FR3066311A1 - Dispositif de centrage d'un ecran metallique dans une ampoule a vide, et ampoule a vide comportant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de centrage d'un écran métallique à l'intérieur d'une ampoule à vide, ce dispositif de centrage étant destiné à réaliser le centrage de l'écran par rapport à l'enveloppe préalablement à la fixation dudit écran à l'enveloppe à température élevée. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bande métallique (12,13) enroulée autour de l'écran (6,6a) et fixé à celui-ci, ladite bande (12,13) comportant plusieurs découpes formant, après déformation plastique, des languettes (15) inclinées par rapport à la surface de l'écran en direction de l'enveloppe, de telle manière que lorsque l'écran est introduit dans l'enveloppe de l'ampoule, ces languettes sont soumises à un premier fléchissement élastique vers l'écran (6,6a) lorsqu'elles entrent en contact avec la paroi interne (1b) de l'enveloppe (1), puis ces mêmes languettes (15) réalisent un premier centrage dudit écran (6,6a) par rappel élastique des languettes en direction de l'enveloppe, et que lors de l'opération de fixation à chaud dudit écran à l'enveloppe (1,1a), ces mêmes languettes (15) sont soumises à un second fléchissement en direction de l'enveloppe, sous l'effet de la dilatation différentielle entre l'enveloppe et l'écran, de manière à maintenir le premier centrage réalisé.

Description

DISPOSITIF DE CENTRAGE D’UN ECRAN METALLIQUE DANS UNE AMPOULE A VIDE, ET AMPOULE A VIDE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF.

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE L’invention se rapporte au domaine des ampoules à vide et plus précisément au domaine de l’assemblage de ces ampoules à vide.

La présente invention concerne un dispositif de centrage d’un écran métallique à l’intérieur d’une ampoule à vide, ladite ampoule comportant une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux capots d’extrémités et renfermant deux électrodes respectivement fixe et mobile, ledit dispositif de centrage étant destiné à réaliser le centrage de l’écran par rapport à l’enveloppe préalablement à la fixation dudit écran à l’enveloppe à température élevée.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Une ampoule à vide est généralement de symétrie axiale et comporte un corps d’ampoule constitué principalement par une enveloppe isolante de forme sensiblement cylindrique fermée par deux capots d’extrémité. L’axe de symétrie de ce corps d’ampoule définit ainsi l’axe de symétrie de l’ampoule à vide.

Afin de limiter les risques d’arc électrique et d’obtenir une bonne répartition du champ électromagnétique dans l’ampoule, les éléments internes composant de telles ampoules à vide, tels que les contacts, l’écran ou même les couvercles de l’ampoule doivent respecter une relative concentricité vis-à-vis de l’axe de symétrie de l’enveloppe précitée.

Cette concentricité reste difficile à garantir lors de la fabrication d’une ampoule à vide. En effet, l’assemblage d’une ampoule à vide peut nécessiter des cycles de montée en température notamment en ce qui concerne les étapes de brasage.

En effet, le scellement des ampoules à vide se fait généralement dans un four à vide à une température suffisamment élevée pour faire fondre des brasures en argent cuivre. A cette température, le centrage de l’enveloppe isolante par rapport aux pièces internes en cuivre pose un problème dû à la différence de coefficient de dilatation et aux tolérances géométriques des pièces et notamment de l’enveloppe isolante. Et la dilatation thermique de ces éléments d’ampoule lors de ces montées en température peut engendrer un désalignement vis-à-vis de l’axe de symétrie.

Il est difficile de fournir une bonne concentricité entre ces éléments internes de l’ampoule et l’enveloppe de l’ampoule sans imposer des tolérances extrêmement serrées sur les pièces (essentiellement les céramiques et les écrans), ce qui a pour effet d’augmenter drastiquement le coût de fabrication d’une ampoule à vide.

Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d’équiper les éléments d’ampoule de systèmes de centrage qui sont adaptés pour centrer lesdits éléments d’ampoule à vide par rapport à l’axe de l’enveloppe de l’ampoule qu’ils équipent.

Ces systèmes de centrage peuvent prendre la forme soit de lamelles élastiques soit de bosselages qui sont répartis sur le pourtour extérieur de l’élément de manière à ce que ces lamelles ou bosselages s’intercalent entre l’élément et le corps d’ampoule permettant ainsi de centrer l’élément. Ainsi de tels systèmes de centrage en venant en appui sur le corps d’ampoule permettent de maintenir les éléments en place pendant l’assemblage de l’ampoule et notamment pendant les cycles de montée en température.

Ces systèmes à lamelles conviennent bien pour des écrans en acier inoxydables, car les lamelles sont suffisamment élastiques pour garder leur efficacité une fois l’écran mis en place. Pour des ampoules à vide où la performance électrique impose des écrans en cuivre, les lamelles ne conviennent pas parce que le cuivre n’est pas suffisamment élastique. Concernant l’utilisation de lamelles, celles-ci peuvent entraîner une baisse de la tenue diélectrique de l’ampoule en raison de leur forme, celle-ci formant un point triple, et de l’ouverture qu’elles peuvent laisser dans le cas où elles sont formées dans l’élément par un procédé de poinçonnage. De telles lamelles, lorsqu’elles sont rapportées sur l’élément d’ampoule à centrer, nécessitent généralement une étape coûteuse, telle qu’un brasage, pour être installées sur ledit élément. De plus, le positionnement de ces lamelles doit être précis afin d’assurer la conformité du centrage des éléments à centrer.

En ce qui concerne les bosselages, ceux-ci ne présentent pas les propriétés élastiques des lamelles. Il est donc nécessaire que leur forme soit ajustée précisément pour permettre un centrage « à chaud » afin d’absorber les déformations liées à la dilatation thermique.

En effet, lors du brasage en température, l’écran en cuivre se dilate plus que l’enveloppe en céramique. Les bossages réalisés sur l’écran entrent alors en contact avec la céramique et recentre l’écran par l’effet du chauffage sans endommager la céramique car l’écran en cuivre est assoupli par le chauffage. Cependant, les tolérances sur la céramique et l’écran sont telles que ce contact n’a pas toujours lieu.

On connaît le brevet FR 3 023 056 décrivant une ampoule à vide dans laquelle est utilisée un ressort en cuivre, placé entre la céramique et l’écran. Ce ressort lors de l’assemblage, entre en contact avec l’enveloppe en céramique et assure un centrage à froid de l’écran par rapport à la céramique. Ainsi, cette solution permet d’obtenir un centrage à froid et à chaud, mais est cependant très coûteuse.

Pour toutes ces raisons, quel que soit le type de système de centrage retenu parmi les lamelles élastiques, les bosselages, et les extenseurs, ceux-ci ne permettent pas de garantir que tous les types d’ampoules à vide assemblées présentent la configuration concentrique requise. Il est donc nécessaire, malgré l’utilisation de ces systèmes de centrage, de faire un tri pour éliminer les ampoules à vide non conformes après la mesure de la concentricité entre les deux parties en céramique ou entre un couvercle et une partie en céramique.

La présente invention résout ces problèmes et propose un dispositif de centrage simple et économique d’un écran métallique dans une ampoule à vide permettant d’assurer un centrage fiable et durable à moindre coût dudit écran par rapport à l’enveloppe de l’ampoule, du début du montage de l’ampoule jusqu’à la fin du refroidissement après les cycles de chauffage de l’ampoule.

EXPOSE DE L’INVENTION A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de centrage d’un écran métallique à l’intérieur d’une ampoule à vide du genre précédemment mentionné, ce dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte une bande métallique enroulée autour de l’écran et fixé à celui-ci, ladite bande comportant plusieurs découpes formant, après déformation plastique, des languettes inclinées par rapport à la surface de l’écran en direction de l’enveloppe, de telle manière que lorsque l’écran est introduit dans l’enveloppe de l’ampoule, ces languettes sont soumises à un premier fléchissement élastique vers l’écran lorsqu’elles entrent en contact avec la paroi interne de l’enveloppe, ces mêmes languettes réalisant un premier centrage dudit écran par rappel élastique des languettes en direction de l’enveloppe, et que lors de l’opération de fixation à chaud dudit écran à l’enveloppe, ces mêmes languettes sont soumises à un fléchissement dit second en direction de l’enveloppe, sous l’effet de la dilatation différentielle entre l’écran et la céramique, de manière à maintenir le premier centrage réalisé.

Selon une caractéristique particulière, les languettes précitées sont pliées suivant un axe de pliage s’étendant suivant une direction sensiblement parallèle à l’axe de l’ampoule.

Selon une caractéristique particulière, la valeur de l’angle d’inclinaison des languettes par rapport à la surface de l’écran correspondant à la déformation plastique réalisée lors de la fabrication de l’écran afin de réaliser ces languettes, est au maximum de 85°.

Selon une autre caractéristique, la bande précitée est réalisée en acier inoxydable.

Selon une autre caractéristique, les languettes précitées sont réalisées par découpe puis emboutissage au moins partiel d’une portion de la bande métallique précitée.

Selon une autre caractéristique, les languettes précitées présentent une forme demi-ronde ou triangulaire ou bien une forme située entre ces deux formes.

Selon une autre caractéristique, la longueur de la bande métallique précitée est supérieure de quelques millimètres au périmètre de l’écran afin de permettre la réalisation d’une soudure par point entre les deux extrémités de la bande.

Selon une autre caractéristique, l’extrémité des languettes présente une forme arrondie de manière à ne pas endommager l’enveloppe.

Selon une autre caractéristique, ce dispositif est utilisé pour réaliser le centrage d’un écran dit central monté autour des contacts précités, et/ou d’un écran dit d’extrémité situé à l’une des extrémités de l’ampoule.

La présente invention a également pour objet une ampoule à vide comportant au moins un dispositif de centrage comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison.

Selon une caractéristique particulière, cette ampoule à vide comportant une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux capots d’extrémités et renfermant deux contacts respectivement fixe et mobile, la dite ampoule comportant également un écran central situé autour des contacts et étant constitué par une partie cylindrique comportant une collerette s’étendant à partir de la partie cylindrique de l’écran suivant une direction perpendiculaire à l’axe de l’écran, ladite collerette étant placée entre deux parties d’enveloppe, cette ampoule étant caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de centrage comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison, et comportant deux bandes métalliques destinées à être mises en place respectivement de part et d’autre de ladite collerette.

Mais d’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple et dans lesquels : -La figure 1 est une vue en perspective et comportant un arraché, illustrant une ampoule à vide équipée d’un dispositif de centrage selon l’invention, -La figure 2 est une vue de détail de la figure précédente, montrant une bande métallique équipée des languettes selon l’invention, -La figure 3 est une vue partielle en perspective de l’ampoule, illustrant la position des languettes par rapport à l’enveloppe, avant la mise en place de l’écran à l’intérieur de l’enveloppe en céramique, -La figure 4 est une vue en coupe radiale selon P de la figure 3, -La figure 4a est un élément de détail de la figure 4, illustrant l’une des languettes coopérant avec l’enveloppe, -Les figures 5 et 5a sont des vues similaires aux figures 4 et 4a, mais illustrant la position des languettes après le montage de l’écran à l’intérieur de l’enveloppe, et -Les figures 6 et 6a sont des vues similaires aux figures 5 et 5a, mais illustrant la position des languettes par rapport à l’enveloppe, après l’opération de scellement des éléments de l’ampoule à température élevée.

Sur la figure 1, une ampoule à vide A selon l’invention est représentée, laquelle est destinée à être utilisée dans un interrupteur pour effectuer la coupure dans un circuit électrique. De manière connue en soi, cette ampoule A comporte une enveloppe cylindrique 1,1a obturée par deux capots d’extrémité 2,3 dans laquelle sont logés deux contacts d'arc 4,5 dont l'un, fixe 4, est solidaire de l'un des capots précités 2 tandis que l'autre, mobile 5, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche à travers le capot d’extrémité dit inférieur 3. Chaque contact comporte une pastille de contact fixée sur une électrode, l’électrode du contact fixe étant fixée au capot dit supérieur 2, tandis que l’électrode du contact mobile est montée coulissante à travers le capot d’extrémité dit inférieur 3, un soufflet d’étanchéité 10 étant interposé entre l’électrode mobile et le capot d’extrémité inférieur. Cette ampoule A comporte également des écrans diélectriques comprenant un écran dit central 6,6a (en deux parties) placé autour des contacts, un écran dit d’extrémité 7 placé autour du capot d’extrémité dit inférieur 3, un autre écran dit d’extrémité 8 situé autour du capot dit supérieur 2 et un écran 9 situé autour du soufflet d’étanchéité 10, ces écrans étant constitués par un matériau métallique, de préférence de l’acier.

Selon la réalisation représentée sur la figure 1, l’enveloppe de l’ampoule est constituée de deux parties 1,1a. L’écran central situé autour des contacts est constitué par deux parties cylindriques 6,6a destinées à être fixées l’une à l’autre et dont l’une comporte une collerette 11 s’étendant à partir de la partie cylindrique correspondante de l’écran suivant une direction perpendiculaire à l’axe X de l’écran, ladite collerette étant destinée à être placée entre les deux parties d’enveloppe 1,1a. La fixation dudit écran sur l’enveloppe est réalisée en plaçant la collerette 11 entre les deux parties d’enveloppes 1,1a et en réalisant une brasure entre l’écran 6,6a et l’enveloppe 1,1a de part et d’autre de la collerette 11.

Cette ampoule est équipée d’un dispositif de centrage D selon l’invention, permettant de réaliser le centrage de l’écran central 6,6a par rapport à l’enveloppe 1,1a, avant la fixation définitive à chaud, dudit écran.

Ce dispositif de centrage D comporte deux bandes métalliques 12,13 fines montées de part et d’autre de la collerette précitée 11, en étant enroulées autour de l’écran 6,6a puis fixées à l’écran par une soudure réalisée entre les deux extrémités en regard de chacune des bandes métalliques.

Ces bandes métalliques sont réalisées de préférence en acier inoxydable, par exemple du type 304L, mais pourraient être réalisées dans un autre matériau, peu cher, élastique, et présentant un coefficient de dilatation proche de celui du cuivre.

Selon une réalisation particulière illustrée sur les figures, ces bandes métalliques 12,13 présentent des portions formées par découpe puis emboutissage partiel d’une partie de la bande métallique de manière à former des languettes élastiques 15 aptes à se plier suivant un axe Y de pliage s’étendant suivant une direction sensiblement parallèle à l’axe X de l’ampoule.

Avantageusement, ces languettes 15 présentent une forme demi-ronde mais pourrait présenter une autre forme telle qu’une forme triangulaire ou une forme située entre ces deux formes, ou toute autre forme permettant d’obtenir simplement par découpe une languette élastique.

Cette bande est découpée à une longueur supérieure de quelques millimètres au périmètre de l’écran 6,6a puis enroulée ensuite autour de l’écran 6,6a. Avantageusement, chacune des bandes précitées 12,13 est placée dans un évidement de forme annulaire 16 réalisé à cet effet autour de l’écran. Chacune des bandes 12,13 est maintenue en position contre l’écran 6,6a par la réalisation d’une soudure par point entre les deux extrémités de la bande, lesquelles extrémités se chevauchant légèrement de manière à permettre cette soudure. A l’état de repos, préalablement au montage de l’écran 6,6a dans l’enveloppe 1,1a les languettes élastiques 15 sont pliées dans une direction opposée à l’écran 6,6a selon un angle d’inclinaison a dont la valeur est de préférence inférieure ou égale à 85°.

On notera que l’angle d’inclinaison n’a pas trop d’importance et qu’il faut juste veiller à ne pas dépasser la limite élastique du matériau utilisé, sachant qu’une valeur de 85° maximum pour le premier angle d’inclinaison est préférable afin de faciliter la mise en place de l’écran.

Avantageusement, l’extrémité des languettes 15 est arrondie afin de ne pas abîmer la céramique lors de la mise en place de l’écran 6,6a à l’intérieur de l’enveloppe 1,1a. L’élasticité des languettes 15 permet de limiter la pression de contact et ainsi de ne pas endommager le matériau céramique de l’enveloppe 1.

Lorsque l’on insère à froid à l’intérieur de l’enveloppe en céramique, l’assemblage constitué par l’écran 6,6a et les deux bandes métalliques 12,13 comportant les languettes élastiques écartées, ces languettes 15 sont soumises à un premier fléchissement en direction de l’écran 6,6a lorsqu’elles entrent en contact avec la paroi intérieure 1 b de l’enveloppe 1, et le rappel élastique des languettes 15 en position de repos contre cette paroi interne 1 b permet de réaliser un premier centrage dit à froid.

Lors du brasage final de l’ampoule A permettant de fixer les différents éléments internes de l’ampoule à l’enveloppe en céramique, et notamment l’écran central 6,6a, les languettes 15 fléchissent encore un peu plus en direction de l’enveloppe du fait d’une dilatation plus élevée de l’écran par rapport à la céramique.

Ainsi, le centrage qui a été réalisé à froid est conservé à chaud, et reste efficace. Au moment du refroidissement, le brasage de l’écran en cuivre à l’enveloppe ayant été réalisé, l’écran est bien fixé à l’enveloppe en céramique.

On notera que la bande métallique selon l’invention peut être facilement découpée à la bonne longueur en avance à partir de rouleaux préfabriqués en acier.

Cette solution est simple et moins coûteuse que la solution utilisant un ressort à spires et, contrairement à la solution utilisant des bossages, elle garantit un vrai centrage. Il n’est plus utile d’utiliser un outillage externe pour réaliser le centrage.

Selon la réalisation illustrée sur les figures, le dispositif de centrage selon l’invention est utilisé pour réaliser le centrage de l’écran central de l’ampoule, mais pourrait de la même manière être utilisé pour réaliser le centrage d’un des autres écrans.

Ceci permettrait de faire de l’auto-centrage et ainsi de supprimer les outillages de centrage extérieur et même de réduire le coût des céramiques de ces mêmes ampoules en permettant des tolérances moins serrées.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n’a été donné qu’à titre d’exemple.

Ainsi, selon une autre réalisation, les languettes pourraient être réalisées de manière que leur axe de pliage s’étende selon un axe sensiblement perpendiculaire à l’axe de l’écran. Ceci imposerait cependant un sens de montage particulier et nécessiterait une bande métallique plus large.

Au contraire, l’invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci ont été réalisées suivant son esprit.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de centrage d’un écran métallique à l’intérieur d’une ampoule à vide, ladite ampoule comportant une enveloppe de forme sensiblement cylindrique fermée par deux capots d’extrémités et renfermant deux électrodes respectivement fixe et mobile, ledit dispositif de centrage étant destiné à réaliser le centrage de l’écran par rapport à l’enveloppe préalablement à la fixation dudit écran à l’enveloppe à température élevée, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une bande métallique (12,13) enroulée autour de l’écran (6,6a) et fixé à celui-ci, ladite bande (12,13) comportant plusieurs découpes formant, après déformation plastique, des languettes (15) inclinées par rapport à la surface de l’écran en direction de l'enveloppe, de telle manière que lorsque l’écran est introduit dans l’enveloppe de l’ampoule, ces languettes sont soumises à un premier fléchissement élastique vers l’écran (6,6a) lorsqu’elles entrent en contact avec la paroi interne (1b) de l'enveloppe (1,1a), ces mêmes languettes (15) réalisant ainsi un premier centrage dudit écran (6,6a) par rappel élastique des languettes en direction de l’enveloppe (1,1a), et que lors de l’opération de fixation à chaud dudit écran (6,6a) à l’enveloppe (1,1a), ces mêmes languettes (15) sont soumises à un second fléchissement en direction de l’enveloppe (1,1a), sous l’effet de la dilatation différentielle entre l’enveloppe et l'écran, de manière à maintenir le premier centrage réalisé.
2. 2. Dispositif de centrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les languettes précitées (15) sont pliées suivant un axe de pliage Y s’étendant suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe X de l’ampoule.
3. 3. Dispositif de centrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur a de l’angle d'inclinaison des languettes (15) par rapport à la surface de l’écran correspondant à la déformation plastique réalisée lors de la fabrication de l’écran afin de réaliser les languettes précitées, est au maximum de 85°.
4. 4. Dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande précitée (12,13) est réalisée en acier inoxydable,
5. 5. Dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les languettes précitées (15) sont réalisées par découpe puis emboutissage au moins partiel d’une partie de la bande métallique précitée (11,12).
6. 6. Dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les languettes précitées (15) présentent une forme demi-ronde ou triangulaire ou bien une forme située entre ces deux formes.
7. 7. Dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de la bande métallique précitée (12,13) est supérieure de quelques millimètres au périmètre de l’écran (6,6a) afin de permettre la réalisation d'une soudure par point entre les deux extrémités de la bande (11,12).
8. 8. Dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’extrémité des languettes (15) présente une forme arrondie de manière à ne pas endommager l’enveloppe.
9. 9. Utilisation d’un dispositif de centrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour réaliser le centrage d’un écran dît central (6,6a) monté autour des contacts (4,5) dans une ampoule à vide A, et/ou d’un écran dit d’extrémité (7,8) situé à l’une des extrémités de l’ampoule. 1 Q.Ampoule à vide caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
10. 11.Ampoule a vide comportant une enveloppe (1) de forme sensiblement cylindrique fermée par deux capots d’extrémités (2,3) et renfermant deux contacts (4,5) respectivement fixe et mobile, la dite ampoule A comportant également un écran central (6,6a) situé autour des contacts (4,5) et étant constitué par une partie cylindrique comportant une collerette (11) s'étendant à partir de la partie cylindrique de l’écran (6,6a) suivant une direction perpendiculaire à l’axe X de l'écran (6,6a), ladite collerette (11) étant placée entre deux parties d'enveloppe, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de centrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 comportant deux bandes métalliques destinées à être mises en place respectivement de part et d’autre de ladite collerette (11).