FR3112888A1 - Coupe circuit pyrotechnique - Google Patents

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Abstract

Coupe circuit pyrotechnique comprenant : - un boîtier (10), - au moins deux bornes de connexion (21, 22), - un circuit électrique interne reliant les deux bornes de connexion (21, 22) et formé par exemple par un conducteur électrique (31), - un organe d'ouverture (40), mobile et agencé pour ouvrir une partie à ouvrir du circuit électrique interne lors d'un déplacement entre une position initiale et une position finale, de sorte à former au moins deux portions de conducteur distinctes (32, 33) après ouverture, - un actionneur pyrotechnique (50) agencé pour déplacer l'organe d'ouverture (40) de la position initiale à la position finale, - une chambre interne (60) recevant la partie à ouvrir, caractérisé en ce que la chambre interne comprend ou contient au moins une surface interne formée par une paroi formée avec une matière plastique comprenant un retardateur de flamme. Figure pour l'abrégé : Fig. 5

Description

Coupe circuit pyrotechnique
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale un coupe circuit pyrotechnique destiné à être monté sur un véhicule automobile, et en particulier dans un circuit électrique de puissance d'un véhicule automobile, par exemple un véhicule hybride ou un véhicule électrique.
État de la technique
Il est connu dans l’art antérieur des dispositifs de coupe circuit, tel que celui décrit dans le document US20130175144, qui propose d'utiliser une matière isolante pouvant fluer. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient de requérir beaucoup de matière isolante pouvant fluer, ce qui nécessite de grosses quantités, peut générer des fuites. Dans le cas d'une matière contenant du silicone, des précautions et autorisations seront nécessaires pour une utilisation automobile (en raison de non compatibilité avec la peinture par exemple). De plus, la demanderesse a remarqué qu'une telle matière isolante pouvant fluer peut générer des temps d'ouverture plus longs et/ou des performances dégradées lors du fonctionnement du coupe circuit (le temps mis pour effectivement couper le passage d'un courant de forte puissance (par exemple au moins 100 A / 100 V, ou par exemple 800 A / 450 V). Enfin, il est important de pouvoir garantir, après fonctionnement, une bonne résistance d'isolement.
Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un coupe circuit pyrotechnique simple à fabriquer, présentant des capacités de coupe élevées, un temps d'ouverture rapide lors du fonctionnement, et une bonne résistance d'isolement après ouverture.
Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un coupe circuit pyrotechnique comprenant :
- un boîtier,
- au moins deux bornes de connexion,
- un circuit électrique interne reliant les deux bornes de connexion et formé par exemple par un conducteur électrique,
- un organe d'ouverture, mobile et agencé pour ouvrir une partie à ouvrir du circuit électrique interne lors d'un déplacement entre une position initiale et une position finale, de sorte à former au moins deux portions de conducteur distinctes après ouverture,
- un actionneur pyrotechnique agencé pour déplacer l'organe d'ouverture de la position initiale à la position finale,
- une chambre interne recevant la partie à ouvrir,
caractérisé en ce que la chambre interne comprend ou contient au moins une surface interne formée par une paroi formée avec une matière plastique comprenant un retardateur de flamme.
Selon la mise en œuvre ci-dessus, le coupe circuit comprend une paroi agencée dans la chambre interne, c’est-à-dire en regard de la partie à couper, et qui contient un retardateur de flamme. La demanderesse s'est aperçue que les résistances d'isolement après fonctionnement étaient supérieures à celles mesurées sur des coupes circuit ayant la même configuration géométrique, mais pas de matière avec un retardateur de flamme. En d'autres termes, prévoir un retardateur de flamme dans la matière d'une des parois exposées à l'arc électrique formé lors de la coupure permet de réduire notablement les courants de fuite une fois la coupure effectuée.
Selon un mode de réalisation, ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être un polymère, tel qu'un polyamide, et de préférence un polyphtalamide (PA 6T/66).
Selon un mode de réalisation, ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être un polymère formant une matrice, et comprenant un matériau de charge, tel que des fibres, de préférence des fibres inorganiques, par exemple des fibres de verre, dans une proportion allant de 10 % à 70 % en poids et de préférence dans une proportion allant de 45 % à 55 % en poids.
Selon un mode de réalisation, ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut s'éteindre d’elle-même au bout de 10 secondes, lors d’un test d’inflammabilité selon la norme UL94 (6ème édition du 28 mars 2013) effectué sur une éprouvette verticale, des pertes de particules étant autorisées tant que les particules perdues ne sont pas enflammées.
Selon un mode de réalisation, le retardateur de flamme peut être un composé non halogéné, sélectionné parmi :
- les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide cyanurique,
- les produits de condensation de la mélamine,
- les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
- les produits de conversion ou de réaction des produits de condensation de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
- les phosphinates métalliques,
- les esters d'acide phosphorique,
- les mélanges de ces matériaux.
Selon un mode de réalisation, le retardateur de flamme peut être un composé non halogéné, sélectionné parmi les composés suivants et leurs mélanges :
cyanurate de mélamine, phosphate de mélamine, pyrophosphate de mélamine, polyphosphate de mélamine, phosphate de melem (c’est-à-dire phosphate de 2,5,8-triaminoheptazine), pyrophosphate de melem, pyrophosphate de dimelamine, phosphate de dimelamine, polyphosphate de melem, phosphaphénanthrènes, hydroxydes métalliques, sels d'acide phosphinique, sels d'acide diphosphinique.
Selon un mode de réalisation, le coupe circuit pyrotechnique peut comprendre une partie de base formée par une deuxième matière plastique, et ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être rapportée ou surmoulée sur la partie de base. Une telle mise en œuvre permet de localiser la matière plastique comprenant le retardateur de flamme uniquement là où elle sera correctement exposée à l'arc électrique, sans prévoir de pièce supplémentaire.
Selon un mode de réalisation, l’organe d’ouverture peut comprendre :
- un corps d’ouverture formé par une deuxième matière plastique,
- une face exposée, formée par la matière plastique comprenant le retardateur de flamme surmoulée ou rapportée sur le corps d’ouverture et agencée en regard de la partie à ouvrir et/ou du côté la chambre interne. Une telle localisation sur l'organe d'ouverture garantit que la matière plastique comprenant le retardateur de flamme sera au plus proche de l'arc électrique, et sera donc bien exposée à ce dernier pour ensuite garantir que les résistances d'isolement sont élevées et reproductibles.
Selon un mode de réalisation, ladite deuxième matière peut être un polyamide, de préférence un polyphtalamide (PA 6.T/XT) formant une matrice, et pouvant comprendre des fibres de verre, dans une proportion allant de 40 % à 50 % en poids. La deuxième matière permet de procurer un corps d'ouverture robuste qui résiste bien aux efforts mécaniques.
Selon un mode de réalisation, le coupe circuit pyrotechnique peut être agencé pour engendrer un arc électrique entre les deux portions de conducteur distinctes lors du déplacement de l'organe d'ouverture entre la position initiale et une position finale, lorsque le coupe-circuit est relié à un circuit électrique sous tension,
et la matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être agencée pour être retirée par ablation par l'arc électrique. Dans le détail, la matière plastique comprenant le retardateur de flamme agencée pour être retirée par ablation est transformée (par exemple sublimée) sous l'action du flux de chaleur intense de l'arc électrique. Cette matière retirée par ablation peut ensuite condenser ou se déposer sur les parois de la chambre interne, et cela procure des résistances d'isolement élevées. Par ailleurs, une telle mise en œuvre peut modifier la composition du plasma d'arc électrique et sa conductivité, et permet d'augmenter la tension d'arc électrique. De tels arcs électriques peuvent se créer lorsque le coupe-circuit est relié à un circuit électrique sous tension, avec des tensions allant de 0V à 1000V et des courants allant de 0A à 25000A sur des charges inductives allant jusqu’à 2500µH (micro-Henry) pour une intensité inférieure à 500A et jusqu’à 5µH pour une intensité de 25000A. Le coupe-circuit selon l’invention permet de couper le courant de manière fiable en moins de 10ms et même moins de 5ms, de manière définitive, car le coupe-circuit, comprenant un actionneur pyrotechnique, celui-ci ne peut servir qu'une fois. Une fois utilisé, le coupe circuit présente aussi une bonne résistance d'isolement.
Selon un mode de réalisation, le coupe circuit pyrotechnique peut comprendre au moins un passage agencé pour guider l'arc électrique entre les deux portions de conducteur distinctes,
et la matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être agencée pour former ou délimiter au moins partiellement le passage. Selon cette mise en œuvre, la matière plastique comprenant le retardateur de flamme est forcément exposée à l'arc électrique.
Selon un mode de réalisation, le passage peut être au moins partiellement formé sur l'organe d'ouverture.
Selon un mode de réalisation, la chambre interne peut comprendre ou contenir au moins une paroi formée avec une troisième matière plastique comprenant du silicone. Selon cette mise en œuvre, au moins une autre paroi de la chambre interne comprend du silicone. La demanderesse s'est aperçue que rajouter du silicone dans une matière formant la paroi permet de garantir des résistances d'isolement élevée après utilisation. Au surplus, la demanderesse s'est aperçue que si une autre paroi comprend le retardateur de flamme, alors l'effet sur les résistances d'isolement est amplifié.
Selon un mode de réalisation, le coupe circuit pyrotechnique peut comprendre au moins un support, et la troisième matière plastique comprenant du silicone peut être surmoulée ou rapportée sur le support. Une telle mise en œuvre permet de localiser la troisième matière plastique comprenant le silicone uniquement là où elle aura un effet notable sur la résistance d'isolement, sans prévoir de pièce supplémentaire
Selon un mode de réalisation, le support peut comprendre une portion du conducteur électrique.
Selon un mode de réalisation, le support peut comprendre une portion du boîtier.
Selon un mode de réalisation, le support peut comprendre une portion de l'organe d'ouverture.
Selon un mode de réalisation, la paroi formée avec la troisième matière plastique comprenant du silicone peut supporter un chemin de courant de fuite entre les deux portions de conducteur distinctes après ouverture, et de préférence le chemin de courant de fuite le plus court entre les deux portions de conducteur distinctes après ouverture. Une telle mise en œuvre, avec l'ajout de silicone dans la paroi supportant le chemin de courant de fuite le plus court permet de couper efficacement le chemin de courant fuite qui serait emprunté par un courant de fuite.
Selon un mode de réalisation, la paroi formée avec la troisième matière plastique comprenant du silicone peut couvrir moins de 50% d'une surface totale de la chambre interne. Une telle mise en œuvre permet de limiter l'emploi ou l'ajout de silicone uniquement là où cela aura un effet notable sur les résistances d'isolement.
Selon un mode de réalisation, la troisième matière plastique comprenant du silicone peut comprendre un polymère de type polyamide, de préférence un polyphtalamide du type PA6T/XT.
Selon un mode de réalisation, la troisième matière plastique comprenant du silicone peut comprendre du silicone et/ou du polysiloxane, dans une proportion allant de 3.5% à 6.5% en poids, et préférentiellement de 4.25% à 5.75% en poids.
Selon un mode de réalisation, une fois l'organe d'ouverture en position finale, une résistance d'isolement entre les bornes de connexion peut être supérieure à 30Mohms, de préférence supérieure à 50Mohms, de préférence supérieure à 100Mohms, de préférence supérieure à 500Mohms, et très préférentiellement supérieure à 1Gohms.
Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un coupe circuit selon le premier aspect, comprenant les étapes consistant à :
- former un boîtier,
- former un circuit électrique interne reliant les deux bornes de connexion et formé par exemple par un conducteur électrique,
- procurer un organe d'ouverture mobile et agencé pour ouvrir une partie à ouvrir du circuit électrique interne lors d'un déplacement entre une position initiale et une position finale, de sorte à former au moins deux portions de conducteur distinctes après ouverture,
- procurer un actionneur pyrotechnique agencé pour déplacer l'organe d'ouverture de la position initiale à la position finale,
- former une chambre interne recevant la partie à ouvrir,
caractérisé en ce que le procédé comprend une étape consistant à former la chambre interne avec au moins une paroi formée avec une matière plastique comprenant du silicone, en ajoutant à une première matière première, par exemple en granulés, destinée à former la chambre interne une deuxième matière première, par exemple en granulés, comprenant entre 40% et 60% en poids de silicone.
Autrement dit, le procédé selon l'invention comprend une étape consistant à mélanger, avant la fabrication de la chambre interne, la première matière première, par exemple en granulés, destinée à former la chambre interne, avec la deuxième matière première, par exemple en granulés, comprenant entre 40% et 60% en poids de silicone. Typiquement, la paroi comprenant le silicone est formée par un procédé d'injection – moulage, et le procédé de fabrication comprend une étape de préparation de la matière à injecter en mélangeant deux types de granulés : la première matière première et la deuxième matière première qui contient le silicone. Il n'y a donc pas de silicone pur à prévoir ou manipuler, simplement des granulés solides comprenant déjà le silicone. Cette mise en œuvre permet de garder un procédé simple.
Un autre aspect de l'invention se rapporte à un véhicule automobile comprenant au moins un coupe circuit selon le premier aspect.
Description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :
représente une vue en coupe d'un coupe circuit pyrotechnique, comprenant notamment un boîtier traversé par un conducteur électrique formant un circuit électrique interne, un actionneur pyrotechnique et un organe d'ouverture agencé pour ouvrir le circuit électrique interne lorsque l'actionneur pyrotechnique est actionné ou déclenché ;
représente un détail du boîtier du coupe circuit de la figure 1 ;
représente un détail de l'organe d'ouverture du coupe circuit de la figure 1 ;
représente un détail d'une coupe du coupe circuit de la figure 1 après actionnement ou déclenchement de l'actionneur pyrotechnique ;
représente schématiquement une coupe en vue de dessus du coupe circuit de la figure 1.
Description détaillée de mode(s) de réalisation
La figure 1 représente un coupe circuit comprenant notamment :
- un boîtier 10 formé par une portion de boîtier inférieure 12 et une portion de boîtier supérieure 11,
- deux bornes de connexion 21 et 22,
- un circuit électrique interne reliant les deux bornes de connexion 21 et 22 et formé par un conducteur électrique 31,
- un organe d'ouverture 40, mobile et agencé pour ouvrir une partie à ouvrir 31A du circuit électrique interne lors d'un déplacement entre une position initiale (selon la figure 1) et une position finale (selon la figure 4), de sorte à former au moins deux portions de conducteur distinctes 32 et 33 (visibles figure 4) après ouverture,
- un actionneur pyrotechnique 50 agencé pour déplacer l'organe d'ouverture 40 de la position initiale à la position finale,
- une chambre interne 60 (comprenant une chambre inférieure 62 et une chambre supérieure 61), définie par une ou des paroi(s) interne(s) formée(s) dans le boîtier 10, et recevant la partie à ouvrir 31A,
- des refroidisseurs 70 agencés à l’intérieur du boitier 10 et définis pour abaisser les températures des gaz lors du fonctionnement et ainsi augmenter la capacité de coupe du coupe circuit.
Le coupe circuit de la figure 1 est typiquement intégré dans un circuit de puissance d'un véhicule automobile (un véhicule électrique par exemple) et peut servir à couper le circuit de puissance si une situation d'urgence survient. Une des fonctions de ce coupe circuit est donc de pouvoir couper un circuit de puissance rapidement, même si de forts courants sont présents (plus de 500 ampères par exemple). Une autre fonction de ce coupe circuit est de garantir une bonne résistance d'isolement entre les bornes de connexion 21 et 22 après ouverture du circuit électrique interne.
Pour répondre à la fonction d'ouverture, l'actionneur pyrotechnique 50 (typiquement un allumeur électro pyrotechnique) est déclenché et une forte pression est générée dans l'espace entre l'actionneur pyrotechnique 50 et l'organe d'ouverture 40, ce qui pousse ce dernier vers le haut de la figure 1, pour passer de la position initiale représentée à la position finale de la figure 4.
Lors de ce déplacement, l'organe d'ouverture 40 arrive au contact de la partie à ouvrir 31A du conducteur électrique, et ouvre donc le circuit électrique interne en découpant le conducteur électrique 31, par un cisaillement mécanique. On peut toutefois prévoir de manière alternative une ouverture en poussant l'un de deux brins initialement distincts et en contact l'un avec l'autre, pour les séparer.
Comme le montre la figure 3, l'organe d'ouverture 40 comprend deux saillies 45, séparées par une rainure 46, et qui forment des couteaux pour couper la partie à ouvrir 31A. Dans le détail, et comme le montre la figure 1, la partie à ouvrir 31A comprend une portion centrale supportée par un retour 13 de la portion de boîtier supérieure 11, engagée avec une barrette 14 surmoulée sur la portion centrale de la partie à ouvrir 31A et solidaire d’un corps surmoulé 15, surmoulé sur le conducteur électrique 31.
Lors du déplacement de l’organe d’ouverture 40 de la position initiale à la position finale, les saillies 45 de l’organe d’ouverture 40 prennent appui sur les parties non supportées du conducteur électrique 31 et le cisaillent de part et d’autre de la barrette 14 et du retour 13 (au niveau de la partie à ouvrir 31A en regard de la chambre supérieure 61). On peut toutefois prévoir de manière alternative d’avoir une seule saillie 45 ou plus de deux saillies 45, le nombre de saillie 45 définissant le nombre de découpes réalisées sur le conducteur électrique 31 lors du déplacement de l’organe d’ouverture 40.
Comme le montre la figure 4, le cisaillement du conducteur électrique 31 forme :
- deux portions distinctes latérales 32 ayant chacune une extrémité interne 34 dans la chambre interne 60 (et en particulier dans la chambre supérieure 61), et
- une portion centrale 33, restée engagée avec la barrette 14.
De plus, en tout début d’ouverture, lorsque les extrémités internes 34 sont encore à proximité de la portion centrale 33, un arc électrique peut se former (selon si du courant traverse le conducteur électrique 31 ou pas) entre chaque extrémité interne 34 et la portion centrale 33, au niveau d’un trajet d’arc TA représenté en pointillés figure 4. Au cours du déplacement de la position initiale vers la position finale, l’organe d’ouverture 40 pousse et provoque une flexion de chaque partie distincte latérale 32, si bien que le trajet d’arc TA « s’étire » ou « s’allonge » pour présenter en fin de fonctionnement une distance libre suffisante pour garantir une extinction d’arc électrique et une coupure ou ouverture rapide du circuit électrique interne.
Les figures 2 et 3 montrent le montage de l’organe d’ouverture 40 dans le boîtier 10, et en particulier, des unités de guidage sont prévues entre l’organe d’ouverture 40 et le boîtier 10, au niveau du corps surmoulé 15. En effet, l’organe d’ouverture 40 (figure 3) est prévu avec des saillies latérales 43 formant des protubérances de guidage, et le corps surmoulé 15 avec des rainures latérales 613 formant des rainures de guidage, formées dans des parois latérales 611 de la chambre supérieure 61 (visibles figure 2).
L’organe d’ouverture 40 est donc monté en liaison glissière ou en translation par rapport au boîtier 10 et coulisse lors de son déplacement de la position initiale vers la position finale, ce qui procure un fonctionnement et une position finale reproductibles et maîtrisés pour garantir une ouverture rapide et une extinction d’arc en fin de fonctionnement avec une distance libre suffisante.
Cependant, le fonctionnement de l’actionneur pyrotechnique 50 peut générer de nombreuses particules et gaz chauds qui sont projetés dans la chambre interne 60, et qui recouvrent ou se condensent typiquement sur les parois de cette dernière, et en particulier les parois 611, les saillies latérales 43 et les rainures latérales 613. De tels dépôts peuvent former une couche conductrice ou faiblement conductrice de l’électricité, et une résistance d’isolement, après ouverture du conducteur électrique 31, peut être affectée.
De plus, l'arc électrique peut retirer par ablation de la matière de l'organe d'ouverture 40 et/ou du boîtier 10 (retour 13 ou barrette 14 notamment), ce qui peut générer des gaz ou particules qui vont également recouvrir et/ou se condenser sur les parois de la chambre interne 60 et affecter aussi la résistance d'isolement.
Une telle résistance d'isolement, mesurée après fonctionnement, entre les bornes de connexion 21 et 22 doit être élevée, pour garantir une absence de courant de fuite entre les bornes de connexion 21 et 22 après ouverture du circuit électrique interne du coupe circuit.
De tels courants de fuite parcourent typiquement des chemins de courant de fuite entre les portions de conducteur distinctes après ouverture, qui cheminent le long de la paroi interne de la chambre interne 60.
La figure 5 montre une coupe schématique (ne montrant donc pas tous les détails de la figure 1) du coupe circuit de la figure 1 après ouverture, dans un plan passant par la face supérieure du conducteur électrique 31, vu de dessus.
Le conducteur électrique 31 a donc été ouvert en trois portions de conducteur distinctes, c’est-à-dire deux portions distinctes latérales 32 et une portion centrale 33. La portion centrale 33 est séparée des deux portions distinctes latérales 32 par les saillies latérales 45 de l'organe d'ouverture 40.
Le détail A et le détail B de la figure 5 montrent qu'un courant de fuite peut parcourir un chemin de courant de fuite CCF formé le long de la paroi interne de la chambre interne 60, en particulier entre le coin inférieur 32A de la portion distincte latérale 32 et le coin inférieur 33A de la portion centrale 33 qui est le chemin de courant de fuite le plus court.
Il faut noter que la fonction de procurer une bonne résistance d'isolement est à assurer après fonctionnement, une fois le conducteur électrique 31 coupé ou ouvert. Typiquement, un courant de fuite ne peut pas s'établir le long du trajet d'arc TA car la résistivité de l’air est trop importante. En conséquence, un courant de fuite ne peut que cheminer le long de parois du coupe circuit, en particulier les parois internes de la chambre interne 60 ou les parois de l'organe d'ouverture 40, et cela de préférence sur le chemin le plus court, qui présente la plus faible résistance d'isolement.
Comme le montrent les détails A et B de la figure 5, le chemin de courant de fuite CCF chemine ou s'étend le long de la paroi de la chambre interne 60. En pratique, il est prévu ou désiré que la résistance d'isolement entre les bornes de connexion soit supérieure à 30Mohms, de préférence supérieure à 50Mohms, de préférence supérieure à 100Mohms, de préférence supérieure à 500Mohms, et très préférentiellement supérieure à 1Gohms, même si des particules ou des gaz condensés se sont déposés sur la paroi interne de la chambre interne.
Afin de garantir une bonne résistance d'isolement, il peut être, dans une première alternative, proposé de prévoir dans la chambre interne 60 une paroi formée avec une matière plastique comprenant un retardateur de flamme. En effet, la demanderesse s'est aperçue que l'ajout d'un retardateur de flamme, en particulier dans une paroi formant une surface exposée à l'arc électrique pendant le fonctionnement du coupe circuit, permet d'augmenter significativement les résistances d'isolement après fonctionnement.
La matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut être typiquement un polyamide, et de préférence un polyphtalamide (tel que le PA 6T/66). On peut prévoir des fibres de renforcement, par exemple des fibres de verre dans un ratio de 45% à 55% en poids.
Le retardateur de flamme est typiquement un composé non halogéné, sélectionné parmi les matières suivantes et leurs mélanges :
- les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide cyanurique,
- les produits de condensation de la mélamine,
- les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
- les produits de conversion ou de réaction des produits de condensation de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
- les phosphinates métalliques,
- les esters d'acide phosphorique.
En particulier, on peut prévoir que le retardateur de flamme est un composé non halogéné, sélectionné parmi les composés suivants et leurs mélanges :
cyanurate de mélamine, phosphate de mélamine, pyrophosphate de mélamine, polyphosphate de mélamine, phosphate de melem, pyrophosphate de melem, pyrophosphate de dimelamine, phosphate de dimelamine, polyphosphate de melem, phosphaphénanthrènes, hydroxydes métalliques, sels d'acide phosphinique, sels d'acide diphosphinique.
La matière plastique comprenant le retardateur de flamme peut comprendre le retardateur de flamme entre 2% et 30% en masse, et de préférence entre 5% et 30% en masse et plus préférentiellement entre 8% et 25% en masse.
Le retardateur de flamme peut comprendre en outre au moins un synergiste (ou composé synergique, qui améliore encore la résistance à l'inflammation), ledit au moins un synergiste étant choisi dans le groupe constitué par les composés contenant de l'azote, les composés contenant de l'azote et du phosphore, les borates métalliques, les carbonates métalliques, les hydroxydes métalliques, les hydroxyoxydes métalliques, les nitrures métalliques, les oxydes métalliques, les phosphates métalliques, les sulfures métalliques, les stannates métalliques, les hydroxystannates métalliques, les silicates, les zéolites, les silicates de zinc basiques, les acides siliciques et leurs combinaisons, en particulier les dérivés de la triazine, la mélamine, la guanidine, les dérivés de la guanidine, le biuret, le triuret, la tartrazine, le glycoluril, l'acétoguanamine, la butyroguanamine, la caprinoguanamine, la benzoguanamine, dérivés de la mélamine de l'acide cyanurique, dérivés de la mélamine de l'acide isocyanurique, cyanurate de mélamine, produits de condensation de la mélamine, pyrophosphate de mélamine, pyrophospates des produits de condensation de la mélamine, phosphate de dimélamine, pyrophosphate de dimélamine, polyphosphate de mélamine, dicyandiamide, polyphosphate d'ammonium, hydrogénophosphate d'ammonium, dihydrogénophosphate d'ammonium, polyphosphates des produits de condensation de la mélamine, sulfate de mélamine, allantoïne, hydroxyde d'aluminium, hydroxyde d'aluminium synthétique, métahydroxyde d'aluminium synthétique, hydroxyde d'aluminium naturel, métahydroxyde d'aluminium naturel, oxyde d'aluminium, borate de calcium, carbonate de calcium, carbonate de calcium et de magnésium, oxyde de calcium, sulfure de calcium, oxyde de fer, borate de magnésium, carbonate de magnésium, hydroxyde de magnésium, nitrure de magnésium, oxyde de magnésium, sulfure de magnésium, hydroxyde de manganèse, oxyde de manganèse, nitrure de titane, dioxyde de titane, borate de zinc, métaborate de zinc, carbonate de zinc, hydroxyde de zinc, nitrure de zinc, oxyde de zinc, phosphate de zinc, sulfure de zinc, stannate de zinc, hydroxystannate de zinc, silicate de zinc basique, oxyde d'étain hydraté et leurs combinaisons.
Typiquement, la matière plastique comprenant le retardateur de flamme s’éteint d’elle-même au bout de 10 secondes, lors d’un test d’inflammabilité conduit selon la norme UL94 (6ème édition du 28 mars 2013) et effectué sur une éprouvette verticale, des pertes de particules étant autorisées tant que les particules perdues ne sont pas enflammées. En particulier, la longueur de l'échantillon est de 5" (127 mm) et sa largeur de 0.5" (12.7 mm). Son épaisseur ne doit pas excéder 0.5’ (12.7mm). Il est fixé à 1/4 de son extrémité supérieure en position verticale. Un filet métallique recouvert de coton chirurgical est placé à 12" (305 mm) sous l'échantillon. Le brûleur est réglé pour former une flamme bleue de 3/4" (19 mm). Cette flamme est dirigée de dessous sur le bord inférieur de l'échantillon plastique à une distance de 3/8" (9.5 mm). Elle est appliquée pendant 10 secondes, puis retirée. Le temps de combustion de l'échantillon est mesuré. Dès que la combustion s'arrête, on réapplique la flamme pendant 10 secondes. Aussitôt retirée, on mesure de nouveau le temps de combustion et d'incandescence. Le test complet est pratiqué sur cinq échantillons.
Le matériau testé est classé UL 94 V-O si:
A) Aucun des cinq échantillons ne brûle plus de 10 secondes après que la flamme du brûleur ait été retirée.
B) Le temps de combustion totale sur les 5 tests ne dépasse pas 25 secondes.
C) Aucun des échantillons testés ne brûle, soit avec une flamme, soit par incandescence, jusqu'à la mâchoire de maintien.
D) Aucune goutte incandescente, pouvant enflammer le coton placé au dessous, ne tombe d'aucun échantillon.
E) Aucun échantillon ne présente un temps d'incandescence dépassant 30 secondes.
Dans l'exemple représenté, l'organe d'ouverture 40 peut être prévu avec un corps d'ouverture 41 (formant une partie de base), sur lequel est surmoulée une face exposée 42, formée avec la matière plastique comprenant le retardateur de flamme. A titre d'alternative, on pourrait prévoir la matière plastique comprenant le retardateur de flamme au niveau d'une autre paroi donnant dans la chambre interne, telle que sur le boîtier 10 ou sur le corps surmoulé 15.
La partie de base, c’est-à-dire ici le corps d'ouverture 41 peut être une deuxième matière plastique, tel qu'un polyamide, de préférence un polyphtalamide comme le PA 6.T/XT formant une matrice, et comprenant des fibres de verre, dans une proportion allant de 40 % à 50 % en poids.
Par exemple, après des essais de fonctionnement (coupe d'un circuit sous tension) réalisés sous des conditions variées, des résistances d'isolement ont été mesurées sur des coupes circuit de référence, et des coupes circuit avec un organe d'ouverture comprenant du retardateur de flamme (pour former une face exposée 42 rapportée sur l'organe d'ouverture 40). Les résultats sont montrés dans les tableaux 1, 2 et 3 :
Essais réalisés sous 450V / 8000A / 15µH / +125°C
Pièce de référence - Résistance d'isolement (MOhms) Pièce avec retardateur de flamme - Résistance d'isolement (MOhms)
N°1 15.3 >10000
N°2 4.6 >10000
N°3 8.7 >10000
Essais réalisés sous 475V / 8000A/20µH / +125°C
Pièce de référence - Résistance d'isolement (MOhms) Pièce avec retardateur de flamme - Résistance d'isolement (MOhms)
N°1 0.49 15.40
N°2 0.73 16.70
N°3 0.54 180
Essais réalisés sous 450V / 8000A / 20µH / +125°C
Pièce de référence - Résistance d'isolement (MOhms) Pièce avec retardateur de flamme - Résistance d'isolement (MOhms)
N°1 1.8 64.0
N°2 1.8 592.0
N°3 0.9 131.0
N°4 2.1 82.7
On peut noter que dans chaque série d'essais, les résistances d'isolement après ouverture sont nettement plus élevées avec les pièces dont la chambre interne comprend une surface exposée à l'arc électrique formée par la matière comprenant le retardateur de flamme, que sur les pièces de référence ne comprenant pas de retardateur de flamme.
Il est à noter que la matière plastique contenant le retardateur de flamme est positionnée au plus près du trajet d'arc TA, et à cet effet, il est prévu un passage 44 sur l'organe d'ouverture 40 pour guider l'arc électrique, le passage 44 étant directement formé dans la matière plastique contenant le retardateur de flamme. En pratique, le passage 44 est une rainure de faibles dimensions (quelques dixièmes de millimètres de largeur et/ou de profondeur) ménagée dans la matière plastique contenant le retardateur de flamme, pour procurer un espace libre même lorsque l'organe d'ouverture 40 est en position finale en butée sur le retour 13, si bien qu'un arc électrique passera préférentiellement par ce passage 44 et retirera par ablation la matière plastique contenant le retardateur de flamme.
Afin de garantir une bonne résistance d'isolement, il peut être, dans une seconde alternative, proposé de prévoir dans la chambre interne 60 une paroi formée avec une troisième matière plastique comprenant du silicone. En effet, la demanderesse s'est aperçue que l'ajout de silicone, en particulier dans une paroi sur laquelle pourrait cheminer un courant de fuite après le fonctionnement du coupe circuit, permet d'augmenter significativement les résistances d'isolement après fonctionnement.
En particulier, la troisième matière plastique comprenant du silicone comprend un polymère de type polyamide, de préférence un polyphtalamide, comme le PA6T/XT. Dans le détail, la troisième matière plastique comprenant du silicone comprend du silicone et/ou du polysiloxane, dans une proportion allant de 3.5% à 6.5% en poids, et préférentiellement de 4.25% à 5.75% en poids.
Dans l'exemple représenté, on peut prévoir que la troisième matière plastique comprenant le silicone soit utilisée pour le surmoulage du conducteur électrique 31, c’est-à-dire pour réaliser le corps surmoulé 15 visible figure 1. En effet, selon l'exemple de réalisation représenté ici, c'est sur la paroi de ce composant (le corps surmoulé 15) que se situe le chemin de courant de fuite le plus court, comme expliqué ci-dessus en référence à la figure 5. Cependant, on pourrait prévoir d'ajouter du silicone dans d'autres pièces formant des parois contenues dans la chambre interne 60, comme le boîtier 10 ou l'organe de coupe 40.
La demanderesse s'est aperçue que l'ajout de silicone dans ce surmoulage permettait d'augmenter les résistances d'isolement. Par exemple, après des essais de fonctionnement (coupe d'un circuit sous tension), des résistances d'isolement ont été mesurées sur des coupes circuit de référence, et des coupes circuit avec corps surmoulé 15 comprenant 10% de silicone. Les résultats sont montrés dans le tableau 4 :
Essais réalisés sous 450V / 8000A / 20µH / +125°C
Pièce de référence - Résistance d'isolement (MOhms) Pièce avec Silicone - Résistance d'isolement (MOhms)
N°1 1.8 154.0
N°2 1.8 92.2
N°3 0.9 6.2
N°4 2.1 13.1
On peut noter que les résistances d'isolement après ouvertures sont nettement plus élevées avec les pièces dont le corps surmoulé 15 comprend 10% de silicone, que sur les pièces de référence dont le corps surmoulé 15 ne comprend pas de silicone
Enfin, la demanderesse s'est aperçue qu'il y avait une forte augmentation des résistances d'isolement si on cumule les deux alternatives, c’est-à-dire procurer dans la chambre interne ;
- une paroi avec la matière plastique comprenant le retardateur de flamme, et
- une paroi avec la troisième matière plastique comprenant le silicone.
En effet, dans le cadre des essais reportés aux tableaux 3 et 4, la demanderesse a aussi testé des coupes circuit avec une paroi de la chambre interne comprenant du retardateur de flamme (la face exposée 42 de l'organe d'ouverture 40) et une autre paroi comprenant du silicone (dans le corps surmoulé 15), et les résultats sont reportés au tableau 5.
Essais réalisés sous 450V / 8000A / 20µH / +125°C
Pièce de référence - (MOhms) Pièce avec retardateur de flamme - (MOhms) Pièce avec Silicone - (MOhms) Pièce avec retardateur de flamme et avec Silicone - (MOhms)
N°1 1.8 64.0 154.0 2160.0
N°2 1.8 592.0 92.2 2020.0
N°3 0.9 131.0 6.2 >10000
N°4 2.1 82.7 13.1 9600.0
On peut noter des résultats du tableau 5 que l'effet sur la résistance d'isolement en cumulant une paroi de la chambre interne comprenant du retardateur de flamme et une autre paroi comprenant du silicone va bien au-delà de la simple addition des effets mesurés sur des pièces ne comprenant que l'une ou l'autre des alternatives. En conséquence, une synergie a été observée et cette configuration (une paroi de la chambre interne comprenant du retardateur de flamme et une autre paroi comprenant du silicone) présente un intérêt démontré.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

  1. Coupe circuit pyrotechnique comprenant :
    - un boîtier (10),
    - au moins deux bornes de connexion (21, 22),
    - un circuit électrique interne reliant les deux bornes de connexion (21, 22) et formé par exemple par un conducteur électrique (31),
    - un organe d'ouverture (40), mobile et agencé pour ouvrir une partie à ouvrir du circuit électrique interne lors d'un déplacement entre une position initiale et une position finale, de sorte à former au moins deux portions de conducteur distinctes (32, 33) après ouverture,
    - un actionneur pyrotechnique (50) agencé pour déplacer l'organe d'ouverture (40) de la position initiale à la position finale,
    - une chambre interne (60) recevant la partie à ouvrir,
    caractérisé en ce que la chambre interne (60) comprend ou contient au moins une surface interne formée par une paroi formée avec une matière plastique comprenant un retardateur de flamme.
  2. Coupe circuit pyrotechnique selon la revendication 1, dans lequel ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme est un polymère, tel qu'un polyamide, et de préférence un polyphtalamide (PA 6T/66).
  3. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme est un polymère formant une matrice, et comprenant un matériau de charge, tel que des fibres, de préférence des fibres inorganiques, par exemple des fibres de verre, des fibres de carbone, dans une proportion allant de 10 % à 70 % en poids et de préférence dans une proportion allant de 45 % à 55 % en poids.
  4. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme s’éteint d’elle-même au bout de 10 secondes, lors d’un test d’inflammabilité selon la norme UL94 (6ème édition du 28 mars 2013) effectué sur une éprouvette verticale, des pertes de particules étant autorisées tant que les particules perdues ne sont pas enflammées.
  5. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le retardateur de flamme est un composé non halogéné, sélectionné parmi :
    - les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide cyanurique,
    - les produits de condensation de la mélamine,
    - les produits de conversion ou de réaction de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
    - les produits de conversion ou de réaction des produits de condensation de la mélamine avec l'acide polyphosphorique,
    - les phosphinates métalliques,
    - les esters d'acide phosphorique,
    - les mélanges de ces matériaux.
  6. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le retardateur de flamme est un composé non halogéné, sélectionné parmi les composés suivants et leurs mélanges :
    cyanurate de mélamine, phosphate de mélamine, pyrophosphate de mélamine, polyphosphate de mélamine, phosphate de melem, pyrophosphate de melem, pyrophosphate de dimelamine, phosphate de dimelamine, polyphosphate de melem, phosphaphénanthrènes, hydroxydes métalliques, sels d'acide phosphinique, sels d'acide diphosphinique.
  7. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une partie de base formée par une deuxième matière plastique, dans lequel ladite matière plastique comprenant le retardateur de flamme est rapportée ou surmoulée sur la partie de base.
  8. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 7, agencé pour engendrer un arc électrique entre les deux portions de conducteur distinctes (32, 33) lors du déplacement de l'organe d'ouverture (40) entre la position initiale et une position finale, lorsque le coupe-circuit est relié à un circuit électrique sous tension,
    dans lequel la matière plastique comprenant le retardateur de flamme est agencée pour être retirée par ablation par l'arc électrique.
  9. Coupe circuit pyrotechnique selon la revendication 8, comprenant au moins un passage (44) agencé pour guider l'arc électrique entre les deux portions de conducteur distinctes (32, 33),
    dans lequel la matière plastique comprenant le retardateur de flamme est agencée pour former ou délimiter au moins partiellement le passage (44).
  10. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la chambre interne (60) comprend ou contient au moins une paroi formée avec une troisième matière plastique comprenant du silicone.
  11. Coupe circuit pyrotechnique selon la revendication 10, comprenant au moins un support, et dans lequel la troisième matière plastique comprenant du silicone est surmoulée ou rapportée sur le support.
  12. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 10 à 11, dans lequel la paroi formée avec la troisième matière plastique comprenant du silicone supporte un chemin de courant de fuite entre les deux portions de conducteur distinctes (32, 33) après ouverture, et de préférence le chemin de courant de fuite le plus court entre les deux portions de conducteur distinctes (32, 33) après ouverture.
  13. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel la paroi formée avec la troisième matière plastique comprenant du silicone couvre moins de 50% d'une surface totale de la chambre interne (60).
  14. Coupe circuit pyrotechnique selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel la troisième matière plastique comprenant du silicone comprend du silicone et/ou du polysiloxane, dans une proportion allant de 3.5% à 6.5% en poids, et préférentiellement de 4.25% à 5.75% en poids.
  15. Véhicule automobile comprenant au moins un coupe circuit selon l’une des revendications 1 à 14.
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