. Indeed, the coefficient of thermal expansion of a ceramic is about 7.5.10-6 ° C-1, that of copper is about 17.10-6 ° C-1, that of stainless steel is about 11.10-6 ° C-1, while the coefficient of thermal expansion of the overmoulding material is respectively about 35.10-6 ° C-1, 100.10-6 ° C-1 or 100.10-6 ° C-1 at 300.10 -6 ° C-1 for a thermosetting polymer, thermoplastic or elastomer. 2 Therefore, when the vacuum interrupter undergoes thermal loads of use due, for example, to extreme ambient temperatures as well as to heating or thermal shocks (overcurrent, transport ...), defects such as that detachments or cracks appear in the materials or at the interfaces between the materials. These degradation phenomena are mainly due to the differential expansion between the various materials constituting the overmolded vacuum bulb, which leads to have different expansions for each material and causes the appearance of constraints, which can generate defects.
Afin de minimiser ces défauts, il est connu d'interposer, entre l'ampoule à vide et la couche de surmoulage, une couche en matériau élastique, par exemple en caoutchouc éthylène-propylène-diène (voir le document [1]). In order to minimize these defects, it is known to interpose, between the vacuum bottle and the overmolding layer, a layer of elastic material, for example ethylene-propylene-diene rubber (see document [1]).
Une autre solution connue consiste à placer, entre l'ampoule à vide et la couche de surmoulage, un ensemble de deux couches, à savoir une couche textile intérieure et une couche textile extérieure (voir le document [2]). La couche textile intérieure est en contact avec l'ampoule à vide et possède une forte densité en textile et un faible coefficient de dilatation thermique. La couche textile extérieure est en contact avec la couche de surmoulage ; elle a une densité en textile inférieure à celle de la couche intérieure (c'est-à-dire que l'espacement entre les textiles est plus détendu que 3 celui de la couche textile intérieure) et a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de la couche textile intérieure. Cette seconde solution est intéressante, car elle permet de faire évoluer le coefficient de dilatation de manière progressive au sein de la couche composite, ce qui a pour conséquence que la différence de coefficient de dilatation thermique entre les matériaux est minimisée. Another known solution is to place, between the vacuum bottle and the overmolding layer, a set of two layers, namely an inner textile layer and an outer textile layer (see document [2]). The inner textile layer is in contact with the vacuum ampoule and has a high textile density and a low coefficient of thermal expansion. The outer textile layer is in contact with the over-molding layer; it has a textile density lower than that of the inner layer (i.e. the spacing between the textiles is more relaxed than that of the inner textile layer) and has a coefficient of thermal expansion greater than that of the inner textile layer. This second solution is interesting because it allows the coefficient of expansion to evolve progressively within the composite layer, which has the consequence that the difference in thermal expansion coefficient between the materials is minimized.
Cependant, la réalisation d'une telle couche composite présente l'inconvénient d'être compliquée et couteuse. En effet, l'agencement et la réalisation de la couche textile intérieure et de la couche textile extérieure sont compliqués, car la densité de textile évolue entre la couche de textile intérieure et la couche de textile extérieure. Les inventeurs ont donc cherché à concevoir un surmoulage qui permette d'abaisser la différence entre les coefficients de dilatation thermique des matériaux constitutifs d'une ampoule à vide et qui ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus. However, the realization of such a composite layer has the disadvantage of being complicated and expensive. Indeed, the arrangement and the production of the inner textile layer and the outer textile layer are complicated because the textile density evolves between the inner textile layer and the outer textile layer. The inventors have therefore sought to design an overmoulding which makes it possible to lower the difference between the coefficients of thermal expansion of the materials constituting a vacuum bottle and which does not have the disadvantages described above.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne donc un surmoulage pour ampoule à vide comprenant une couche intermédiaire et une couche de surmoulage, la couche intermédiaire et la couche de surmoulage servant à isoler électriquement l'ampoule à vide, la couche intermédiaire étant destinée à être disposée autour de l'ampoule à vide, entre l'ampoule à vide et la couche de surmoulage, 4 la couche intermédiaire étant en un composite homogène comprenant n couche(s) de textile, avec n supérieur ou égal à 1, et un premier polymère isolant servant à imprégner et à recouvrir lesdites n couches de textile, et la couche de surmoulage étant en un second polymère isolant, le surmoulage étant caractérisé en ce que la couche intermédiaire a un coefficient de dilatation thermique constant, compris entre les coefficients de dilatation thermique de l'ampoule à vide et de la couche de surmoulage, et constitue l'unique couche, dans le surmoulage, qui comporte une ou plusieurs couches de textile. DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention therefore relates to an overmolding for a vacuum bottle comprising an intermediate layer and an overmoulding layer, the intermediate layer and the overmolding layer for electrically isolating the vacuum ampoule, the intermediate layer being intended for being arranged around the vacuum bottle, between the vacuum bottle and the overmolding layer, the intermediate layer being made of a homogeneous composite comprising n layer (s) of textile, with n greater than or equal to 1, and a first insulating polymer for impregnating and covering said n layers of textile, and the overmolding layer being a second insulating polymer, the overmoulding being characterized in that the intermediate layer has a constant coefficient of thermal expansion, between the thermal expansion of the vacuum bottle and the overmoulding layer, and constitutes the single layer, in the overmolding, which comprises one or more layers of textile.
La couche intermédiaire du surmoulage selon l'invention est un composite homogène ayant un coefficient de dilatation constant, formant une couche intermédiaire permettant d'isoler électriquement l'ampoule à vide. En fait, le coefficient de dilatation thermique de la couche intermédiaire est constant à l'échelle macroscopique, tandis qu'à l'échelle microscopique, le coefficient de dilatation de la couche intermédiaire varie et n'est pas constant, du fait de la présence des fibres à certains endroits et pas à d'autres, mais comme cette variation se répète à l'identique dans chaque couche de textile, on obtient au final un coefficient de dilatation constant à l'échelle macroscopique. De préférence, la couche de surmoulage et la couche intermédiaire servent en outre à maintenir la tenue mécanique de l'ampoule à vide. Les polymères isolants de la couche de surmoulage et de la couche intermédiaire sont donc en outre avantageusement choisis parmi les composants permettant d'obtenir un bon maintien mécanique de l'ampoule à vide. 5 Les n couches de textile de la couche intermédiaire forment un réseau tridimensionnel de fibres. S'il n'y a qu'une seule couche de textile dans la couche intermédiaire, alors les fibres de cette couche de textile doivent former un réseau tridimensionnel. Cette couche de textile peut par exemple être un tissu tridimensionnel, du type mat ou feutre. Il est à noter que les n couches de textile peuvent être enroulées autour de l'ampoule ou bien être enfilées sur l'extérieur de l'ampoule lorsqu'elles ont la forme de fourreaux ou de chaussettes cylindriques. Avantageusement, les n couches de textile de la couche intermédiaire sont empilées les unes sur les autres et sont distantes d'une valeur constante. The intermediate layer of overmolding according to the invention is a homogeneous composite having a constant coefficient of expansion, forming an intermediate layer for electrically isolating the vacuum bulb. In fact, the coefficient of thermal expansion of the intermediate layer is constant at the macroscopic scale, whereas at the microscopic scale, the coefficient of expansion of the intermediate layer varies and is not constant, because of the presence fibers in some places and not others, but as this variation is repeated identically in each layer of textile, we finally obtain a constant coefficient of expansion at the macroscopic scale. Preferably, the overmoulding layer and the intermediate layer further serve to maintain the mechanical strength of the vacuum bulb. The insulating polymers of the overmoulding layer and the intermediate layer are therefore advantageously chosen from among the components that make it possible to obtain good mechanical holding of the vacuum ampoule. The n textile layers of the intermediate layer form a three-dimensional network of fibers. If there is only one textile layer in the intermediate layer, then the fibers of this textile layer must form a three-dimensional network. This textile layer may for example be a three-dimensional fabric, of the mat or felt type. It should be noted that the n textile layers can be wrapped around the bulb or be strung on the outside of the bulb when they have the shape of cylindrical sleeves or socks. Advantageously, the n textile layers of the intermediate layer are stacked on each other and are spaced apart by a constant value.
Avantageusement, chacune des n couches de textile de la couche intermédiaire est formée par l'entrecroisement selon un angle non nul d'une première série de fibres parallèles avec au moins une seconde série de fibres parallèles. Advantageously, each of the n textile layers of the intermediate layer is formed by intersecting at a non-zero angle of a first series of parallel fibers with at least a second series of parallel fibers.
De préférence, chacune des n couches de textile de la couche intermédiaire est formée par l'entrecroisement, selon un angle d'environ 90°, d'une première série de fibres parallèles avec une seconde série de fibres parallèles. Les n couches de textile peuvent par exemple être obtenues par tissage. 6 Avantageusement, dans chaque couche de textile de la couche intermédiaire, le pas entre les fibres adjacentes d'une même série de fibres est constant. On obtient ainsi un maillage régulier. Le pas de la première série de fibres peut être identique au pas de la seconde série de fibres. Dans ce cas, on obtient des couches de textile ayant un maillage carré. Avantageusement, les n couches de textile de la couche intermédiaire ont la même composition et la même densité. Les n couches sont réalisées à partir de fibres. Ces fibres peuvent être naturelles, synthétiques ou minérales. Il peut par exemple s'agir de fibres végétales ou chimiques. Selon une première variante, les n couches 15 de textile de la couche intermédiaire sont réalisées à partir de fibres de verre. Selon une seconde variante, les n couches de textile de la couche intermédiaire sont réalisées à partir de fibres en polyester. 20 Selon une troisième variante, les n couches de textile de la couche intermédiaire sont réalisées à partir de fibres végétales. Avantageusement, les n couches de textile de la couche intermédiaire sont équidistantes et sont 25 décalées longitudinalement (c'est-à-dire dans une direction parallèle aux plans des n couches) les unes par rapport aux autres de manière à ce que la projection des n couches sur un même plan parallèle aux plans des n couches de textile fournisse une couche 30 dans laquelle le pas entre les fibres parallèles est constant. Un tel agencement des n couches selon un 7 décalage régulier permet d'obtenir un réseau tridimensionnel dans lequel l'espace alloué au premier polymère isolant pour pénétrer dans le maillage des n couches de textile est régulier. Les n couches de textile sont en fait décalées de manière à faciliter l'imprégnation du premier polymère isolant. Le premier polymère isolant peut ainsi pénétrer de manière régulière et plus aisément dans les n couches de textile, ce qui permet d'obtenir un composite qui est à la fois homogène et qui a un coefficient de dilatation thermique constant. Avantageusement, le premier polymère isolant et le second polymère isolant sont un même polymère isolant. Preferably, each of the n textile layers of the intermediate layer is formed by intersecting, at an angle of about 90 °, a first series of parallel fibers with a second series of parallel fibers. The n textile layers may for example be obtained by weaving. Advantageously, in each textile layer of the intermediate layer, the pitch between the adjacent fibers of the same series of fibers is constant. We thus obtain a regular mesh. The pitch of the first series of fibers may be identical to the pitch of the second series of fibers. In this case, textile layers having a square mesh are obtained. Advantageously, the n textile layers of the intermediate layer have the same composition and the same density. The n layers are made from fibers. These fibers can be natural, synthetic or mineral. It may for example be vegetable or chemical fibers. According to a first variant, the n textile layers 15 of the intermediate layer are made from glass fibers. According to a second variant, the n textile layers of the intermediate layer are made from polyester fibers. According to a third variant, the n textile layers of the intermediate layer are made from plant fibers. Advantageously, the n textile layers of the intermediate layer are equidistant and are offset longitudinally (that is to say in a direction parallel to the planes of the n layers) relative to one another so that the projection of the n layers on the same plane parallel to the planes n textile layers provides a layer 30 in which the pitch between the parallel fibers is constant. Such an arrangement of n layers at a regular offset provides a three-dimensional network in which the space allocated to the first insulating polymer to penetrate the mesh of the n textile layers is regular. The n textile layers are in fact staggered so as to facilitate the impregnation of the first insulating polymer. The first insulating polymer can thus penetrate regularly and more easily into the n layers of textile, which makes it possible to obtain a composite which is both homogeneous and which has a constant coefficient of thermal expansion. Advantageously, the first insulating polymer and the second insulating polymer are the same insulating polymer.
De préférence, la couche intermédiaire a une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 20 mm. Preferably, the intermediate layer has a thickness of between 0.2 mm and 20 mm.
L'invention concerne également une ampoule à vide comprenant un surmoulage tel que décrit ci- dessus. The invention also relates to a vacuum bulb comprising an overmolding as described above.
Enfin, l'invention concerne un procédé de surmoulage d'une ampoule à vide pour le cas où l'on utiliserait au moins deux couches de textile. Le procédé comprend les étapes suivantes : a) formation d'une couche intermédiaire sur l'ampoule à vide (en fait, la couche intermédiaire enveloppe l'ampoule à vide) ; b) formation d'une couche de surmoulage sur la couche intermédiaire, 8 la couche intermédiaire et la couche de surmoulage servant à isoler électriquement l'ampoule à vide, caractérisé en ce que l'étape a) comprend : - le dépôt de n couches de textile empilées sur l'ampoule à vide, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les n couches de textile étant espacées les unes des autres selon un espace constant et décalées les unes par rapport aux autres de telle sorte que la kième couche de textile soit décalée d'une valeur 1/n selon la direction i et d'une valeur 1/n selon la direction j d'un repère orthonormé (O,i,j) attaché à la (k-1)ième couche de textile sous-jacente, k étant un nombre entier compris entre 2 et n ; - le dépôt d'une couche de premier polymère isolant imprégnant et recouvrant les n couches de textile, et caractérisé en ce que la couche de surmoulage formée à l'étape b) est en un second polymère isolant. Avantageusement, le premier polymère isolant de la couche intermédiaire et le second polymère isolant de la couche de surmoulage sont identiques. Finally, the invention relates to a method of overmolding a vacuum bottle for the case where at least two layers of textile are used. The method comprises the following steps: a) forming an intermediate layer on the vacuum bottle (in fact, the intermediate layer envelops the vacuum bottle); b) forming an overmoulding layer on the intermediate layer, the intermediate layer and the overmolding layer for electrically isolating the vacuum ampoule, characterized in that step a) comprises: depositing n layers of textile stacked on the vacuum bulb, n being an integer greater than or equal to 2, the n textile layers being spaced from each other in a constant space and offset relative to each other so that the kth textile layer is shifted by a value 1 / n along the direction i and a value 1 / n according to the direction j of an orthonormal coordinate system (O, i, j) attached to the (k-1) th layer underlying textile, k being an integer between 2 and n; depositing a layer of insulating first polymer impregnating and covering the n textile layers, and characterized in that the over-molding layer formed in step b) is made of a second insulating polymer. Advantageously, the first insulating polymer of the intermediate layer and the second insulating polymer of the overmolding layer are identical.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : 9 - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une ampoule à vide surmoulée selon l'invention, - la figure 2 est un graphique représentant respectivement le coefficient de dilatation thermique linéaire (CTE) (trait plein) et la teneur en textile (trait discontinu) en fonction de la position radiale à l'extérieur de l'ampoule à vide surmoulée selon l'invention, - la figure 3a représente un exemple d'agencement de 3 couches de textile superposées de manière à former, après l'ajout d'un polymère isolant, une couche intermédiaire composite homogène selon l'invention, - la figure 3b représente une vue éclatée de la figure 3a. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the following description, given by way of non-limiting example, accompanied by the appended drawings in which: FIG. a cross-sectional view of an overmolded vacuum bulb according to the invention, - Figure 2 is a graph respectively representing the coefficient of linear thermal expansion (CTE) (solid line) and the textile content (discontinuous line) depending of the radial position outside the overmolded vacuum bulb according to the invention, - Figure 3a shows an example of an arrangement of three textile layers superimposed so as to form, after the addition of an insulating polymer , a homogeneous composite intermediate layer according to the invention, - Figure 3b shows an exploded view of Figure 3a.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Une ampoule à vide surmoulée 1 selon l'invention est représentée dans la figure 1. On notera que les éléments constitutifs de l'ampoule à vide surmoulée représentée dans la figure 1 ne sont pas représentés à l'échelle. L'ampoule à vide 6 est constituée de deux contacts électriquement conducteurs 3 confinés dans une enceinte scellée 2. L'enceinte 2 est réalisée en un matériau électriquement isolant, qui est généralement de la céramique. Les connexions électriques 3 quant à elles sont en matériau électriquement conducteur, par exemple en cuivre. 10 Selon l'invention, l'ampoule à vide 6 est surmoulée en étant entourée d'une couche intermédiaire composite 4 constituée de couches de textile, par exemple des couches en fibres de verre, empilées et espacées régulièrement les unes des autres et imprégnées à l'aide d'un premier polymère isolant (par exemple une résine isolante, ou plus particulièrement une résine époxy). La couche intermédiaire 4 est à son tour recouverte d'une couche de surmoulage 5 en un second polymère d'isolation, c'est-à-dire un matériau synthétique solide d'isolation électrique, par exemple une résine isolante. Le polymère d'isolation utilisé pour former la couche intermédiaire composite est préférentiellement le même polymère d'isolation que celui utilisé pour former la couche de surmoulage 5. L'imprégnation de la couche intermédiaire 4 et la réalisation de la couche de surmoulage 5 peuvent ainsi avantageusement être réalisées au cours d'une seule et même opération d'injection d'un seul polymère isolant. Les couches textiles imprégnées de polymère isolant (par exemple de résine isolante) forment alors un composite après durcissement du polymère. Le polymère isolant utilisé pour former la couche intermédiaire composite selon l'invention peut être tout matériau synthétique solide d'isolation électrique qui puisse imprégner les couches de textile et durcir pour réaliser une couche intermédiaire électriquement isolante ayant un coefficient de dilatation thermique de valeur intermédiaire comprise entre les coefficients de dilatation thermique du 11 matériau de la couche de surmoulage et du matériau de l'ampoule à vide. De préférence, la composition des couches de textile et la composition du premier polymère isolant sont choisies de manière à obtenir une couche intermédiaire composite ayant un coefficient de dilatation thermique de valeur environ équidistante entre les valeurs des coefficients de dilatation thermique de l'ampoule à vide et du matériau de la couche de surmoulage (voir la figure 2). DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS An overmoulded vacuum lamp 1 according to the invention is shown in FIG. 1. It will be noted that the constituent elements of the overmolded vacuum lamp shown in FIG. 1 are not represented at the scale. . The vacuum bulb 6 consists of two electrically conductive contacts 3 confined in a sealed enclosure 2. The enclosure 2 is made of an electrically insulating material, which is generally ceramic. The electrical connections 3 in turn are made of electrically conductive material, for example copper. According to the invention, the vacuum bottle 6 is overmolded by being surrounded by a composite intermediate layer 4 consisting of layers of textile, for example fiberglass layers, stacked and regularly spaced from each other and impregnated with using a first insulating polymer (for example an insulating resin, or more particularly an epoxy resin). The intermediate layer 4 is in turn covered with an overmolding layer 5 of a second insulation polymer, that is to say a solid synthetic material of electrical insulation, for example an insulating resin. The insulation polymer used to form the composite intermediate layer is preferably the same insulation polymer as that used to form the over-molding layer 5. The impregnation of the intermediate layer 4 and the production of the overmolding layer 5 can thus advantageously be performed during a single injection operation of a single insulating polymer. The textile layers impregnated with insulating polymer (eg insulating resin) then form a composite after curing the polymer. The insulating polymer used to form the composite intermediate layer according to the invention may be any solid synthetic electrical insulating material which can impregnate the textile layers and harden to produce an electrically insulating intermediate layer having an intermediate value of thermal expansion coefficient. between the thermal expansion coefficients of the material of the overmold layer and the material of the vacuum bulb. Preferably, the composition of the textile layers and the composition of the first insulating polymer are chosen so as to obtain a composite intermediate layer having a coefficient of thermal expansion of approximately equidistant value between the values of the thermal expansion coefficients of the vacuum ampoule. and the material of the over-molding layer (see Figure 2).
Le premier polymère isolant 4 (par exemple une résine isolante) utilisé pour former la couche intermédiaire peut être le même polymère isolant que celui qui est utilisé pour former la couche de surmoulage. The first insulating polymer 4 (eg an insulating resin) used to form the intermediate layer may be the same insulating polymer as is used to form the overmold layer.
Les couches de textile sont des nappes de tissus réalisées en fibres minérales, en fibres végétales ou synthétiques. Il peut par exemple s'agir de fibres de verre. Les couches de textile bidimensionnelles sont obtenues de manière classique par le tissage de fibres, c'est-à-dire par l'entrecroisement, dans un même plan, d'une première série de fibres (appelées fibres de chaine) et d'une seconde série de fibres (appelées fibres de trame), disposée selon un angle non nul par rapport à la première série de fibres. De préférence, la première série de fibres est disposée perpendiculairement par rapport à la seconde série de fibres. Les couches de textile tridimensionnelles du type tissus tridimensionnels comprennent, en plus de la première et de la seconde séries de fibres 12 mentionnées ci-dessus, au moins une troisième série de fibres parallèles qui viennent entrecroiser le plan formé par la première et la seconde série de fibres. The textile layers are webs of fabrics made of mineral fibers, vegetable or synthetic fibers. It may for example be glass fibers. The two-dimensional textile layers are conventionally obtained by fiber weaving, that is to say by intersecting, in the same plane, a first series of fibers (called chain fibers) and a second series of fibers (called weft fibers) arranged at a non-zero angle with respect to the first series of fibers. Preferably, the first set of fibers is arranged perpendicular to the second set of fibers. The three-dimensional textile layers of the three-dimensional fabric type comprise, in addition to the first and second series of fibers 12 mentioned above, at least a third series of parallel fibers which intersect the plane formed by the first and the second series fiber.
Nous allons à présent décrire la réalisation de deux variantes de surmoulage selon l'invention. Dans ces deux variantes, l'ampoule à vide est réalisée en céramique ayant un coefficient de dilatation thermique d'environ 8.10-6 °C-1 (par exemple en céramique d'alumine Al2O3) et la couche de surmoulage est réalisée en un polymère isolant ayant un coefficient de dilatation thermique d'environ 36.10- 6 °C-1 (il peut s'agir, par exemple, d'une résine thermodurcissable telle qu'une résine époxyde bisphénol ou une résine époxyde cyclo-aliphatique comme nous le verrons ci-dessous). Selon un premier exemple de réalisation, la résine isolante utilisée pour réaliser la couche de surmoulage est une résine époxyde bisphénol chargée à 60% de farine de silice. La farine de silice peut éventuellement être silanisée. La couche intermédiaire est quant à elle un composite constitué de 4 couches de textile de verre, imprégnées de la résine époxyde bisphénol mentionnée ci-dessus. La couche intermédiaire, obtenue après durcissement de la résine isolante, a une épaisseur moyenne d'environ 1,8 mm. We will now describe the embodiment of two overmolding variants according to the invention. In these two variants, the vacuum bottle is made of ceramic having a coefficient of thermal expansion of about 8 × 10 -6 ° C. (for example Al 2 O 3 alumina ceramic) and the overmolding layer is made of a polymer insulation having a coefficient of thermal expansion of about 36.10-6 ° C-1 (it may be, for example, a thermosetting resin such as a bisphenol epoxy resin or a cyclo-aliphatic epoxy resin as we shall see below). According to a first exemplary embodiment, the insulating resin used to produce the overmoulding layer is a bisphenol epoxy resin loaded with 60% silica flour. The silica meal may optionally be silanized. The intermediate layer is a composite consisting of 4 layers of glass fabric, impregnated with the epoxy resin bisphenol mentioned above. The intermediate layer, obtained after curing the insulating resin, has an average thickness of about 1.8 mm.
Les couches de textile de verre utilisées sont par exemple des tissus bidimensionnels bi-axiaux, 13 dont les axes sont orientés respectivement selon un angle de 0° et de 90°. Le textile de verre utilisé peut par exemple être du Tissu Roving 500T fabriqué par la société CHOMARAT, ayant un grammage de 520 g/m2. Selon un second exemple de réalisation, le polymère isolant utilisé pour réaliser la couche de surmoulage est une résine époxyde cyclo-aliphatique chargée à 66% de farine de silice. La farine de silice peut éventuellement être silanisée. La couche intermédiaire est quant à elle un composite constitué de 3 couches de textile de verre, imprégnées de la résine époxyde cyclo-aliphatique mentionnée ci-dessus. La couche intermédiaire, obtenue après 15 durcissement de la résine isolante, a une épaisseur moyenne d'environ 1,3 mm. Le textile de verre utilisé est par exemple un tissu bidimensionnel bi-axial, dont les axes sont orientés respectivement selon un angle de -45° et de 20 +45°. Le textile de verre utilisé peut par exemple être du verre E, ayant un grammage de 560 g/m2, par exemple du SILASOX V29L250X fabriqué par la société A&P TECHNOLOGY. Le textile de verre peut par exemple être présenté sous la forme d'une chaussette, c'est-à-dire 25 un cylindre, destinée à venir s'ajuster autour de l'ampoule à vide. La couche intermédiaire peut être obtenue en disposant les n couches de textile sur l'ampoule à vide, puis en versant ou en injectant le polymère 30 isolant sous forme liquide sur ces n couches. Puis, on procède au durcissement du polymère isolant. Par 10 14 exemple, si le polymère isolant utilisé est une résine thermodurcissable, alors on applique de la chaleur. Le polymère isolant peut être un polymère de type thermodurcissable ou thermoplastique ou élastomère. Il est à noter qu'il est important que les couches de textile utilisées pour réaliser la couche intermédiaire en composite soient disposées de manière à ce que le polymère isolant pénètre facilement et de manière homogène dans les couches de textile, de manière à obtenir une couche intermédiaire ayant une composition et un coefficient de dilatation homogènes (voir les figures 3a et 3b). Sachant que plus la densité de textile dans la couche intermédiaire est forte, plus le coefficient de dilatation du composite obtenu est faible, on adapte cette densité en fonction du coefficient de dilatation que l'on souhaite obtenir dans la couche intermédiaire, c'est-à-dire que l'on adapte le nombre de couches de textile et/ou la densité en textile de chaque couche de textile, chaque couche de textile ayant la même densité. De préférence, le coefficient de dilatation thermique de la couche composite sera adapté de manière à être environ égale à : (îampoule à vide + arésine de surmoulage) /2 La couche intermédiaire du surmoulage selon l'invention permet de limiter l'écart entre les coefficients de dilation thermique du matériau de l'ampoule à vide et de la couche de surmoulage. La couche intermédiaire permet ainsi de réduire les écarts 15 de dilatation thermique entre le matériau de la couche de surmoulage (servant à l'isolation diélectrique de l'ampoule à vide) et le matériau de l'ampoule à vide. Dans les deux exemples de réalisation décrits ci-dessus, on obtient une couche intermédiaire ayant un coefficient de dilatation thermique d'environ 22.10-6 °C-1 Comme on peut le constater dans le graphique de la figure 2, la couche intermédiaire 4 ainsi réalisée comporte effectivement un coefficient de dilatation thermique ayant une valeur intermédiaire entre les coefficients de dilatation thermique du matériau de l'ampoule à vide 2 et de la couche de surmoulage 5, respectivement de 8.10-6 °C-1 et de 36.10- 6 °C-l. Grace à ce coefficient de dilatation thermique intermédiaire, la couche intermédiaire supporte les dilatations de la céramique constituant l'enceinte de l'ampoule à vide et les dilatations de la couche de surmoulage sans le moindre signe de dégradation (décollement des interfaces, fissurations des matériaux...). De plus, lorsqu'en plus on utilise le même polymère isolant pour réaliser la couche intermédiaire et la couche de surmoulage, cela permet de s'assurer que la couche intermédiaire aura une bonne tenue mécanique et une forte adhérence, à la fois sur le matériau constituant l'enceinte de l'ampoule à vide et sur la couche de surmoulage elle-même. The glass textile layers used are, for example bi-axial two-dimensional fabrics, the axes of which are respectively oriented at an angle of 0 ° and 90 °. The glass fabric used may for example be Roving Fabric 500T manufactured by the company CHOMARAT, having a basis weight of 520 g / m2. According to a second exemplary embodiment, the insulating polymer used for producing the overmoulding layer is a cycloaliphatic epoxy resin loaded with 66% silica flour. The silica meal may optionally be silanized. The intermediate layer is itself a composite consisting of 3 layers of glass fabric, impregnated with the cycloaliphatic epoxy resin mentioned above. The intermediate layer, obtained after curing the insulating resin, has an average thickness of about 1.3 mm. The glass fabric used is for example a bi-axial two-dimensional fabric whose axes are respectively oriented at an angle of -45 ° and 20 + 45 °. The glass fabric used may for example be E glass having a basis weight of 560 g / m 2, for example SILASOX V29L250X manufactured by A & P TECHNOLOGY. The glass textile may for example be in the form of a sock, ie a cylinder, intended to fit around the vacuum bulb. The intermediate layer can be obtained by arranging the n layers of textile on the vacuum bottle, then pouring or injecting the insulating polymer in liquid form on these n layers. Then, the insulating polymer is cured. For example, if the insulating polymer used is a thermosetting resin, then heat is applied. The insulating polymer may be a thermosetting or thermoplastic polymer or elastomer. It should be noted that it is important that the textile layers used to make the composite interlayer are arranged so that the insulating polymer penetrates easily and homogeneously into the textile layers, so as to obtain a layer intermediate having a homogeneous composition and coefficient of expansion (see Figures 3a and 3b). Knowing that the higher the density of textile in the intermediate layer, the lower the coefficient of expansion of the composite obtained, this density is adapted according to the expansion coefficient that is desired in the intermediate layer, that is, that is to say that the number of textile layers and / or the textile density of each textile layer is adapted, each textile layer having the same density. Preferably, the coefficient of thermal expansion of the composite layer will be adapted to be approximately equal to: (vacuum bulb + overmolding arene) / 2 The intermediate layer of the overmoulding according to the invention makes it possible to limit the difference between thermal expansion coefficients of the material of the vacuum bulb and the overmoulding layer. The intermediate layer thus makes it possible to reduce the differences in thermal expansion between the material of the over-molding layer (used for the dielectric insulation of the vacuum bottle) and the material of the vacuum bottle. In the two embodiments described above, an intermediate layer having a coefficient of thermal expansion of approximately 22 × 10 -6 ° C. is obtained. As can be seen in the graph of FIG. 2, the intermediate layer 4 and realized actually has a coefficient of thermal expansion having an intermediate value between the thermal expansion coefficients of the material of the vacuum bottle 2 and the overmolding layer 5, respectively 8.10-6 ° C-1 and 36.10-6 ° Cl. Thanks to this intermediate coefficient of thermal expansion, the intermediate layer supports the expansions of the ceramic constituting the enclosure of the vacuum ampoule and the expansions of the overmoulding layer without any sign of degradation (separation of the interfaces, cracking of the materials ...). In addition, when in addition the same insulating polymer is used to make the intermediate layer and the overmolding layer, this makes it possible to ensure that the intermediate layer will have good mechanical strength and strong adhesion, both on the material. constituting the enclosure of the vacuum bulb and the over-molding layer itself.
Cette bonne tenue mécanique, ainsi que cette forte adhérence (due à l'utilisation d'un même 16 polymère isolant), améliorent encore un peu plus la capacité de la couche intermédiaire à résister aux signes de dégradation diélectrique. Ainsi, le matériau de l'ampoule à vide (céramique) et le matériau de la couche de surmoulage sont, sous sollicitations thermiques, beaucoup moins contraints, car ils sont en contact avec la couche intermédiaire qui possède un comportement thermique (dilatation) beaucoup plus proche du leur. This good mechanical strength, as well as this strong adhesion (due to the use of the same 16 insulating polymer), further improve the ability of the intermediate layer to resist the signs of dielectric degradation. Thus, the material of the vacuum bulb (ceramic) and the material of the overmolding layer are, under thermal stress, much less constrained because they are in contact with the intermediate layer which has a thermal behavior (dilation) much more close to theirs.
De préférence, les n couches de textile de la couche intermédiaire sont empilées les unes sur les autres de manière à former un réseau tridimensionnel dans lequel le polymère isolant puisse facilement pénétrer uniformément. Pour cela, le réseau tridimensionnel a une trame suffisamment aérée pour laisser passer les charges du polymère isolant (par exemple des charges de silice d'une résine isolante) et ainsi avoir une proportion de charges dans le polymère isolant la plus homogène possible. Preferably, the n textile layers of the intermediate layer are stacked one on the other so as to form a three-dimensional network in which the insulating polymer can easily penetrate uniformly. For this, the three-dimensional network has a frame sufficiently ventilated to pass the charges of the insulating polymer (for example silica fillers of an insulating resin) and thus have a proportion of charges in the most homogeneous insulating polymer possible.
Nous avons illustré dans les figures 3a et 3b un exemple d'un tel empilement. Dans cet exemple, trois couches de textile identiques (c'est-à-dire ayant un maillage identique et des fibres de même composition et de même diamètre) sont empilées les unes sur les autres (figure 3b) de manière à ce qu'on obtienne un réseau tridimensionnel présentant un maillage uniforme. Ici, si l'on attribue un repère orthonormé (0, i, j) à l'une des couches (par exemple la couche inférieure que l'on appellera première couche 10), les dimensions du repère étant calquées sur les dimensions d'une maille de ladite couche, la couche située directement au 17 dessus de la première couche 10 (que nous appellerons seconde couche 20) aura son repère (0', i', j') décalé de 1/3 selon la direction i et de 1/3 selon la direction j par rapport à la première couche et la couche située au-dessus de la seconde couche (que nous appellerons troisième couche 30) aura quant à elle un repère (0", i", j") décalé de 2/3 selon la direction i et de 2/3 selon la direction j par rapport à la première couche, et décalé de 1/3 selon la direction i et de 1/3 selon la direction j par rapport à la seconde couche. Au final, on obtient bien un réseau tridimensionnel homogène 40 (voir figure 3a). We have illustrated in Figures 3a and 3b an example of such a stack. In this example, three identical textile layers (that is to say having an identical mesh and fibers of the same composition and the same diameter) are stacked on top of each other (FIG. 3b) so that obtain a three-dimensional network with a uniform mesh. Here, if one assigns an orthonormal reference (0, i, j) to one of the layers (for example the lower layer which will be called first layer 10), the dimensions of the reference being modeled on the dimensions of a mesh of said layer, the layer directly above the first layer 10 (which we will call second layer 20) will have its reference (0 ', i', j ') shifted by 1/3 in the direction i and 1/3 in the direction j relative to the first layer and the layer above the second layer (which we will call third layer 30) will have a reference (0 ", i", j ") offset from 2/3 in the direction i and 2/3 in the direction j relative to the first layer, and offset by 1/3 in the direction i and 1/3 in the direction j relative to the second layer. final, we obtain a homogeneous three-dimensional network 40 (see Figure 3a).
Le surmoulage selon l'invention présente de nombreux avantages. Il limite les dilatations différentielles entre le matériau de l'ampoule à vide et le matériau de la couche de surmoulage grâce à la présence de la couche intermédiaire. D'autre part, le surmoulage selon l'invention ne comporte qu'une seule couche composite homogène (couche intermédiaire) réalisée à partir de couches textile. L'invention présente donc une solution plus simple et plus facile à mettre en oeuvre, d'une part, et moins couteuse, d'autre part, que les solutions connues de l'art antérieur. Le surmoulage d'une ampoule à vide selon l'invention est encore plus facilité lorsqu'on utilise, selon des modes de réalisation préférés, un même polymère isolant pour réaliser la couche intermédiaire et la couche de surmoulage. 18 Enfin, le surmoulage selon l'invention est structurellement plus simple que le surmoulage proposé dans l'art antérieur, et notamment dans le document [2], et est donc plus fiable. En effet, ici, la transition du matériau de l'ampoule à vide au matériau de la couche de surmoulage se fait par le biais d'une unique couche composite homogène ayant un coefficient de dilatation constant. Overmolding according to the invention has many advantages. It limits the differential expansions between the material of the vacuum bulb and the material of the overmolding layer due to the presence of the intermediate layer. On the other hand, overmolding according to the invention comprises only one homogeneous composite layer (intermediate layer) made from textile layers. The invention therefore has a simpler solution and easier to implement, on the one hand, and less expensive, on the other hand, than the known solutions of the prior art. Overmoulding of a vacuum interrupter according to the invention is even easier when using, according to preferred embodiments, the same insulating polymer for producing the intermediate layer and the overmolding layer. Finally, overmolding according to the invention is structurally simpler than the overmoulding proposed in the prior art, and in particular in document [2], and is therefore more reliable. Indeed, here, the transition of the material of the vacuum bulb to the material of the overmoulding layer is through a single homogeneous composite layer having a constant coefficient of expansion.
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