WO2003100912A1 - Vis de borne - Google Patents

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Eric Jeannet
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Gobin Daude SA
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    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the present invention relates to the field of terminal screws, that is to say screws with an electrical conduction function.
  • the present invention relates to the field of screws designed to provide intermittent electrical contact in the ignition circuit of an internal combustion engine.
  • the screws intended for this application were made of a homogeneous material, for example entirely of copper, bronze or steel.
  • the specifications imposed for terminal screws have become more stringent in recent years. Resistance to electrical contact and higher sparking is thus required, to guarantee less wear on the electric arcs. It is also required a higher mechanical resistance to allow to admit higher tightening torques than in the past. Finally, it is generally required the passage of an electric current of higher intensity and therefore a higher electrical conduction.
  • bi-material screws that is to say screws whose main body is made of steel, but with a hollow head suitable for brazing a wafer made of an alloy of silver / tungsten brazed on the head.
  • the object of the present invention is now to propose a new terminal screw capable of meeting strict specifications, and of acceptable cost.
  • the object of the present invention is in particular to propose a terminal screw meeting the following specifications: - mechanical resistance greater than 580MPa,
  • a one-piece terminal screw characterized in that it is made of a copper alloy based on Cu, Ni, Si.
  • the terminal screw is produced using an alloy comprising of the order of 97% copper, 2 to 5% nickel, typically 2.5% and 0 , 3 to 1% silicon, typically 0.5%.
  • the terminal screw 10 according to the present invention is in one piece and formed from a homogeneous material based on a copper nickel silicon alloy.
  • the screw 10 in accordance with the present invention is produced based on an alloy comprising of the order of 97% copper, 2 to 5% nickel, typically 2.5% and from 0.3 to 1% of silicon, typically 0.5%.
  • the screw 10 is made from a circular wire of constant section and a cold strike, for example two strokes.
  • the screw is preferably subjected to a heat treatment for two hours at a temperature of the order of 475 ° C., followed by quenching with water.
  • the threaded body or rod 12 has a length of the order of 30 to 35 mm and a diameter of the order of 8mm.
  • the rod or body 12 can be adapted to be engaged directly in a tapped bore.
  • the screw is immobilized using a nut engaged on the end of the threaded rod 12.
  • the screw 10 further comprises a flared head 16 whose cross section is non-circular in revolution to allow an anti-rotation function, for example by engagement in a complementary recess formed in the contactor cover.
  • the head 16 may have a cross section of diverse geometry, for example square, hexagonal, or any other equivalent non-circular shape of revolution.
  • the dimensions of the head 16 can be the subject of numerous variants. Typically the head 16 has a height of the order of 5mm (considered parallel to the axis 14) and dimensions of the order of 13x10mm for a head of rectangular section.
  • the upper surface 18 of the head 16, that is to say the surface perpendicular to the axis 14 and ensuring the electrical contacting function is preferably flat, without burrs and rough striking. It is important that it has no concavity. It can thus be at least slightly convex, convex. In addition it is smooth.
  • edges of the head 16 both parallel to the axis 14 and perpendicular to this axis are preferably rounded with an average radius of the order of 0.40 to 0.50mm.
  • the terminal screw 10 according to the present invention is preferably made from a circular wire.
  • the method of manufacturing the terminal screw 10 in accordance with the present invention essentially comprises three phases.
  • the first phase consists of drawing the circular wire unwound from the original coil to obtain the desired diameter and mechanical strength.
  • This step is typically carried out to obtain, according to a particular and nonlimiting embodiment, a wire meeting the following characteristics:
  • the second step is to strike the wire, to obtain the desired geometry of the screw and work hardening. It is preferably a cold strike, for example two strokes.
  • the third step is to operate a heat treatment to obtain adequate mechanical strength and electrical conductivity.
  • the heat treatment is carried out by maintaining at a temperature of the order of 475 ° C. for two hours, that is to say maintaining the parts at constant temperature then rapid cooling with air, see oil, preferably water.
  • the parts can be cleaned before use.

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Abstract

La présente invention concerne une vis borne monobloc, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en alliage de cuivre à base de Cu, Ni, Si.

Description

VIS DE BORNE
La présente invention concerne le domaine des vis de borne, c'est-à-dire les vis à fonction de conduction électrique.
Plus précisément encore, la présente invention concerne le domaine des vis conçues pour assurer un contact électrique intermittent dans le circuit d'allumage d'un moteur à combustion interne.
A l'origine, les vis destinées à cette application ont été réalisées en un matériau homogène, par exemple intégralement en cuivre, bronze ou acier. Cependant, le cahier des charges imposé pour les vis bornes s'est sévérisé ces dernières années. Il est ainsi demandé une résistance au contact électrique et à l'étincellage supérieure, pour garantir une usure moindre aux arcs électriques. Il est également demandé une résistance mécanique supérieure pour permettre d'admettre des couples de serrage plus élevé que par le passé. Enfin, il est généralement requis le passage d'un courant électrique d'intensité supérieure et donc une conduction électrique plus élevée.
De là, les spécialistes ont proposé ces derniers temps des vis bi- matière, c'est-à-dire des vis dont le corps principal est réalisé en acier, mais avec une tête creuse adaptée au brasage d'une pastille en alliage d'argent/tungstène brasée sur la tête.
Techniquement ces vis bi-matière à base d'acier comportant une pastille en argent/tungstène brasée donnent satisfaction.
Cependant, ces vis soulèvent une difficulté majeure qui est leur coût élevé. Ce coût est dû entre autres à l'argent / tungstène : coût matière très élevé et à la nécessité de gérer deux composants : d'une part, le corps en acier, d'autre part, la pastille en argent/tungstène, et résulte également du processus d'assemblage. -
La présente invention a maintenant pour but de proposer une nouvelle vis borne apte à répondre à un cahier des charges sévère, et de coût acceptable.
La présente invention a notamment pour but de proposer une vis borne répondant au cahier des charges suivant : - résistance mécanique supérieure à 580MPa,
- une conductivité supérieure à 25% IACS, et
- un couple de serrage supérieur à 15 Nm.
Les buts précités sont atteints dans le cadre de la présente invention, grâce à une vis borne monobloc caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un alliage de cuivre à base de Cu, Ni, Si.
Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, la vis borne est réalisée à l'aide d'un alliage comprenant de l'ordre de 97% de cuivre, de 2 à 5% de nickel, typiquement de 2,5% et de 0,3 à 1% de silicium, typiquement 0,5% .
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif et sur lequel la figure unique annexée représente schématiquement une vis conforme à la présente invention.
La vis borne 10 conforme à la présente invention est monobloc et formée en un matériau homogène à base d'un alliage de cuivre nickel silicium.
Plus précisément, comme indiqué précédemment, de préférence la vis 10 conforme à la présente invention est réalisée à base d'un alliage comprenant de l'ordre de 97% de cuivre, de 2 à 5% de nickel, typiquement 2,5% et de 0,3 à 1% de silicium, typiquement 0,5%.
De préférence, dans le cadre de la présente invention, la vis 10 est réalisée à partir d'un fil circulaire de section constante et une frappe à froid, par exemple deux coups.
Après ce processus de fabrication traditionnelle, la vis est de préférence l'objet d'un traitement thermique pendant deux heures à une température de l'ordre de 475°C, suivi d'une trempe à l'eau.
A priori, les inventeurs ont déterminé qu'aucune finition particulière n'est nécessaire.
On va maintenant décrire la géométrie générale de la vis borne conforme à un mode de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. Celle-ci comprend un corps fileté 12 centré sur un axe 14.
Typiquement mais non limitativement, le corps fileté ou tige 12 possède une longueur de l'ordre de 30 à 35 mm et un diamètre de l'ordre de 8mm. La tige ou corps 12 peut être adapté pour être engagé directement dans un alésage taraudé. Néanmoins, dans la majorité des cas d'utilisation des vis bornes dans un circuit d'allumage d'un moteur à combustion, la vis est immobilisée à l'aide d'un écrou engagé sur l'extrémité de la tige filetée 12. La vis 10 comporte par ailleurs une tête évasée 16 dont la section droite est non circulaire de révolution pour permettre une fonction anti-rotation, par exemple par engagement dans un evidement complémentaire ménagé dans le capot de contacteur.
La tête 16 peut présenter une section droite de géométrie diverse, par exemple carrée, hexagonale, ou toute autre forme équivalente non circulaire de révolution.
Les dimensions de la tête 16 peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. Typiquement la tête 16 possède une hauteur de l'ordre de 5mm (considéré parallèlement à l'axe 14) et des dimensions de l'ordre de 13x10mm pour une tête de section rectangulaire.
La surface supérieure 18 de la tête 16, c'est-à-dire la surface perpendiculaire à l'axe 14 et assurant la fonction de contactage électrique est de préférence plane, sans bavure et brut de frappe. Il est important qu'elle ne présente pas de concavité. Elle peut ainsi être au moins légèrement bombée, convexe. De Plus elle est lisse.
Les arêtes de la tête 16 à la fois parallèles à l'axe 14 et perpendiculaires à cet axe, sont de préférence arrondies avec un rayon moyen de l'ordre de 0,40 à 0,50mm.
Comme on l'a indiqué précédemment, la vis borne 10 conforme à la présente invention est réalisée de préférence à partir d'un fil circulaire.
Le procédé de fabrication de la vis borne 10 conforme à la présente invention comprend essentiellement trois phases. La première phase consiste à tréfiler le fil circulaire déroulé de la bobine d'origine pour obtenir le diamètre et la résistance mécanique souhaités.
Cette étape est typiquement opérée pour obtenir, selon un mode de réalisation particulier et non limitatif, un fil répondant aux caractéristiques suivantes :
- diamètre de 7,5mm pour une vis finale de diamètre 8mm,
- charge de rupture R en Mpa : 320 à 400,
- limite d'élasticité E à 0,2% Mpa : 290-380, - allongement : 10-20%,
- dureté Vickers HV10 : 105 à 125.
La deuxième étape consiste à opérer la frappe du fil, pour obtenir la géométrie souhaitée de vis et écrouir. Il s'agit de préférence d'une frappe à froid, par exemple deux coups. La troisième étape consiste à opérer un traitement thermique pour obtenir une résistance mécanique et une conductivité électrique adéquates.
De préférence, le traitement thermique est opéré par maintien à une température de l'ordre de 475°C pendant deux heures, c'est-à-dire maintien des pièces à température constante puis refroidissement rapide, à l'air, voir à l'huile, de préférence à l'eau.
Le cas échéant, les pièces peuvent être l'objet d'un nettoyage avant utilisation.
La Demanderesse a constaté que les vis bornes réalisées avec la géométrie, l'alliage et le procédé précité, présentent des caractéristiques supérieures aux vis jusqu'ici proposées selon l'état de la technique.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vis borne monobloc, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en alliage de cuivre à base de Cu, Ni, Si.
2. Vis borne selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pourcentage de cuivre de l'ordre de 97%.
3. Vis borne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pourcentage de nickel de 2 à 5%.
4. Vis borne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pourcentage de nickel de l'ordre de
2,5%.
5. Vis borne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pourcentage de silicium de 0,3 à 1%.
6. Vis borne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend un pourcentage de silicium de l'ordre de
0,5%.
7. Vis borne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la surface supérieure (18) d'une tête évasée (16) de la vis est plane ou légèrement bombée convexe, et de préférence lisse.
8. Procédé de fabrication de la vis borne conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à tréfiler un fil circulaire en alliage de cuivre nickel silicium, opérer au moins une opération de frappe, puis un traitement thermique.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'étape de frappe consiste en une frappe à froid, de préférence deux coups.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que l'étape de traitement thermique comprend un maintien en température pendant une durée de l'ordre de deux heures à une température de l'ordre de 475°C suivie d'un refroidissement rapide.
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