<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte aux éléments chauffants électriques et notamment aux corps chauffants comprenant un élément conducteur en métal, à haute résis- tance, auquel sont fixés des organes de contact, l'inven- tion ayant particulièrement pour objet un procédé et un appareil pour la connexion de cet élément de résistance avec les organes de contact.
Dans certains types d'éléments chauffants électriques qu'on peut désigner sous le nom d'éléments protégés, le corps chauffant comporte un fil enroulé en hélice, en une matière métallique résistante, aux extré- mités duquel sont fixés des organes de contact. Le fil de chauffage enroulé en hélice est enveloppé d'une masse étanche d'un corps conducteur de chaleur et électrique- ment isolant, l'ensemble étant ensuite scellé dans une enveloppe tubulaire. -Un tel élément de chauffage proté- gé peut affecter différentes formes.
On connaît différents procédés permettant de fixer les éléments de contact considérés.aux extrémités du fil de résistance enroulé en hélice d'un élément pro- tégé ; toutefois, aucun de ces procédés n'a donné entiè- re satisfaction, ces procédés laissant beaucoup à désirer quant à leur efficacité, d'une part, et à leur prix de revient, d'autre part. Certains de ces procédés connus ont par exemple trait à différentes modalités de construo tion d'une connexion en forme d'hélice, entre la résis- tance enroulée en hélice et une partie recourbée de l'or- gane de contact, ces procédés, tout en produisant effec- tivement une connexion mécanique durable à faible résis- tance de passage ne permettant toutefois pas la réalisa- tion d'une fabrication rapide.
De plus, de tels procé-
<Desc/Clms Page number 2>
dés sont également peu satisfaisants lorsque la résistan- ce de l'élément est constitué par un fil fin.
Selon'd'autres'procédés connus, le fil enroulé en hélice est soudé au contact, mais ces procédés ont l'inconvénient d'affaiblir fortement, au point de jonc- tion du contact et du fil de résistance, les contacts qui risquent de casser, de sorte que cette jonction entre le ou les contacts et le fil de résistance risque de se trouver brisée après scellement dans le tube de protec- tion de l'élément de résistance. Dans un tel cas, l'élé- ment de chauffage devient entièrement inutilisable et doit être mis au rebut.
La nécessité se fait donc sentir de réaliser, d'une part, un élément chauffant électrique protégé, perfectionné, et, d'autre part, un procédé perfectionné permettant de connecter rapidement et sans connaissances techniques spéciales un organe de contact à un élément de résistance enroulé en hélice.
Le but de l'invention est donc de réaliser un élément chauffant électrique, perfectionné, ainsi qu'un procédé et un appareil pour sa fabrication.
L'invention a également pour but de réaliser un procédé et un appareil permettant de relier un conduc- teur métallique et une pièce de contact.
A cet effet, l'invention prévoit un nouveau procédé et un appareil pour la soudure d'un élément de résistance métallique avec un organe de contact.
Un autre but important de l'invention est de réaliser un procédé perfectionné permettant de connecter un fil de résistance en hélice à un organe de contact, procédé qui est très rapide et .qui conduit à une fonction où le contact se maintient sensiblement dans son état
<Desc/Clms Page number 3>
initial.
Le procédé suivant l'invention, destiné à réaliser une jonction entre le métal de la résistance et le contact, est caractérisé en ce que le métal de la ré- sistance a la forme d'un fil enroulé en hélice, une des extrémités du contact étant introduite dans cette hélice.
Un courant de soudure est ensuite appliqué, pendant un temps déterminé, aux parties en contact du fil en hélice et de l'organe de contact, un certain nombre de spires de l'enroulement étant ainsi soudés au.contact, afin de réaliser une connexion mécanique extrêmement résistante.
D'autres caractéristiques de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : - la figure 1 est une vue de côté d'un élément chauffant électrique suivant l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale d'un . appareil destiné à la construction de l'élément chauf- fant de la figure 1, cette figure représentant une cer- taine phase de la construction; - la figure 3 est une vue du même appareil, en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2, représen- tant également une partie supprimée dans la figure 2; - la figure 4 représente, enfin, un schéma de fonctionnement dans le temps, 'destiné à éclairer la des- cription du dispositif suivant l'invention.
L'élément de chauffage 10 (figure 1) est adap- té pour être monté dans une enveloppe tubulaire, en vue d'obtenir un corps chauffant protégé. L'élément 10 se compose d'un fil métallique 12 à résistance relativement élevée, destinera être chauffé par le courant qui le tra-
<Desc/Clms Page number 4>
verse, et à être utilisé comme source de chaleur. Un fil de résistance particulièrement adapté cet usage se trouve dans le commerce sous la dénomination "Ni chrome".
Dans l'exemple représenté, l'élément 10 a la forme d'un fil de résistance en hélice. Afin d'éviter un court- circuit entre deux spires voisines du fil de résistance 12, ce dernier peut être muni d'une enveloppe isolante ou, ce qui est plus usuel, le fil peut être enroulé de telle sorte que les spires voisines se trouvent écartées l'une de l'autre. Le fil de résistance 12 peut être alimenté en courant, à partir d'une source de courant quelconque, au moyen d'une paire de pièces de contact métalliques ou bornes de contact 14, ces dernières étant connectées, électriquement et mécaniquement, aux extré- mités du fil de résistance 12.
A cet effet, une des extrémités du contact 14 constitue une saillie cylindrique 14a, de plus faible diamètre, cette saillie étant introduite dans l'extrémité correspondante de l'enroulement de la résistance 12.
Comme indiqué à la figure, cette extrémité du fil 12 s'appuie sur l'épaulement 14b du contact 14, cet épaule- ment constituant la zone de jonction de la saillie 14a avec la partie principale du contact 14. Il y a lieu de noter que les éléments électriques chauffants de ce type sont connus dans la technique, l'agencement décrit ci- dessus ne devant donc pas être considéré comme faisant partie de l'invention.
Comme il a été rappelé ci-dessus, il y a une utilisé certaine à réaliser un procédé permettant une jonction efficace de l'extrémité du fil de résistance 12 avec les contacts correspondants 14. La soudure étant un procédé commode pour une connexion rapide du fil 12 avec le contact de fixation 14, tout en offrant une ré-
<Desc/Clms Page number 5>
sistance de passage électrique assez réduite entre les parties assemblées, il est avantageux de baser le mode d'assemblage sur un procédé par soudure, ce qui permet de réaliser les connexions électriques voulues, la quali- té de la liaison mécanique du contact étant également assurée.
Suivant l'invention, le fil de résistance 12, divisé en un certain nombre de spires séparées l'une de l'autre, prend la forme d'un enroulement en hélice. Le diamètre intérieur de l'enroulement de. ce fil est égal, de préférence, à la partie rétrécie 14a du contact 14, ou légèrement supérieur à celle-ci. On introduit alors le contact 14, avec sa partie rétrécie 14a, à l'inté- rieur de l'une des extrémités de l'enroulement 12 de fa- çon que cette extrémité vienne s'appliquer contre l'épau- lement 14b. On fait ensuite passer un courant de soudure à travers les quelques spires de l'enroulement 12 placées sur la partie rétrécie l,.a du contact 14, jusqu'à ce qu'une couche superficielle de ces spires subisse une fusion.
Etant donné que la masse du fil de résistance 12 enroulée en hélice est considérablement plus réduite que la masse de la partie 14a du contact qui y pénètre le fil 12 sera suffisamment chauffé pour assurer le for- mation d'une bonne liaison par'soudure lorsqu'une mince couche superficielle seulement;des zones d'application du contact 14 sera soumise à la fusion;
une telle fusion superficielle, partielle, d'une partie chauffée peut être désignée par l'expression "mouillage par fusion" (wet- ting). Lorsqu'un tel "mouillage par fusion" a lieu dans la couche superficielle du contact 14, l'alimentation en courant du fil de résistance 12 est immédiatement cou- pée, la chaleur étant alors immédiatement et rapidement
<Desc/Clms Page number 6>
évacuée, afin d'éviter la fusion supplémentaire de la partie 14a du contact. ;,..
L'invention, comme on l'a précédemment indi- qué, se rapporte aussi à un dispositif pour la réalisa- tion du procédé ci-dessus, de façon à permettre la fabri- cation en série de tels assemblages d'organes de contact.
L'appareil représenté aux figures 2 et 3 comporte deux jeux de porte-électrodes 16 et 17, disposés longitudina- lement l'un par rapport à l'autre. Dans le mode de réalisation représenté, le support 16 est disposé verti- calement, au-dessus du support 17; ces supports peuvent toutefois être placés dans d'autres positions, l'un en regard de l'autre. Le support 16 comporte deux électro- des 18 et le support 17 deux autres électrodes 19. Ces électrodes 18 et 19 sont maintenues en position de tra- vail ou éloignées de cette position par les supports 16 et 17, la pièce à travailler étant constituée, dans l'exemple de réalisation, par le fil de résistance en hélice 12 et par la partie rétrécie 14a, engagée dans l'enroulement, du contact 14.
Les deux jeux d'électro- des 18 et 19, ainsi que les supports correspondants 16 et 17 de ces électrodes, étant sensiblement identiques, qeuls le support 16 et les électrodes 18 seront décrits dans la suite ; parties correspondantes des deux au- tres porte-électrodes et des électrodes elles-mêmes sont toutefois désignés par les mêmes références.
Les supports 16 sont pratiquement rectangulai- res et présentent une partie terminale rétrécie 16a (cet- te partie rétrécie du support 17 est désignée par la référence 17a), des évidements rectangulaires 21 et 22 étant prévus sur les côtés opposés des extrémités l6a.
Les électrodes individuelles du jeu d'électrodes 18 sont désignées par les références 18a et l8b et viennent se
<Desc/Clms Page number 7>
loger dans lesdits évidements 21 et 22, respectivement.
Chacune des électrodes 18a et 18b présente un côté plat qui s'applique sur la partie interne du porte-électroder correspondant 16. Les électrodes 18a et 18b étant de beaucoup plus longues que les évidements 21 et 22, elles se prolongent d'une distance assez grande au delà de l'extrémité libre du porte-électrodes 16. Le jeu d'élec- trodes 19 comporte les électrodes 19a et 19b, qui sont introduites dans les évidements correspondants 21 et 22 du support 17.
Afin d'assurer une pression uniforme de con- tact entre les électrodes de soudure 18, 19 et la pière cylindrique à traiter disposée entre ces dernières.,on a ménagé des évidements semi-circulaires dans les extré- mités correspondantes des électrodes 18 et 19.
Cette disposition est représentée à la figure 3, dans laquelle l'électrode 18a présente un évid3ment semi-cénculaire 24 et l'électrode 19a un évidement semi-circulaire 25. On comprend donc que ces évidements - lorsque les électro- des 18 et 19 sont appliquées à l'extrémité de l'enrou- lement du fil de résistance 12, comme indiqué aux figu- res 2 et 3 - réalisent un contact intime et sûr entre les électrodes et la pièce à traiter
Il est évidemment possible de ntutiliser qu'une paire d'électrodes, -afin d'appliquer une tension de sou- dure à quelques spires du fil de résistance en spirale 12,
de façon que le courant de soudure passe par ces spi- res ; un assemblage par soudure plus puissant et plus uni- forme peut toutefois être obtenu, en prévoyant plusieurs électrodes, de signes opposés,,à une certaine distance l'une de l'autre, dans chacun des porte-électrodes. Les électrodes proprement dites ne sont évidemment pas pola- risées, mais reliées à la source de courant de soudure
<Desc/Clms Page number 8>
de telle sorte que l'une des électrodes soit positive et l'électrode voisine négative (figure 2). De cette façon, le courant de soudure peut changer de polarité ou être polarisé, en fonction des besoins correspondant au cas considéré.
De préférence, les supports 16 et 17 sont en un métal conducteur de faible résistance, pour faciliter la connexion des électrodes à la source de courant de soudure, et afin d'empêcher un court-circuit de la sour- ce de courant, on interpose une plaque isolante 26 dntre les différents supports d'électrodes 16 et les électro- des correspondantes 18a, 18b, ainsi qu'entre les porte- électrodes 17 et les électrodes correspondantes 19a, 19b.
Afin de faciliter le remplacement des paires d'é- lectrodes 18 et 19, ces électrodes sont appliquées, de préférence, sur les deux faces de la plaque isolante 26, et introduites en même temps que celle-ci entre les sup- ports 16 ou 17, respectivement, lesdits supports étant alors serrés (par des moyens non-représentés ) , afin de maintenir ainsi énergiquement les paires d'électrodes 18 et 19 en position de travail. Les mouvements en sens opposés des porte-électrodes 16 et 17 peuvent être assu- rés grâce à des moyens quelconques (non représentés), par exemple des solénoïdes et dispositifs analogues.
Pendant l'opération de soudure, on maintient de préférence un courant de gaz de protection, inerte, tel que de l'argon, de l'hélium, etc.., autour de la zone de soudure, afin d'empêcher une oxydation et d'ob- tenir d'autres avantages. Comme mentionné précédemment la fusion a lieu dans la couche superficielle de l'orga- ne de contact qui se trouve entre les électrodes adja- centes; d'est dans dette Zone que doit agir la protec- tion du gaz. A cet effet, un canal transversal 27, au-
<Desc/Clms Page number 9>
quel est relié une source de gaz inerte (non représentée) est prévu dans le porte-électrodes 17a, ledit canal étant en communication avec une fente 28 ménagée dans le disque isolant 26 appartenant au support 17a et qui débouche dans l'espace annulaire entourant la pièce à traiter.
Ainsi qu'on peut le voit plus clairement à la figure 3, cette fente est disposée latéralement par rapport à l'axe longitudinal de la plaque isolante 26; de façon que le gaz protecteur, en circulant à travers la fente vers la pièce à traiter, effectue un mouvement.circulaire dans l'espace cylindrique intercalaire, délimité vers l'exté- rieur par les parois des évidements semi-circulaires 29 et 30, prévus, respectivement, dans les plaques isolantes 26, opposées l'une à l'autre. Les évidements 29 et 30 étant légèrement plus éloignés que les évidements 24 et 25 des électrodes 18 et 19, il se forme un espace circu- laire libre dans la zone de soudure, tout autour du fil de résistance 12.
Les spires du fil de résistance 12, coopérant avec les électrodes 18 et 19, étant serrées contre la partie rétrécie 14a du contact 14, le gaz de protection se trouve empêché de s'échapper dans le sens axial. Une partie du gaz peut évidemment s'échapper par l'espace intercalaire entre les deux extrémités opposées l'une à l'autre des plaques isolantes 26, mais ces pertes sont, en raison du tourbillonnement du gaz dû à la disposition décalée de la fente 28, tout à fait minimes.
En utilisant, pour la réalisation du procédé suivant l'invention, le dispositif représenté aux figu- res 2 et 3, le fil de résistance 12 est tout d'abord enroulé en hélice, l'extrémité 14a de la borne 14 étant ensuite introduite dans la partie terminale dudit fil enroulé. Les supports d'électrodes 16 et 17 étant ouvert:
<Desc/Clms Page number 10>
ladite extrémité du fil de résistance est amenée, avec le contact 14 qu'elle supporte, dans les évidements 24 ou 25 de l'une ou de l'autre des paires d'électrodes de soudure 18, 19. Les supports 16 et 17 sont ensuite fermés, de façon à comprimer fortement le fil de résis- tance 12 contre le contact 14.
Cet effet de serrage réalise une faible résistance électrique et thermique de passage entre les électrodes et le fil 12, ainsi qu'un ne zone de contact de faible résistance entre les spires du fil 12 et la partie 14a du contact 14, entourée par l'enroulement du fil. Les évidements'semi-circulaires des électrodes 18 et 19 correspondant à la forme de la pièce à traiter, celle-ci ne pourra subir une déforma- tion sous l'action des supports 16 et 17 serrés sur celle-ci.
Les supports 16 et 17 étant fermés, et l'en- roulement du fil 12 serré contre le contact 14, on ap- plique une tension aux électrodes de soudure qui produit un courant de soudure à travers les spires du fil 12, et le gaz protecteur est amené par le canal 27. La dis- tance séparant les électrodes dans chaque support est relativement faible, comme il ressort de la figure 2, de sorte qu'il y a un nombre réduit de spires du fil 12, dans la position fermée des supports 16 et 17, entre les électrodes, grâce à quoi la masse des spires entre les électrodes de soudure 18a et 19aest considérable- ment plus réduite que la masse totale de l'ensemble des spires disposées sur la section 14a du contact.
Par conséquent, seules les spires intercalaires du fil pour- ront être amenées, par chauffage, à l'état de fusion et produire ainsi un 'oint de soudure entre le contact 14 et le fil 12. Le courant d'alimentation du fil 12 est ensuite coupé et les supports 16 et 17 sont encore main-
<Desc/Clms Page number 11>
tenus pendant un temps assez court dans la position de serrage, afin d'empêcher que la couche superficielle fon- due de la section 14a pénètre plus profondément dans le contact ou puisse s'étaler. Après solidification de la soudure, les supports 16, 17 sont ouverts et la pièce enlevée. Dans un mode de réalisation pratique de l'in- vention, toute cette opération peut être effectuée en moins de trois secondes.
Il est par conséquent clair, que l'écartement entre les électrodes, par exemple 18a- 18b ou 19a-19b à l'égard du nombre des spires de l'enrou- lement du fil qui doivent être soudées avec le contact 14 est de première importance.
La figure 4 est un schéma d'opération en fonc- tion du temps, représentant les intervalles de temps re- latifs à l'opération de soudure suivant l'invention.
Aucune valeur absolue n'est représentée sur ce schéma, étant donné que les durées exactes nécessaires varient avec le courant employé, ainsi qu'avec les matériaux du fil de résistance 12.
Dans la description ci-dessus du mode de fonc- tionnement de l'appareil à souder représenté aux figures 2 et 3,il n'a pas été indiqué qu'il s'agit d'une opéra- tion manuelle, automatique ou semi-automatique. Mais il va de soi que l'application du procédé et l'emploi de l'appareil suivant l'invention pourront avoir lieu pra- tiquement de façon à permettre une fabrication en série de corps chauffants munis d'organes de contact. Ainsi, par exemple, chaque phase de l'opérstion pourra être réalisée manuellement à l'aide de l'appareil suivant l'invention, ou l'ensemble des opérations pourra être effectué à l'aide d'un équipement à marche automatique.
On a toutefois constaté, dans la pratique, qu'il est préférable, pour la détermination de la succès-
<Desc/Clms Page number 12>
sion et de la durée des diverses phases pendant lesquels les les porte-électrodes 16 et 17 doivent être mainte- nues fermées et le courant de soudure mis en circuit} de prévoir des commutateurs de commande ou relais à temps une durée d'action par trop prolongée du courant de soudure pouvant conduite à un effet de fusion trop pro- noncé de la partie 14a du contact et provoquer dans ce cas ce que l'on désigne par "coulage" @ear-drop effect) analogue a ce qui a lieu dans les dispositifs antérieu- rement connus, effet susceptible d'influencer défavora- blement la tenue des bornes et la sécurité de fonction- nement du produit obtenu.
Le dispositif de commande de ce mode d'opéra- tion automatique ne fait pas partie de l'invention, mai= peut utilement comporter deux commutateurs de commande ou relais différés déterminant, d'une part, le moment d'excitation des solénoides agissant sur les porte- électrodes 16 et 17, et, d'autre part, les moments de mise en circuit ou hors circuit du courant de soudure entre les électrodes 18 et 19.
Dans ces conditions, un premier relais diffé- ré pourrait par exemple commander le solénoïde agissant sur les porte-électrodes, en intercalant, de préféren- ce, un ressort entre ce solénoïde et le porte-électro- des correspondant, de telle sorte que, lesdits porte- électrodes étant amenés en position de travail, le solé- noide continue son action et puisse tendre le ressort.
Pendant cette action différée du solénoide, les porte- électrodes étant fermés, un commutateur commandé par un deuxième organe ou relais différé pourra être fermé, afin de remettre en circuit le courant de soudure. Ce- lui-ci est ensuite coupé par ce deuxième relais différé, et après écoulement d'un délai de courte durée, le pre-
<Desc/Clms Page number 13>
mier relais de commande permettra à nouveau l'ouvertu- re des porte-électrodes.
L'invention n'est pas limitée au mode de réa- lisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fixation d'organes de contact sur des éléments chauffants électriques, du type com- prenant un fil métallique à haute résistance et au moins un organe de contact formant prise de.courant, ce procé- dé étant caractérisé en ce qu'une partie au moins du fil de résistance ayant la forme d'un enroulement héli- coidal, on introduit une portion, de préférence cylin- drique, de l'organe de contact dans l'enroulement de telle façon que cette portion et l'enroulement se trou- vent disposés coaxialement et en contact réciproqie, on fait passer un courant électrique pendant une durée déterminée dans la partie du fil enroulé appliquée sur l'organe de contact,
la durée et l'intensité de ce cou- rant étant réglées de façon que celui-ci mette en fusion une mince couche superficielle de l'organe de contact, sans produire une fusion appréciable de la matière sous- jacente de l'organe.