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CONNEXION ELECTRIQUE SANS SOUDUREo
La présente invention est relative en général aux connexions électriques et plus. particulièrement à la structure et au procédé d'ob- tention de connexions électriques, qui dépendent, en ce qui concerne leurs propriétés électriques et mécaniques, de sollicitations mécaniques, plutôt que d'une soudure ou autre fusion ou liaison de leurs éléments. L'in- vention concerne spécifiquement une connexion enveloppée sans soudure, présentant la forme d'une hélice ou d'un serpentin et se suffisant à elle- même aux points de vue électrique et mécanique.
La connexion dite "sans soudure" est généralement considérée comme une connexion, dont la structure ne comporte ni fusion, ou soudure, ni autre liaison artificielle de ses éléments. On a proposé beaucoup de con- nexions sans soudure, qui sont toutes basées sur le principe consistant à maintenir une pression mécanique continue entre les éléments attenants l'un à l'autre de la connexion, pour assurer une conductivité électrique satisfaisante et une résistance mécanique adéquate.
Panais les connexions sans soudure connues, on peut citer les connexions à pince ou à ressort, dans lesquelles une pression est maintenue grâce à un dispositif élastique; les connexions à manchons ou connexions télescopiques, communément désignées sous l'appellation de "mâle et femelle", dans lesquelles une pression la- térale, appliquée à ou par un réceptacle femelle et due à la tension propre dudit réceptacle ou à d'autres causes maintient une bonne pression de contact contre un élément mâle inséré dans ledit réceptacle femelle; les connexions serties, dans lesquelles un élément est mécaniquement forcé dans ou autour d'un autre élément; les connexions embouties, dans lesquelles un dispositif en forme de douille est comprimé sur les deux éléments à réunir;
et les con- nexions enveloppées, ces dernières étant intéressantes en ce qui concerne la présente invention. L'énumération précédente des types connus de connexions sans soudure ne doit pas être considérée comme exhaustive. Cette énumératicn indique cependant les connexions sans soudure le mieux connues et le plus communément employées.
La présente invention concerne la structure et le mode d'obtention
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d'une connexion, constituée par une borne électrique, autour de laquelle sont enroulés plusieurs tours ou spires d'un conducteur, sous une tension, longi- tudinale élevée.
La structure obtenue est une connexion électrique envelop- pée et isolée électriquement, dans laquelle la major ité des fibres des spi- res du conducteur restent soumises à une forte tension de manière à produire une force de compression radiale élevée sur les surfaces de contact de la borne,
Dans la forme préférée d'exécution de l'invention, une borne (dont le mode d'obtention fait également l'objet de l'invention) comprend au moins une surface longitudinale incurvée latéralement de manière continue et au moins une surface longitudinale plane, agencée de manière que les arêtes se trouvant à l'intersection des surfaces incurvées et planes forment sensi- blement des angles dièdres supérieurs à 90 degrés.
Des arêtes formant des angles de 90 degrés environ ou moins sont moins préférés pour des raisons pratiques qui seront expliquées dans la suite du présent mémoire. L'existence d'arêtes estnécessaire,afin qu'existent certains endroits, ou la pression de contact est localisée. Une "arête" des plus satisfaisantes a été estimée obtenue, avec un rayon approximatif d' environ 0,25 mm pour une connexion éta- blie avec du fil de 0,635 mm etune borne de section transversale d'environ 0,457 mm sur 0,762 mm.
Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, la borne précitée présente, en outre, des dents ou des rugosités intentionnelles le long d'au moins une de ses surfaces longitudinales, dans le but d'augmenter la force nécessaire pour arracher ou cisailler le fil enroulé sur la borne.
Dans les connexions sans soudure de la technique antérieure, le phénomène de fluage à froid du métal, tandis qu'il est sous pression ou sou- mis à une autre sollicitation, est probablement la cause la plus importante de la courte vie de ce qui peut avoir été initialement (c'est-à-dire direc- tement après la formation de la connexion) une connexion électrique et méca- nique satisfaisante. Les métaux sollicités tendent à retrouver un état de non-sollicitation et les chocs, vibrations, etc.. tendent à accélérer le re- lâchage de ces connexions.
Un tel relâchage mécanique ajouté à la croissance simultanée de pellicules corrosives empêche les connexions soumises à ces conditions d'avoir une grande durabilité et limite la faculté d'utilisation de ces connexions dans les applications n'impliquant pas de telles conditions.
La présente invention a pour but de réaliser une connexion sans soudure,qui garde des caractéristiques électriques satisfaisantes, nonobstant le fluage à froid ou cheminement normal des constituants métalliques et nonob- stant l'existence éventuelle d'une atmosphère corrosive* Ce but est atteint en agençant la connexion de façon que les sollicitations initiales induites dans l' enroulement soient suffisamment élevées pour qu'unfluage à froid ou un cheminement subséquent, tendant à relâcher la connexion, ne soit, en plu- sieurs années, pas suffisant pour réduire les sol licitations jusqu'à une valeur inférieure à celle à laquelle une pression de contact satisfaisante est assu- rée.
Des essais de durabilité accélérés, tels que des essais de vibrations et des essais en atmosphère corrosive, ont montré que la présente invention promet de donner lieu à une connexion enveloppée sans soudure électrique et mécanique satisfaisante.
Les particularités spécifiées ci-dessus de la présente invention seront décrites à présent en détails, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1 est, après brisures partielles, une vue latérale de la forme d'exécution préférée de l'invention; .
- la figure 2 est une vue en bout de la borne de la figure 1; - la figure 3 est une vue en bout de la structure de la figure 1, sans brisures; - les figures 4A à 4W montrent diverses configurations de bornes, sur lesquelles peuvent être établies des connexions enveloppées selon le prin- cipe du bobinage sous forte tension caractérisant la présente invention ;
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- la figure 5 est une reproduction exacte d'une microphotogra- phie d'une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 1; - les figures 6, 7, 8 et 9 servent à montrer l'analogie de rai- deur entre la connexion suivant la présente invention et le type connu de con- nexion sans soudure à broche de liage;
- la figure 10 est une vue à grande échelle, indiquant ce que l'on suppose être une des raisons pour lesquelles la connexion finie reste sollicitée, et - la figure 11 est une reproduction exacte d'une microphotogra- phie d'une section suivant la ligne 11-11 de la figure 3.
La forme d'exécution préférée de l'invention est représentée, sous plusieurs de ses aspects, aux figures 1, 2, 3, 4A, 4B et 5. Les autres figures illustrent des modifications ou variantes du concept de base et révè- lent des particularités spéciales de l'invention.
A la figure 1, on a représenté une borne 1, autour de laquelle sont enroulés plusieurs tours ou spires d'un conducteur dénudé 2, formant le prolongement d'un conducteur isolé 3. La borne ou broche 1 de la connexion présente une section transversale telle qu'elle comporte au moins une surface longitudinale 4 ou 5 incurvée latéralement et de manière continue et au moins une surface longitudinale plane 6 ou 7.
Comme on le voit à la figure 2, les surfaces planes, telles que 6 ou 7, forment avec les surfaces incurvées, telles que 6, le long de leurs arêtes d'intersection, telles que 8, des angles dièdres, tels que 9, supérieurs à 90 degrés, les arêtes 8 présentant, de préférence, des rayons de l'ordre de grandeur de 0,025 mm pour une connexion formée, par exemple, par un fil 2 de 0,635 mm enroulé sur une borne ou broche 1 à section transversale de 0,762 sur 0,457 mm environ. Une telle borne 1 peut être obtenue par un certain nombre de procédés, -Lui procédé satisfaisant consistant à aplanir partiellement une broche originellement ronde, par exem- ple dans une presse ou d'une autre manière.
On peut utiliser de nombreux dispositifs pour obtenir une telle connexion, mais on préfère employer un outil de bobinage. Il importe que le fil 2 soit enroulé autour de la broche ou borne 1 sous une forte tension lon- gitudinale, que la borne 1 présente des arêtes, telles que 8, qui ne soient pas trop vives pour sectionner et abîmer le fil 2, mais soient cependant suf- fisamment saillantes pour localiser les forces de contact par compression, et qu'il y ait plusieurs tours ou spires de fil 2, par exemple 7 tours, comme montré à la figure 11.
Des courbes relatives au fluage où cheminement du cuivre sous di- verses sollicitations (telles qu'en publie la "Chase Brass and Copper Company, du Waterbury, Connecticut ont montré que, soumis à une sollicitation d'environ 280 kgs par cm , le cuivre ne subit qu'un fluage négligeable en l'espace de nombreuses années (la courbe présentant une "inclinaison" sensiblement hori- zontale, même après 24.000 heures, soit trois ans environ) . Il apparaît , dès lors, que si la force de compression exercée sur les arêtes 8 de la bor- ne 1 est initialement non inférieure à 280 ,kg par cm2, le fluage subséquent du cuivre n'affectera pratiquement pas la pression de contact.
Une telle pression de contact est considérée comme adéquate pour une connexion électri- que satisfaisante. Sans qu'on veuille limiter en quoi que ce soit le domaine de la présente invention, on peut cependant suggérer d'appliquer une tension d'enroulement longitudinale suffisante pour assurer, aux endroits de compres- sion locale, une pression de contact d'au moins 280 kgs par cm2.
On constatera, en examinant la reproduction microphotographique - de la figure 5, que les forces de compression sont localisées aux arêtes 8 de la borne 1 par les diverses spires de fil 2. Ainsi, chaque tour ou spire de fil 2 comporte quatre zones localisées de pression, en sorte qu'on obtient 4N contacts par connexion, dans le cas où N est le nombre de tours de fil 2 en- roulés sur la broche ou borne 1. Le nombre 4N doit en pratique être modifié, en raison de la perte d'efficacité des deux dernières spires environ, ainsi qu'il sera expliqué ci-après.
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La figure 11 est une reproduction microphotographique d'une coupe longitudinale d'une connexion, suivant la ligne 11-11 de la figure 3. Cette reproduction montre que les deux dernières spires 10 et 11 du fil. 2 se sont en partie déroulées, en sorte que la connexion présente sensiblement huit ccn- tact en moins,le nombre de ces contacts pour la connexion devenant égal à 4N-8.
A la figure 10, qui représente une borne ronde 12 pour la facili- té de la représentation, on voit une spire terminale partiellement déroulée.
Les dents de scie 14 découpées sur la périphérie de la borne 12 et à Pinté- rieur de l'enroulement de fil conducteur sont des vues amplifiées de la ru- go.sité des deux surfaces. Cette rugosité produit un interverrouillage, grâce auquel et quelque faible qu'il puisse être les forces de frottement agissant en ces endroits, en raison de la forte compression empêchent toutes les spi- res à l'exception des dernières de retourner à des conditions de non-sollici- tation. Chacune des dents de scie prend légèrement appui sur sa correspon- dante,de faon à empêcher un déroulement complet de plus d'une spire complè- te environ à chaque extrémité de la connexion.
Les spires médianes, telles que celles indiquées par l'accolade 13 aux figures 1 et 11, restent soumises à une forte tension longitudinale.
Les figures 6 et 7 montrent une connexion à broche de liaison et le dispositif analogue à cette connexion au point de vue raideur. Le fil 15 est comprimé entre une tête de vis 16 et un bloc 17 au moyen d'une vis 18.
Ceci donne une compression telle qu'en 19 à la figure 7 et une tension, telle qu'en 20 à la figure 7. Similairement, dans la connexion agencée selon la présente invention, le conducteur 21 de la figure 8 est comprimé par la spire de fil 22. Ceci donne dans la spire 22 une tension, telle qu'en 23 à la fi- gure 9, et dans la borne 21 une compression, telle qu'en 24 à la figure 9.
Toutes les spires qui n'ont pas commencé à glisser ou à se dérouler, telles que les spires indiquées par l'accolade 13 aux figures 1 et 11, seront effi- caces comme montré à la figure 9, si ce n'est que par rapport au type de bor- ne représenté à la figure 1, les points ou zones de compression seront locali- sés de la manière expliquée précédemment.
En raison de ces zones de compressions localisées aux arêtes 8 de la figure 5 par exemple, des creux 25 sont produits dans les arêtes 8 de la borne 1, qui montrent l'intensité de la force de compression, aident à aug- menter la force nécessaire pour arracher ou cisailler l'enroulement de la borne 1, de faon à obtenir une connexion mécaniquement stable. Les creux 25 peuvent être produits ou leur production peut être facilitée en rendant rugueuses ou sinueuses une ou plusieurs surfaces longitudinales d'une borne, comme montré aux figures 40, 4N ou 4V.
En raison de la tendance de l'enroulement à se dérouler, comme montré aux figures 1 et 3, la sollicitation de torsion provoque en réalité une torsion de la borne 1 jusqu'à un angle de torsion 26 appréciable, ce qui montre les forces et sollicitations importantes qui sont en jeu dans une telle connexion.
Tous ces facteurs, notamment la configuration spéciale de la bor- ne, la forte tension dans les spires, les creux (artificiels ou autres), l'an- gle de torsion, etc.., sont des particularités significatives de la supério- rité de la connexion. Les connexions suivant l'invention ont été soumises à des mesures de parasites où bruit, avant et après les essais de durabilité accélérés, tels que les essais de résistance aux vibrations et aux atmosphères corrosives (notamment humidité élevée et présence de sel).
Comparé à un ni- veau de référence de 10-12 watts, qui a été utilisé somme niveau de référence du bruit dans les circuits téléphoniques depuis un certain temps, le bruit dans un système téléphonique à barres croisées s'avère ordinairement de l'or- dre de 10-12 watts, le bruit dans un système pas-à-pas et à panneau est géné- ralement de 20 à 30 décibels plus élevé, le bruit dans les connexions élec- triques sujettes à des sollicitations (tractions, chocs, etc..) peut être de 10 décibels supérieur à la-12 watts. Dans les connexions -suivant la présen- te invention, le bruit ne commence pas à se manifester avant que la puissance n'atteigne une valeur voisine de 30 décibels en dessous de 10-12 watts.
Ce
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niveau de bruit s'est révélé tellement bas que le niveau de bruit de l'instru- ment de mesure délicat (instrument de mesure du bruit Goodale) constituait un facteur de limitation. Cette valeur de 30 décibels en dessous de 10-12 watts a été mesurée pendant que ces connexions étaient soumises à des vibrations et à des chocs de même qu'après exposition desdites connexions à des atmosphères corrosives.
il s'est écoulé trop peu de temps depuis que fut conçue la présen- te invention, pour mesurer avec précision la durée utile des connexions, mais, sur la base des essais accélérés et de l'état présent des connaissances des propriétés de fluage à froid du fil de cuivre, les connexions suivant l'inven- tion semblent devoir garder leurs forces de contact élevées et leur faible ni- veau de bruit pendant des aimées, alors que pour les conne xions enveloppées connues la durée de maintien de ces propriétés était calculée en jours ou en semaines.
Bien que l'invention ait été décrite sous sa forme d'exécution préférée, représentée aux figures 1, 2, 3, 4A, 4B et 5, la même connexion ser- rée et sans soudure peut être réalisée sur d'autres formes de bornes. Les figures 4C et 4D montrent une telle connexion, dans laquelle la borne des fi- gures 4A et 4B a été artificiellement rendue rugueuse en 28, de manière à aug- menter la résistance à l'arrachage des spires de fil. Les figures 4E et 4F montrent une connexion serrée établie sur une broche plate qui a été section- née dans une feuille métallique. Ce type de broche peut comporter des arêtes vives 27 qui endommagent le fil 29 à tel point qu'un enlèvement et une remise en place du même fil 29 ne sont pas toujours possibles.
Les arêtes 8 de la broche 1 permettront une ou plusieurs reconnexions sans rupture du fil 2.
La broche des figures 4G et 4H d'un type couramment employé dans les sockets de tubes radioélectriques, etc. peut être considérée comme appartenant à la cotégorie entrant dans le domaine de la présente invention, si les arêtes, telles que 30, ne sont pas trop vives, ainsi qu'il a été expliqué précédemment.
Ce type de borne présente, en raison de sa section transversale, une élastici- té qui tend à compenser la perte de pression de contact due au fluage du fil 31. Les figures 4J et 4K montrent un type de borne en "queue de poissontt., em- pêchant tout arrachage de la connexion dans une direction. Si les arêtes 32 ne sont pas trop vives, la broche en "queue de poisson't peut servir à élabo- rer une connexion satisfaisante selon la présente invention. Les figures 4L et 4M montrent une borne en "double queue de poisson", empêchant tout arracha- ge dans les deux directions. Les figures 4N et 4P montrent une broche à con- tour ondulé, qui est sensiblement du même type que la broche dentée des figu- res 4C et 4D.
Les figures 4Q et 4R montrent simplement que plus d'une bor- ne, telle que celle représentée aux figures 4A et 4B peut faire partie d'une même connexion. Les figures 4S, 4T, 4V, et 4W montrent un type recourbé ou rentrant de borne avec ou sans contour ondulé ou en "queue de poissontt. Tou- tes ces variétés de broches peuvent se conformer aux principes de base de la présente invention.
Bien qu'elles n'aient pas été représentées, si ce n'est aux figu- res 8 et 10, les bornes exemptes d'arêtes, quelles qu'elles soient,ne'parais- sent pas présenter la forme nécessaire pour produire une force de contact suf- fisamment élevée pour une connexion satisfaisante. De telles bornes seraient rondes, ovales etc.. La compression des spires contre les surfaces latérales de ces bornes est répartie sur une zone suffisamment grande pour assurer une pression de contact telle qu'elle empêche une pression de contact suffisante pour supprimer le fluage à froid, à moins qu'une tension d'enroulement prohi- bitivement élevée soit utilisée. Une telle tension élevée serait indubitable- ment telle qu'elle provoquerait la rupture du fil ou la distorsion de la bor- ne.
Une autre objection aux bornes rondes est le fait que le fil entoure la borne à la manière d'un écrou sur une vis. Si des vibrations ou une manipula- tion brutale libèrent le fil à l'endroit où il est en contact avec la borne rendue rugueuse, chaque spire de fil tendra graduellement à se libérer.
La présente invention a été décrite dans son application à une structure présentant un caractère nouveau et à un procédé d'obtention d'une telle structure. Si certaines matières sont choisies et assemblées d'une ma- nière spécifiée,, telle que décrite ci-dessus, on obtient une structure qui com- porte les éléments de base d'une connexion électrique satisfaisante, durable
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et du type enveloppé sans soudure. Une telle connexion réalise une écono- mie aux points de vue coût de l'étain et du plomb pour la soudure, du coût des outils de soudure et de la nécessité de soudeurs spécialisés. De plus, l'emploi de connexions'suivant l'invention réduit le coût des instal- lations d'appareils et de circuits électriques.
De plus, la présente invention s'est avérée réalisée de manière satisfaisante dans une connexion ou dans le mode d'obtention d'une connexion à l'aide de fil émaillé. On a constaté qu'il est inutile dans ce cas, d'en- lever l'émail du fil. Les grandes forces en jeu pendant l'opération d'enrou- lement sont suffisantes pour briser l'isolement d'émail et pour créer un contact métal-sur-métal, qui paraît sensiblement aussi bon que si l'on avait fait usage d'un fil nu.
En outre,il n'y a aucune nécessité absolue d'employer du fil rond. Le fil rond est le plus communément utilisé, mais la connexion sui- vant la présente invention n'est pas nécessairement limitée à l'emploi d'un tel fil,
Une connexion suivant l'invention peut être soudée ou autrement reliée, si on le désire. Toutefois la présente invention est liée à l'ab- sence de soudure, c'est-à-dire aux connexions permanentes et efficaces dépour- vues de soudure.
REVENDICATIONS --------------
1. Connexion électrique enveloppée pour bornes comprenant au moins une surface longitudinale incurvée latéralement de manière continue et au moins une surface longitudinale plane, caractérisée en ce que chaque sur- face longitudinale plane forme à son intersection avec une surface longitu- dinale incurvée adjacente, une arête présentant un angle dièdre, sensiblement supérieur à 90 et en ce qu'un enroulement serré de fil nu ou émaillé entoure la borne à raison de plus de deux spires, par exemple à raison de sept spires, la majorité des fibres des spires étant soumise à une forte tension et la borne étant sollicitée à la torsion, en raison du fait que les spires de fil ont tendance à se dérouler, en vue de se libérer de leur tension.