FR3095086A1 - Procédé de fabrication d’un contact de puissance mâle et contact de puissance mâle - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’un contact (1) de puissance mâle. Ce contact (1) comprend une portion de contact (110) et une portion de liaison (120) destinée à relier électriquement le contact (1) à un circuit électrique. Ce procédé comprend une opération de découpe d’une tôle de matériau métallique, pour former la portion de contact (110) et la portion de liaison (120). Ce procédé comporte également une opération de formage consistant à courber la tôle pour lui donner une forme tubulaire au niveau de la portion de contact (110) et à ramener l’une sur l’autre deux épaisseurs de tôle, pour former la portion de fixation (120). Contact mâle (1) fabriqué à l’aide de ce procédé et connecteur comportant un tel contact mâle. Figure à publier avec l’abrégé : Fig 3
Description
L’invention concerne le domaine de la connectique automobile et plus particulièrement le domaine de la connectique de puissance pour véhicule automobile. L’invention concerne notamment un procédé de fabrication d’un contact de puissance mâle, un contact de puissance mâle et un connecteur de puissance dans lequel est logé au moins un tel contact de puissance mâle.
Etat de la technique
Dans le domaine des véhicules automobiles et notamment des véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables, des courants forts peuvent être transmis dans des réseaux de câblage et/ou des circuits électriques de puissance, tels que ceux interconnectant entre eux, des éléments tels qu’une batterie, un moteur, un convertisseur de tension, etc. Lorsque qu’il est nécessaire d’intégrer des connecteurs dans les réseaux de câblage destinés à transmettre des courants forts, ces connecteurs doivent être munis de bornes ou contacts de taille et de section suffisamment importantes pour transmettre ces courants forts sans échauffement excessif. A cette fin, les contacts des connecteurs de puissance actuels sont généralement usinés par tournage dans des barreaux de cuivre massif. Ce type d’usinage correspond à une opération relativement longue et peu économique dans la mesure où il est nécessaire de retirer parfois beaucoup de matière dans certaines régions du contact, alors que le barreau avant usinage doit avoir sur toute sa longueur une section au moins égale à celle de la région du contact fini sur laquelle la section est la plus importante.
Un but de l’invention est de créer un contact de puissance mâle dont la fabrication est plus économique que celle des contacts de puissance mâles de l’art antérieur.
A cette fin, il est proposé selon l’invention un nouveau procédé de fabrication d’un contact de puissance mâle, ce contact s’étendant selon une direction longitudinale entre une portion de contact et une portion de liaison. La portion de contact (ou broche) est une portion du contact destinée à établir une connexion avec un contact femelle. La portion de liaison est une portion destinée à connecter le contact à un circuit électrique de puissance. Par exemple, la portion de liaison connecte le contact à une barre de connexion conductrice (« Busbar » en anglais). Ce procédé comprend une opération de découpe dans l’épaisseur d’une tôle de matériau métallique. Au cours de cette opération de découpe on forme une première région correspondant à la portion de contact et une deuxième région correspondant à la portion de liaison, la première et la deuxième région étant en continuité de matière l’une avec l’autre. Le procédé comprend également une opération de pliage, de formage ou de roulage (« rolling » en anglais) consistant à courber la première région pour lui donner une forme avec une paroi tubulaire. Le procédé comporte également une opération consistant à ramener l’une vers l’autre deux zones de la deuxième région, la valeur minimale de la section transversale de l’ensemble de ces deux zones étant supérieure à 70% de la valeur minimale de la section transversale dans la portion de contact.
Ainsi, grâce à l’invention il est possible de former un contact de puissance mâle à l’aide d’opérations de découpe et de formage. De telles opérations sont plus rapides dans leur mise en œuvre industrielle que des opérations d’usinage par tournage. Ceci confère à l’invention un premier gain au plan économique. En outre, un matériau tel que du cuivre avec un taux de pureté élevé est plus cher en barreau que sous forme de tôle.
On peut également noter que le contact réalisé à l’aide du procédé selon l’invention comporte une portion de liaison reliée à la portion de contact avec une section transversale relativement importante par rapport à celle de la portion de contact.
Selon ce procédé, on forme par exemple, au niveau de la portion de liaison, une section de fixation comprenant au moins deux épaisseurs de tôle l’une sur l’autre, chacune de ces épaisseurs correspondant à l’une des deux régions de la portion de liaison. En outre, on forme par exemple une section de transition dans laquelle les deux zones de la deuxième région se prolongent chacune respectivement jusqu’à la portion de contact. La section de transition a une section transversale dont la valeur minimale est supérieure à 70 % de la valeur minimale de la section transversale de la paroi tubulaire formant la portion de contact.
Autrement dit, conformément à ce procédé, on forme une portion de liaison dans laquelle la tôle est, d’une manière générale, en double épaisseur. Par exemple chacune de ces épaisseurs est l’une sur l’autre (comme dans la section de fixation), ou l’une en face de l’autre (comme dans la section de transition).
On s’assure ainsi de ne pas trop augmenter la résistance de constriction (« constriction resistance » en anglais). Ceci permet que ce contact de puissance conduise des courants forts (par exemple 250 Ampères) tout en limitant les échauffements (par exemple inférieurs à 60°C).
Le procédé selon l’invention comporte également éventuellement l’une et/ou l’autre des caractéristiques suivantes considérées chacune indépendamment l’une de l’autre ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :
- il comporte une opération dans laquelle les deux zones sont ramenées l’une vers l’autre pour former une section de fixation avec essentiellement au moins deux épaisseurs de tôle l’une sur l’autre, ces deux zones se prolongeant jusqu’à la portion de contact ;
- il comprend une opération consistant à insérer à force une bague de liaison cylindrique dans une ouverture ménagée en ramenant en vis-à-vis au cours de l’opération de formage, deux découpes réalisées, au cours de l’opération de découpe, dans la deuxième région ;
- il comprend une opération de dépôt sélectif d’argent sur une zone de la portion de contact ;
- il comprend une opération consistant à insérer, dans la portion de contact, par une extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison, un capuchon constitué d’un matériau électriquement isolant ; et
- il comprend au moins une opération de mise en forme au cours de laquelle la portion de contact est conformée avec au moins deux sections transversales de valeurs différentes.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un contact de puissance mâle s’étendant selon une direction longitudinale entre une portion de contact et une portion de liaison. Dans ce contact, la portion de contact présente une forme tubulaire cylindrique creuse formée par enroulement d’une tôle de matériau métallique autour d’un axe central. Ce contact comporte en outre au moins deux épaisseurs de tôle repliées l’une sur l’autre et formant une zone aplatie au niveau de la portion de liaison, ces deux épaisseurs de tôle se poursuivant jusqu’à la portion de contact et présentant une section transversale dont la valeur minimale est supérieure à 70% de la valeur minimale de la section transversale de la portion de contact.
Le contact selon l’invention comporte éventuellement l’une et/ou l’autre des caractéristiques suivantes considérées chacune indépendamment l’une de l’autre ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :
- les portions de liaison et de contact présentent un plan de symétrie passant par l’axe central de la portion de contact et parallèle à la zone aplatie ;
- la portion de contact comprend une gorge circulaire autour de l’axe central, adaptée pour recevoir un joint torique ;
-il comprend un capuchon constitué d’un matériau électriquement isolant, inséré dans la portion de contact, par une extrémité de la portion de contact opposée à celle qui la relie à la portion de liaison, ce capuchon se poursuivant à l’intérieur de la portion de contact au moins jusqu’à la gorge ;
- la portion de contact comporte au moins une découpe destinée à coopérer avec un linguet de verrouillage, pour retenir le contact dans une alvéole d’un boîtier de connecteur, cette découpe étant placée le long de la portion de contact, entre son extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison et une barrière d’étanchéité entre le capuchon et la portion de contact.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un connecteur comprenant un boîtier avec au moins une alvéole dans laquelle est logé un contact selon l’invention. Le boîtier comprend un linguet de verrouillage adapté pour coopérer avec une découpe réalisée dans la portion de contact, pour retenir le contact dans l’alvéole. Cette découpe est située le long de la portion de contact, entre son extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison et une barrière d’étanchéité entre la portion de contact et un capuchon s’étendant à l’intérieur de la portion de contact.
Eventuellement, dans ce connecteur, le contact comporte une portion de contact avec une gorge circulaire autour de l’axe central, adaptée pour recevoir un joint torique réalisant une barrière d’étanchéité entre le contact et l’alvéole dans laquelle est logé ce contact, cette gorge correspondant à l’intérieur de la portion de contact à une nervure qui coopère avec le capuchon pour former une autre barrière d’étanchéité.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
Description détaillée
Un exemple de mode de mise en œuvre du procédé conforme à l’invention est décrit ci-dessous.
Ce procédé comprend des opérations de découpe et de formage qui sont mises en œuvre par exemple sur une presse à coulisseaux multiples (« Multi-slide press » en anglais).
Selon ce procédé, on fournit une tôle de cuivre de 1,2 millimètre d’épaisseur par exemple. Le cuivre est par exemple du cuivre ayant un taux de pureté de 99% selon la norme internationale du cuivre recuit (« IACS », soit « International Annealed Copper Standard). Cette tôle subit une ou plusieurs opérations de découpe, à l’issue desquelles on obtient deux régions 10, 20. Une première région 10 correspond à la portion de contact 110 du contact mâle 1 formé à l’aide du procédé décrit ici. Une deuxième région 20 correspond à la portion de liaison 120 contact de ce contact 1. La première 10 et la deuxième 20 régions sont en continuité de matière l’une avec l’autre. La deuxième région 20 est reliée à une bande porteuse 30. Les première 10 et deuxième 20 régions, ainsi que la bande porteuse 30 à laquelle elles sont reliées s’étendent essentiellement dans un même plan, correspondant à celui de la tôle.
La première région 10 a une forme essentiellement rectangulaire, avec 2 bords longitudinaux 11 et un bord transversal 12 correspondant à l’extrémité libre de la portion de contact 110 (c’est-à-dire l’extrémité libre de la première région 10). Elle comporte deux découpes 13 symétriquement disposées de part et d’autre d’un plan de symétrie PS parallèle à la direction longitudinale DL de la première région 10 et perpendiculaire à la direction longitudinale de la bande porteuse 30. Chacune de ces découpes 13 comporte un bord droit 14, du côté de la découpe 13 situé vers l’extrémité libre de la première région 10, et perpendiculaire au plan de symétrie PS.
La deuxième région 20 comporte une fente 21 au milieu de laquelle passe le plan de symétrie PS. Cette fente 21 sépare deux zones 22 symétriques par rapport au plan de symétrie PS. Chacune de ces zones 22 comporte une première section de transition 23, une section intermédiaire 24 et une section de fixation 25. La section de fixation 25 est plus large que la section intermédiaire 24, qui est elle-même plus large que la section de transition 25. Par exemple, la section de fixation 25 a une largeur l3 de 20 millimètres, la section intermédiaire 24 a une largeur l2 de 5 millimètres et la section de transition 23 a une largeur l1 de 10 millimètres. Une ouverture 26 ronde est découpée dans l’épaisseur de la tôle au niveau de la section de fixation 25. La section de fixation 25 est reliée à la bande porteuse par une bandelette de tôle.
Au cours d’au moins une opération de formage, la première région 10 commence à être enroulée sur elle-même en ramenant ses bords longitudinaux 11 hors du plan de la tôle. Au cours de cette opération, les deux zones 22 de la deuxième région 20 sont ramenées l’une vers l’autre, dans une rotation autour des bords longitudinaux de la fente 21, en même temps que ces bords longitudinaux sont écartés l’un de l’autre.
Au cours d’au moins une autre opération de formage, l’enroulement de la première région 10 sur elle-même est poursuivi en ramenant ses bords longitudinaux 11 l’un vers l’autre. En outre, l’angle entre les deux zones 22 de la deuxième région 20 est un peu plus refermé.
Au cours d’au moins encore une autre opération de formage, l’enroulement de la première région 10 sur elle-même est poursuivi, pour lui donner une forme tubulaire, en ramenant ses bords longitudinaux 11 l’un contre l’autre. Les deux zones 22 de la deuxième région sont maintenant parallèles entre elles, mais demeurent écartées l’une de l’autre.
Au cours d’au moins encore une autre opération de formage, les deux zones 22 de la deuxième région 20 sont ramenées l’une sur l’autre, en mettant en coïncidence les ouvertures 26 l’une en face de l’autre.
Au cours d’au moins encore une autre opération de formage, la portion de contact 110 est mise en forme afin d’obtenir, en partant de l’extrémité libre de la portion de contact 110, une section de contact 111, une section de verrouillage 112 et une section d’étanchéité 113 (voir figure 2).
La section de contact 111 a un diamètre plus petit que la section de verrouillage 112. Par exemple, la section de contact 111 a un diamètre de 8 millimètres et la section de verrouillage 112 a un diamètre de 9 millimètres. Ainsi, la portion de contact 110 comporte un épaulement 114 entre la section de contact 111 et la section de verrouillage 112. Les découpes 13 sont diamétralement opposées. Leur bord droit 14 se trouve à proximité de l’épaulement 114 (voir figures 2 et 3).
La section de contact 111 comporte une bande 115 d’un métal électrodéposé permettant d’améliorer la qualité du contact électrique entre le contact mâle 1 et un contact femelle. Par exemple, ce métal est électrodéposé sélectivement sur la tôle, avant les opérations de découpe et de mise en forme décrites ci-dessus Ce métal est par exemple de l’argent déposé sur une couche de 3 à 5 micromètres.
La section d’étanchéité 113 comporte une gorge 116 circulaire périphérique destinée à recevoir un joint torique 117 d’étanchéité (voir aussi figure 4).
La portion de liaison 20 comporte deux épaisseurs de tôle, disposées chacune essentiellement symétriquement par rapport à l’autre, de part et d’autre du plan de symétrie PS. Au niveau de la section de transition 23, la tôle est courbée afin de faire la jonction entre la forme tubulaire de la portion de contact 110 et la forme aplatie de la section intermédiaire 24. Au niveau de la section intermédiaire 24 et de la section de fixation 25, le contact 1 comporte deux épaisseurs de tôle l’une sur l’autre (voir coupe transversale de gauche sur la figure 5). Au niveau de la section de transition 23, les deux épaisseurs de tôle sont essentiellement en vis-à-vis (voir coupe transversale du milieu sur la figure 5). La section transversale SZ du contact 1, est la plus faible au niveau de la section de transition 23. Au niveau de la section de transition 23, la valeur de la section transversale SZ du contact est par exemple de 15 mm2. Elle correspond au minimum à 50%, et plus préférentiellement à 70%, de la valeur de la section transversale minimale SC du contact au niveau de la portion de contact 110. Néanmoins, grâce aux deux épaisseurs de tôle, cette section transversale SZ suffit pour conduire un courant, sans échauffement excessif (inférieur ou égal à 60°C), pouvant aller au moins jusqu’à 230 Ampères.
Une bague métallique 121, par exemple un rivet de type M6, est insérée à force dans les ouvertures 26 rondes formées dans la section de fixation 25. Cette bague 121 est par exemple destinée à la fixation et à la connexion électrique du contact 1 sur une barre de connexion conductrice (non représentée).
Par ailleurs, un capuchon 40 constitué d’un matériau électriquement isolant est inséré à force, dans la portion de contact 110, par son extrémité libre, c’est à dire son extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison 120. Ce capuchon 40 comporte une partie conique 41 et une partie cylindrique 42. La partie conique 41 s’étend au-delà de l’extrémité libre de la portion de contact 110 et confère ainsi au contact 1 une protection de type IP2X. La partie cylindrique 42 est introduite à l’intérieur du tube formé par la portion de contact 110. La partie cylindrique 42 se prolonge avantageusement jusqu’au niveau de la gorge 116. Ainsi, la partie cylindrique 42 forme une première barrière d’étanchéité avec la surface interne de la portion de contact 110, entre son extrémité libre et les découpes 13, et une deuxième barrière d’étanchéité, avec la surface interne de la portion de contact 110, au niveau de la gorge 116, entre les découpes 13 et la portion de fixation 120.
Lors de son utilisation dans un connecteur 50, le contact 1 est logé dans une alvéole 51. Deux linguets 52 venus de matière avec le boîtier du connecteur 50 reviennent élastiquement chacun dans une découpe 13, après insertion du contact 1 dans son alvéole 51. Le joint torique 117 assure l’étanchéité entre la surface externe de la portion de contact 110 et la paroi de l’alvéole 51 dans laquelle est logé le contact 1. La partie cylindrique 42 du capuchon assure l’étanchéité avec la surface interne de la portion de contact 110, au niveau d’une nervure circulaire, correspondant à la gorge 116. Ainsi, l’humidité ne peut pas remonter dans le connecteur 50, depuis l’extérieur de celui-ci, au-delà de cette nervure116, même si elle pénètre par les découpes 13.
Diverses variantes du mode de réalisation du contact décrit ci-dessus peuvent être envisagées. Par exemple, Les deux épaisseurs de tôle, disposées chacune essentiellement symétriquement par rapport à l’autre, de part et d’autre du plan de symétrie PS, au niveau de la portion de liaison 20, peuvent être pressées l’une sur l’autre comme représenté sur les figures 1 et 5, ou peuvent être plus ou moins écartées l’une de l’autre. Selon une autre variante, le contact 1 n’est pas conçu pour fournir une barrière d’étanchéité avec le boitier de connecteur. Dans ce cas, le contact 1 ne présente ni gorge 116, ni joint torique 117 assurant l’étanchéité entre la surface externe de la portion de contact 110 et la paroi de l’alvéole 51.
Claims (13)
- Procédé de fabrication d’un contact (1) de puissance mâle, ce contact (1) s’étendant selon une direction longitudinale (DL) entre une portion de contact (110) et une portion de liaison (120), ce procédé comprenant
- une opération de découpe dans l’épaisseur d’une tôle de matériau métallique, pour former une première région (10) correspondant à la portion de contact (110) et une deuxième région (20) correspondant à la portion de liaison (120), la première (10) et la deuxième (20) régions étant en continuité de matière l’une avec l’autre, et
- une opération de formage consistant à courber la première région (10) pour lui donner une forme tubulaire,
caractérisé par le fait qu’il comporte une opération consistant à ramener l’une vers l’autre deux zones (22) de la deuxième région (20), l’ensemble de ces deux zones (22) ayant une section transversale (SZ) dont la valeur minimale est supérieure à 70% de la valeur minimale de la section transversale (SC) dans la portion de contact (110). - Procédé selon la revendication 1, comportant une opération dans laquelle les deux zones (22) sont ramenées l’une vers l’autre pour former une section de fixation (25) avec essentiellement au moins deux épaisseurs de tôle l’une sur l’autre, ces deux zones (22) se prolongeant jusqu’à la portion de contact (110).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une opération consistant à insérer une bague (121) de liaison cylindrique à force dans une ouverture (26) ménagée en ramenant en vis-à-vis au cours de l’opération de formage, deux découpes réalisées dans la deuxième région (20) au cours de l’opération de découpe.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une opération de dépôt sélectif d’argent sur une zone de la portion de contact (110).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une opération consistant à insérer, dans la portion de contact (110), par une extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison (120), un capuchon (40) constitué d’un matériau électriquement isolant.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins une opération de mise en forme au cours de laquelle la portion de contact (110) est conformée avec au moins deux sections transversales (SC) de valeurs différentes.
- Contact de puissance mâle s’étendant selon une direction longitudinale (DL) entre une portion de contact (110) et une portion de liaison (120), la portion de contact (110) présentant une forme tubulaire cylindrique formée par enroulement d’une tôle de matériau métallique autour d’un axe central,
caractérisé par le fait qu’il comporte au moins deux épaisseurs de tôle repliées l’une sur l’autre et formant une zone aplatie au niveau de la portion de liaison (120), ces deux épaisseurs de tôle se poursuivant jusqu’à la portion de contact (110) et présentant une section transversale (SZ) dont la valeur minimale est supérieure à 70% de la valeur minimale de la section transversale (SC) de la portion de contact (110). - Contact selon la revendication 7, dans lequel les portions de liaison (120) et de contact (110) présentent un plan de symétrie (PS) passant par l’axe central de la portion de contact (110) et parallèle à la zone aplatie.
- Contact selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la portion de contact (110) comprend une gorge (116) circulaire autour de l’axe central, adaptée pour recevoir un joint torique (117).
- Contact selon la revendication précédente, comprenant un capuchon (40) constitué d’un matériau électriquement isolant, inséré dans la portion de contact (110), par une extrémité de la portion de contact (110) opposée à celle qui la relie à la portion de liaison (120), ce capuchon (40) se poursuivant à l’intérieur de la portion de contact (110) au moins jusqu’à la gorge (116).
- Contact selon l’une des revendications 7 à 10, comprenant un capuchon (40) constitué d’un matériau électriquement isolant, inséré dans la portion de contact (110), par une extrémité de la portion de contact (110) opposée à celle qui la relie à la portion de liaison (120), et dans lequel la portion de contact (110) comporte au moins une découpe (13) destinée à coopérer avec un linguet (52) de verrouillage, pour retenir le contact (1) dans une alvéole (51) d’un boîtier de connecteur (50), cette découpe (13) étant placée le long de la portion de contact (110), entre son extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison (120) et une barrière d’étanchéité entre le capuchon (40) et la portion de contact (110).
- Connecteur comprenant au moins un contact (1) selon l’une des revendications 7 à 11, ce connecteur (50) comprenant un boîtier avec au moins une alvéole (51) dans laquelle est logé ce contact (1), le boîtier comprenant un linguet (52) de verrouillage adapté pour coopérer avec une découpe (13) réalisée dans la portion de contact (110), pour retenir le contact (1) dans l’alvéole (51), cette découpe (13) étant placée le long de la portion de contact (110), entre son extrémité opposée à celle qui la relie à la portion de liaison (120) et une barrière d’étanchéité entre la portion de contact (110) et un capuchon (4) s’étendant à l’intérieur de la portion de contact (110).
- Connecteur selon la revendication 12, dans lequel le contact (1) comporte une portion de contact (110) avec une gorge (116) circulaire autour de l’axe central, adaptée pour recevoir un joint torique (117) réalisant une barrière d’étanchéité entre le contact (1) et l’alvéole (51) dans laquelle est logé ce contact (1), cette gorge (116) correspondant à l’intérieur de la portion de contact (110) à une nervure qui coopère avec le capuchon (40) pour former une autre barrière d’étanchéité.
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