WO2009112658A2 - Dispositif de securite thermique - Google Patents

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    • H01H85/0241—Structural association of a fuse and another component or apparatus
    • H01H2085/0275—Structural association with a printed circuit board

Definitions

  • the present invention relates to a thermal safety device for a heating element deposited on a substrate forming a heating subassembly included in particular in a household appliance.
  • Document EP 0654170 discloses a temperature-sensitive circuit breaker intended to be fixed on a substrate, comprising a spring blade provided at each of its ends with a contact welded to a corresponding contact pad on the substrate. Between the two welded contacts, the spring blade comprises an arm consisting of a roof-shaped portion followed by a flat section.
  • the circuit breaker is activated by applying a pressure on the roof which generates a bending of the flat section and a lifting torque of the contact located next to the section.
  • the solder contact melts and the lifting torque causes a lateral displacement of the contact that opens the circuit.
  • the opening of the contact is generated by a low deformation of the roof, which imposes a very good control of the dimensions of the spring and the various parts putting pressure on the roof.
  • this type of circuit breaker requires significant contact spacing to accommodate the roof-shaped portion and the flat portion.
  • Document WO 98/20510 also discloses a thermal safety device comprising a metal blade welded to a substrate between two contact pads.
  • the blade has a cantilever end which is mechanically stressed by a wall of a housing. During overheating at the contact pads, the welds melt and the stress exerted on the end of the blade causes the opening of the circuit by spacing the contact located opposite the end cantilevered.
  • this thermal safety device works only if the two welds of the pads melt simultaneously, which imposes the same thermal environment for each pad.
  • the metal blade with its end cantilever is long and therefore difficult to implement in a small footprint.
  • the object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks and to provide a thermal safety device which has high reliability and safe operation.
  • Another object of the invention is to provide a thermal safety device that is simple and economical to implement.
  • Another object of the invention is to provide a thermal safety device that is compact to be installed in a small footprint.
  • a thermal safety device intended to be fixed on a substrate comprising a fuse blade comprising a metal strip provided with a first contact zone electrically connected to a first pad on the substrate and also provided with at least one another contact zone capable of being welded to another pad on the substrate, the fuse blade also comprising a lever comprising a free end, not connected to the metal band, characterized in that the lever generates a tilting torque of the zone of welded contact, around at least one pivot point disposed between the two contact zones when pressing on the end of the lever.
  • the thermal safety device thus produced comprises a fuse blade whose shape is stable when soldered on the substrate and the device is then activated by pressing on the end of the lever.
  • the pivot point around which the tilting torque is generated by the lever is located between the two contact zones, which allows a compact construction of the device.
  • the support on the end of the lever is located outside the two contact zones.
  • This arrangement makes it possible to obtain a sufficiently long lever arm to guarantee, during an overheating of the device, a displacement of the zone of contact with the pad with an even greater margin of safety for electrical insulation.
  • the lever comprises two arms arranged laterally to the metal strip.
  • This arrangement makes it possible to balance the forces generating the tilting torque of the welded contact zone.
  • each arm of the lever comprises stiffening means.
  • This arrangement makes it possible to avoid bending the arms of the lever in order to transmit the tilting torque to the welded contact zone.
  • the stiffening means of each arm of the lever are formed by a longitudinal fold.
  • the metal strip comprises at least two folds located between the pivot point and the first contact zone.
  • This arrangement makes it possible to create additional pivot points which amplify the opening of the contact zone.
  • the metal strip and the lever are formed in the same metal strip.
  • This arrangement makes it possible to produce the fuse blade of the thermal safety device in a simple and economical manner.
  • At least the welded contact zone is brazed by reflow.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of an activated thermal safety device according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 2 illustrates a perspective view of a fuse blade of the thermal safety device of FIG. 1.
  • FIG. 3 illustrates a perspective view of the thermal safety device of Figure 1, the fuse blade is welded to a substrate before pressing the lever.
  • FIG. 4 illustrates a perspective view of the thermal safety device of Figure 1 after melting of the welded contact.
  • the thermal safety device is incorporated in a heating base for a liquid heating device.
  • the thermal safety device comprises a fusible blade 20 fixed on a substrate 2 comprising a metal disk 3 of stainless steel provided with a screen-printed heating resistor 4 sandwiched between two layers of insulating enamels.
  • the outer enamel layer comprises lights in which contact pads are deposited.
  • the heating base comprises the female part of a removable connector composed of two feed pins 11, 12 welded to two contact pads 9, 10, an earth pin 13 connected directly to the metal disc 3 and an envelope plastic 15 capping the three pins 11, 12, 13.
  • the heating base also comprises heating resistance control means not shown in the figure.
  • the heating resistor 4 has an end provided with a hot pad 7 which remains, when the apparatus is heating, relatively hot because of the trace of the heating resistor track 4.
  • the supply pin 12 is connected to a track comprising an end provided with a cold pad 8 which remains relatively cold when the device heats.
  • the fuse blade 20 comprises a metal strip 21 comprising two ends each provided with a contact zone 22, 23 welded respectively to the hot pad 7 and to the cold pad 8.
  • the fuse blade 20 therefore electrically connects the heating resistor 4 to the supply pin 12.
  • the fuse blade 20 also comprises a lever 30 comprising two arms 34, 35 disposed laterally to the metal strip 21 and integral with the latter at the contact zone 22 welded to the hot pad 7.
  • the two arms 34, 35 of the lever 30 each comprise a first portion 32, 33 parallel to the metal strip 21 and a second inclined portion 38, 39.
  • the inclined portions 38, 39 meet to form an end 36 acting as a support zone.
  • the junction between the first portion 32, 33 and the second inclined portion 38, 39 defines a pivot point 37 about a transverse axis 42.
  • the metal strip 21 comprises between the pivot point 37 and the contact zone 23 welded to the cold pad 8, three successive folds 24, 25, 26 forming an inverted V.
  • Each arm 34, 35 of the lever 30 comprises in its inclined portion 38, 39 an outer edge provided with a longitudinal fold 40, 41 of reinforcement.
  • the fuse blade 20 has a stable shape to allow it to be welded to the substrate without particular holding means.
  • the temperature around the hot pad 7 reaches the melting temperature of the solder (FIG. 4).
  • the torque generated by the arms 34, 35 of the lever 30 tilts the contact zone 22 mainly around the pivot point 37, but this pivot point 37 can itself pivot around the three folds 24, 25, 26 of the metal strip. 21 to allow a displacement of the contact zone 22 relative to the hot pad 7 greater than three millimeters and thus cut the supply circuit of the heating resistor 4 and ensure electrical insulation.
  • the heating resistor 4 is positioned on the substrate 2 so that the other welds do not melt, in particular that of the cold pad 8 which holds the fuse blade 20 in place even after fusion of the solder at the hot pad 7.
  • the metal strip of the fuse blade may not include folds and be straight.
  • the lever arm can be attached to the metal strip by a welding type assembly means or crimping.
  • the lever can be cut in the center of the metal strip.
  • the free end of the lever is located between the pivot point and the contact area welded to the cold pad.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de sécurité thermique destiné à être fixé sur un substrat (2) comprenant une lame fusible (20) comportant une bande métallique munie d'une première zone de contact (23) reliée électriquement à un premier plot (8) sur le substrat (2) et munie également d'au moins une autre zone de contact (22) apte à être soudée avec un autre plot (7) sur le substrat (2), ladite lame fusible (20) comportant également un levier (30) comprenant une extrémité (36) libre, non reliée à la bande métallique. Conformément à l'invention, le levier (30) génère un couple de basculement de la zone de contact (22) soudée, autour d'au moins un point de pivotement disposé entre les deux zones de contact (22, 23) lors d'un appui sur l'extrémité (36) du levier (30).

Description

DISPOSITIF DE SECURITE THERMIQUE
La présente invention concerne un dispositif de sécurité thermique pour un élément chauffant déposé sur un substrat formant un sous ensemble chauffant inclus notamment dans un appareil électroménager.
On connaît du document EP 0654170 un coupe circuit sensible à la température, destiné à être fixé sur un substrat, comportant une lame ressort munie à chacune de ses extrémités d'un contact soudé à un plot de contact correspondant sur le substrat. Entre les deux contacts soudés, la lame ressort comprend un bras constitué d'une partie en forme de toit suivie d'un tronçon plat. Le coupe circuit est activé en appliquant une pression sur le toit qui génère un cintrage du tronçon plat et un couple de soulèvement du contact situé à côté du tronçon. Lors d'une surchauffe du substrat, la brasure du contact fond et le couple de soulèvement provoque un déplacement latéral du contact qui ouvre le circuit. Toutefois, l'ouverture du contact est générée par une faible déformation du toit, ce qui impose une très bonne maîtrise des dimensions du ressort et des différentes pièces mettant en pression le toit. De plus, ce type de coupe circuit nécessite un espacement des contacts important pour loger la partie en forme de toit et le tronçon plat.
On connaît également du document WO 98/20510 un dispositif de sécurité thermique comprenant une lame métallique soudée sur un substrat entre deux plots de contact. La lame présente une extrémité en porte à faux qui est mise sous contrainte mécanique par une paroi d'un boîtier. Lors d'une surchauffe au niveau des plots de contact, les soudures fondent et la contrainte exercée sur l'extrémité de la lame provoque l'ouverture du circuit par écartement du contact situé à l'opposé de l'extrémité en porte à faux. Toutefois, ce dispositif de sécurité thermique fonctionne uniquement si les deux soudures des plots fondent simultanément, ce qui impose le même environnement thermique pour chaque plot. De plus, la lame métallique munie de son extrémité en porte à faux est longue et donc difficile à implanter dans un encombrement réduit. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif de sécurité thermique qui présente une grande fiabilité et un fonctionnement sûr.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de sécurité thermique qui soit simple et économique à mettre en œuvre.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de sécurité thermique qui soit compact pour être installé dans un encombrement réduit.
Ces buts sont atteints avec un dispositif de sécurité thermique destiné à être fixé sur un substrat comprenant une lame fusible comportant une bande métallique munie d'une première zone de contact reliée électriquement à un premier plot sur le substrat et munie également d'au moins une autre zone de contact apte à être soudée avec un autre plot sur le substrat, la lame fusible comportant également un levier comprenant une extrémité libre, non reliée à la bande métallique, caractérisé en ce que le levier génère un couple de basculement de la zone de contact soudée, autour d'au moins un point de pivotement disposé entre les deux zones de contact lors d'un appui sur l'extrémité du levier.
Le dispositif de sécurité thermique ainsi réalisé comporte une lame fusible dont la forme est stable lors de sa soudure sur le substrat et le dispositif est activé ensuite par un appui sur l'extrémité du levier. Selon l'invention, le point de pivotement autour duquel le couple de basculement est généré par le levier, est situé entre les deux zones de contact, ce qui permet une construction compacte du dispositif.
Avantageusement, l'appui sur l'extrémité du levier est situé à l'extérieur des deux zones de contact.
Cette disposition permet d'obtenir un bras de levier suffisamment long pour garantir lors d'une surchauffe du dispositif, un déplacement de la zone de contact par rapport au plot avec une marge de sécurité encore plus importante pour une isolation électrique.
De préférence, le levier comporte deux bras disposés latéralement à la bande métallique.
Cette disposition permet d'équilibrer les efforts générant le couple de basculement de la zone de contact soudée.
Avantageusement, chaque bras du levier comporte des moyens de rigidification.
Cette disposition permet d'éviter la flexion des bras du levier pour transmettre le couple de basculement à la zone de contact soudée.
De préférence, les moyens de rigidification de chaque bras du levier sont formés par un pli longitudinal.
Cette disposition permet de réaliser une rigidification des bras de levier de manière simple et économique sans ajouter de pièces.
Avantageusement, la bande métallique comporte au moins deux plis situés entre le point de pivotement et la première zone de contact.
Cette disposition permet de créer des points de pivotement supplémentaires qui amplifient l'ouverture de la zone de contact.
De préférence, la bande métallique et le levier sont formés dans un même feuillard métallique.
Cette disposition permet de réaliser la lame fusible du dispositif de sécurité thermique de manière simple et économique.
Avantageusement, au moins la zone de contact soudée est brasée par refusion. Cette disposition permet de réaliser en une seule phase de production la fixation de tous les composants devant être soudés sur le substrat du type composants électroniques, éléments de connexion, ...
L'invention sera mieux comprise à l'étude du mode de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré dans les figures annexées dans lesquelles :
- La figure 1 illustre une vue en perspective d'un dispositif de sécurité thermique activé selon un mode particulier de réalisation de l'invention. - La figure 2 illustre une vue en perspective d'une lame fusible du dispositif de sécurité thermique de la figure 1.
- La figure 3 illustre une vue en perspective du dispositif de sécurité thermique de la figure 1 dont la lame fusible est soudée sur un substrat avant l'appui sur le levier. - La figure 4 illustre une vue en perspective du dispositif de sécurité thermique de la figure 1 après fusion du contact soudé.
Comme visible sur la figure 1 , le dispositif de sécurité thermique est incorporé dans un fond chauffant pour un appareil de chauffage de liquides. Le dispositif de sécurité thermique comprend une lame fusible 20 fixée sur un substrat 2 comportant un disque métallique 3 en acier inoxydable muni d'une résistance chauffante 4 sérigraphiée prise entre deux couches d'émaux isolants. La couche d'émail externe comprend des lumières dans lesquelles sont déposés des plots de contact. Le fond chauffant comporte la partie femelle d'un connecteur amovible composée de deux broches d'alimentation 11 , 12 soudées sur deux plots de contacts 9, 10, d'une broche de terre 13 reliée directement au disque métallique 3 et d'une enveloppe plastique 15 coiffant les trois broches 11 , 12, 13. Le fond chauffant comporte également des moyens de régulation de la chauffe de la résistance non représentés sur la figure.
La résistance chauffante 4 comporte une extrémité munie d'un plot chaud 7 qui reste, lorsque l'appareil chauffe, relativement chaud du fait du tracé de la piste de la résistance chauffante 4. La broche d'alimentation 12 est connectée à une piste comprenant une extrémité munie d'un plot froid 8 qui reste relativement froid lorsque l'appareil chauffe.
Tel que visible sur la figure 2, la lame fusible 20 comporte une bande métallique 21 comprenant deux extrémités munies chacune d'une zone de contact 22, 23 soudée respectivement au plot chaud 7 et au plot froid 8. La lame fusible 20 relie donc électriquement la résistance chauffante 4 à la broche d'alimentation 12.
La lame fusible 20 comporte également un levier 30 comprenant deux bras 34, 35 disposés latéralement à la bande métallique 21 et solidaires de cette dernière au niveau de la zone de contact 22 soudée au plot chaud 7. Les deux bras 34, 35 du levier 30 comprennent chacun une première partie 32, 33 parallèle à la bande métallique 21 puis une deuxième partie inclinée 38, 39. Les parties inclinées 38, 39 se rejoignent pour former une extrémité 36 faisant office de zone d'appui. La jonction entre la première partie 32, 33 et la deuxième partie inclinée 38, 39 définit un point de pivotement 37 autour d'un axe transversal 42.
La bande métallique 21 comporte entre le point de pivotement 37 et la zone de contact 23 soudée au plot froid 8, trois plis 24, 25, 26 successifs formant un V inversé.
Chaque bras 34, 35 du levier 30 comprend dans sa partie inclinée 38, 39 un bord externe muni d'un pli longitudinal 40, 41 de renfort.
Tel que visible sur la figure 3, la lame fusible 20 a une forme stable pour permettre sa soudure sur le substrat sans moyens de maintien particulier.
Toutes les soudures des broches d'alimentations 11 , 12 et des zones de contact 22, 23 de la lame fusible 20 sont réalisées par refusion lors d'une même opération de fabrication. Après soudure, on assemble sur les broches d'alimentation 11, 12 et sur la broche de terre 13 l'enveloppe plastique 15 du connecteur (figure 1). Celui ci comporte une excroissance latérale 16 venant faire pivoter les bras 34, 35 du levier 30 par pression sur l'extrémité 36 lors du mouvement vertical d'assemblage. Ce mouvement des bras 34, 35 génère un couple de basculement de la zone de contact 22 soudée au plot chaud 7 autour du point de pivotement 37. Une fois l'enveloppe plastique 15 du connecteur assemblée, le dispositif de sécurité thermique est activé.
En fonctionnement, en cas de défaillance des moyens de régulation de la chauffe de la résistance chauffante 4, la température autour du plot chaud 7 atteint la température de fusion de la soudure (figure 4). Le couple généré par les bras 34, 35 du levier 30 fait basculer la zone de contact 22 principalement autour du point de pivotement 37 mais ce point de pivotement 37 peut lui- même pivoter autour des trois plis 24, 25, 26 de la bande métallique 21 pour permettre un déplacement de la zone de contact 22 par rapport au plot chaud 7 supérieur à trois millimètres et ainsi couper le circuit d'alimentation de la résistance chauffante 4 et garantir une isolation électrique. La résistance chauffante 4 est positionnée sur le substrat 2 de manière à ce que les autres soudures ne fondent pas, en particulier celle du plot froid 8 qui maintient la lame fusible 20 en place même après fusion de la soudure au niveau du plot chaud 7.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Ainsi, la bande métallique de la lame fusible peut ne pas comporter de plis et être rectiligne.
Dans une variante de réalisation, le bras de levier peut être rapporté sur la bande métallique par un moyen d'assemblage du type soudure ou sertissage.
Dans une autre variante de réalisation, le levier peut être découpé au centre de la bande métallique. Dans ce cas, l'extrémité libre du levier est située entre le point de pivotement et la zone de contact soudée au plot froid.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de sécurité thermique destiné à être fixé sur un substrat (2) comprenant une lame fusible (20) comportant une bande métallique (21) munie d'une première zone de contact (23) reliée électriquement à un premier plot (8) sur le substrat (2) et munie également d'au moins une autre zone de contact (22) apte à être soudée avec un autre plot (7) sur le substrat (2), ladite lame fusible (20) comportant également un levier (30) comprenant une extrémité (36) libre, non reliée à la bande métallique (21), caractérisé en ce que le levier (30) génère un couple de basculement de la zone de contact (22) soudée, autour d'au moins un point de pivotement (37) disposé entre les deux zones de contact (22, 23) lors d'un appui sur l'extrémité (36) du levier (30).
2. Dispositif de sécurité thermique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'appui sur l'extrémité (36) du levier (30) est situé à l'extérieur des deux zones de contact (22, 23).
3. Dispositif de sécurité thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le levier (30) comporte deux bras (34, 35) disposés latéralement à la bande métallique (21).
4. Dispositif de sécurité thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque bras (34, 35) du levier (30) comporte des moyens de rigidification (40, 41).
5. Dispositif de sécurité thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de rigidification de chaque bras (34,35) du levier (30) sont formés par un pli longitudinal (40, 41).
6. Dispositif de sécurité thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bande métallique (21) comporte au moins deux plis (24, 25, 26) situés entre le point de pivotement (37) et la première zone de contact (23).
7. Dispositif de sécurité thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bande métallique (21) et le levier (30) sont formés dans un même feuillard métallique.
8. Dispositif de sécurité thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins la zone de contact
(22) soudée est brasée par refusion.
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