Brevet FR2007212A1 — publié le 19700102

T3573 1 2007212 L'invention a pour objet des joints étanches destinés essentiellement, mais non exclusivement, à assurer un joint étanche entre une paroi (et plus spécialement le couvercle) de la cuve d'une batterie d'accumulateurs électriques, et un élément 5 désigné ci-après £0a? plus de commodité sous le nom de borne,qui peut être une borne de branchement passant à travers un trou ménagé dans la paroi ou le couvercle sus-dit. Selon l'invention, une méthode pour former un joint étanche entre une paroi (ou plus spécialement le couvercle) d'une cuve 10 de batterie d'accumulateur électrique et un élément désigné ci-après sous le nom de bornes passant à travers un trou dans cette paroi, consiste essentiellement à placer un matériau de joint sous forme fluide ou pâteuse, dans un espace annulaire entourant la borne, cet espace étant entièrement refermé par des éléments 15 rigides. L'espace annulaire peut être formé entre tin épaulement prévu sur la borne et un écrou vissé sur une partie filetée de la borne, les bords de l'ouverture étant serrés entre les faces opposées de l1épaulement et par 1* écrou, ainsi que par des rondelles placées sous 1'écrou, l'espace annulaire étant délimité 20 par les faces de serrage ainsi que par les surfaces de l'ouverture et de la borne. Sans l'un des modes de réalisation de l'invention, on fait subir ou on laisse subir au matériau de joint une expansion pour qu'il remplisse entièrement l'espace annulaire. Bans ce oas, 23 le matériau de joint sera constitué de préférence par un mélange réactif, se présentant sous forme d'un fluide ou d'unepftte, lorsque la réaction est encore incomplète, le mélange formant sous l'effet de la réaction un matériau de joint plastique synthétique et un gaz, la méthode prévoyant que l'on laisse ou que 30 l'on fait réagir le mélange de telle sorte que le gaz dégagé provoque une expansion du matériau de joint l'obligeant à remplir tout 1'espace disponible. Sans une autre variante de l'invention, on emploie comme matériau de joint un matériau sans agent moussant. Sans ce cas, 35 le matériau de joint peut être formé, par exemple, par une résine époxyde. Se préférence, la borne eart fixée du point de vue mécanique directement sur le couvercle ou sur la paroi, indépendamment du matériau de joint. Se nombreuses méthodes ont été employées pour former joint 401 étanche entre une borne et un trou dans le couvercle d'une bat- 69 13573 2007212 terie à travers laquelle passe la borne, là où il est indispensable de réaliser un joint présentant une grande résistance mécanique qui reste étanche au liquide, le joint devant dans certains cas, en outre, assurer l'isolement électrique entre la 5 borne et le couvercle de la cuve de la batterie. Sans de nombreux joints de cette espfoe, la pression assurant l'étanchéité est produite en serrant un écrou qui comprime une rondelle ou une douille élastique dans le sens axial pour provoquer une expanâion dans le sens radial. Le serrage initial 10 des joints de ce genre est réalisé, en général, lorsque la batterie est encore sèche, mais au-cours des opérations ultérieures de fabrication, la cellule et le joint sont mouillés. Le mouillage a un effet de lubrification et il en résulte que la rondelle de joint peut prendre une position légèrement différente par 15 rapport à celle qu'elle oooupait au moment du serrage, provoquant l'expansion radiale; ceci ayant pour effet un léger relâchement de la compression axiale initiale, de sorte qu'il est indispensable de resserrer 1'écrou en vue de maintenir l'étanchéité du joint. En outre, à la longue, par suite de l'effet,par 2q exemple, de la lumière du soleil, de la graisse et de la tempéra^ ture, l'élasticité de la rondelle de joint peut varier, ce qui oblige à modifier la tension de 1*écrou. Eh outre, il faut contrôler l'élasticité initiale, de sorte que la rondelle Ae joint soit suffisamment dure pour assurer la 25 fixation solide de la borne sans être trop dure pour que l'expansion radiale sous l'effet de la compression ne risque pas d'être insuffisante pour assurer l'étanchéité vis à vis du liquide, sans que l'on soit obligé d'exercer une tension excessive sur 1'écrou. Sans le cas des cellules d'accumulateur aveo ouve en matière JK> plastique, le réglage de la tension de 1'écrou de serrage est beaucoup plus délicat, étant donné qu'un serrage trop fort risque de provoquer un éclatement de la ouve. C'est pourquoi il devient nécessaire de réajuster fréquemment le serrage ae 1*écrou et les fuites au joint étanche se produisent plus rapidement et 35 plus facilement, étant donné qu'il n'est pas possible de prévoir une pression initiale élevée pour assurer l'étanchéité. Il est évident que si 1'écrou et les pièces associées sont reliés directement du point de vue mécanique à la paroi, indépendamment du matériau de joint, de façon à assurer une fixation so-40 lide de la borne, 1'écrou étant bloqué sur des pièces rigides, 69 13573 ! * 1 2007212 * > r i aucun réglage ultérieur n'est possible. Ces Inconvénients peuvent être complètement ou tout au moins largement palliés par le joint, selon l'invention. On comprendra mieux la présente invention, qui peut être réa-5 lisée de différentes façons, à la lecture de la description de i deux modes de ^réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés. .. La figure 1 est une élévation latérale en coupe partielle du joint entre une borne et le couvercle moulé d'une cellule d1 10 accumulateur alcalin au nickel cadmium. La figure 2 est une élévation en coupe partielle d'un joint entre une borne et le couvercle en acier d'une cellule d'accumulateur au nickel cadmium. Sans le premier mode de réalisation (représenté à la figure 15 1), la cellule comporte un couvercle 10 en matière plastique moulée, d'une assez grande épaisseur, le trou dans le couvercle par lequel passe lafbome comprenant une partie cylindrique inférieure 11, et une partie chanfreinée 12 s'évasant vers le haut. La borne 15 comporte une partie filetée terminée par un épaule-20 ment 16, qui vient buter à plat contre la face inférieure 13 du couvercle autour de l'ouverture. Au-dessus du couvercle autour de la partie filetée de la borne se trouve une rondelle colorée 18 indiquant la polarité de la borne, une rondelle en acier 20 et un écrou 22 vissé sur la borne. 25 Le second mode de réalisation (représenté à la figure 2) est analogue au premier, mais il s'applique à une cellule dont le couvercle 30 est en tôle d'acier. Le trou pour la borne comporte un collet 31 rabattu vers le bas. Comme dans le premier mode de réalisation, la borne 34 comporte une partie supérieure 30 filetée, avec un épaulement 35. Entre 1'épaulement et le collet du couvercle se trouve une rondelle en acier 36 reposant sur 1' épaulement et une douille isolante de positionnement 38 avec un lamage. Cela signifie que la douille comporte une partie inférieure à fond plat, formant rondelle, avec un collet rabattu 35 vers le haut sur sa périphérie. Ce collet de lç£louille entoure le collet dans le couvercle en acier et la face supérieure 39 appuie sur la face inférieure du couvercle, tandis- que la face inférieure du collet du couvercle s'appuie sur 1'épaulement au fond de la douille. Au-dessus du couvercle, la partie filetéft de 40 Lia borne est entourée par une rondelle isolante épaisse,au-desaap 69 13573 2007212 de laquelle est placée une rondelle en acier 43 et un écrou 45, vissé sur la borne. Comme matériau de joint, on peut employer de nombreux systèmes de résines moussant spontanément, disponibles dans le com-5 merce, fournissant un produit résistant&1*attaque par les produits chimiques employés dans la cellule d*accumulateur. A titre d'exemple, on peut employer des systèmes de résines poly« uréthane, qui ont donné de bons résultats. Le mélange réactif peut être formé par un matériau organi-^ que polymère tout formé (par exemple par un polyuréthane terminé par un Isocyanate) et par un -liquide (par exemple par un diol tel que l'eau) ou un matériau ou plusieurs matériaux solides (agents moussants) uniformément dispersés dans le polymère et choisis pour fournir des bulles de gaz finement dispersées par 15 réaction entre eux ou par réaction avec le matériau organique polymère. Cette réaction dégageant des gaz peut également provoquer une rétieulation du matériau organique polymère, provoquait ainsi un certain durcissement. En variante, le polymère organique peut être formé in situ par réaction entre des précur-20 seurs (par exemple des djd.s) qui peuvent être des polymères eux-mêmes (par exemple des hydroxyles, des polyesters ou des poly-éthers) et des agents de polymérisation en chaîne (par exemple des diisocyanates) ou des agents réticulents (par exemple des diols ou des triols) ou par des produits de ces deux genres. 25 Cette réaction peut engendrer dés bulles de gaz finement dispersées, comme c'est le cas lorsque l'on utilise de l'eau ou des acides dicarboxyliques,sou bien on peut ajouter des agents moussants spéciaux qui dégagent du gaz par réaction avec les précurseurs, les agents de polymérisation en chaîne ou les agents 30 réticulents; ou bien que l'on peut obliger à dégager des gaz par décomposition thermique déclenchée par la chaleur de la réaction entre les précurseurs et les agents de polymérisation en chaîne ou les agents réticulents; ou en appliquant une chaleur extérieure. 35 Bans un mode de réalisation préféré, le syslÉae est basé sur un mélange formé par un polyol polyéther (un polymère précurseur) tel que, par exemple, le matériau particulier vendu par la Shell Chemicals Limited sous le nom de "Cq&arpl 520" (marque déposée) qui est un polyol polyéther avec une valeur \ 40 hydroxyle finale de 520, et par un dilsooyanate, tel que par 69 13573 2007212 exemple le 4,4* -diphenylméthanediisocyan&te (un agent polyméri-sant en chaîne ou réticulent) par exemple le produit vendu par la Shell Chemicals Limited sous le nom de "Caradate 30 (marque déposée) et enfin par un agent moussant. Les agents moussants 9 pouvant être employés comportent de 1* eau et des acides dicarbo-xyliques, qui dégagent de l'oxyde carbonique dans le système ci-dessus, par réaction avec les groupes isocyanates libres, et qui agissent également comme agents réticulents. Ce système peut comporter également des additifs facilitant 10 la réaction dfcels que des huiles de silicone et des catalyseurs de polymérisation, mélangés par exemple avec le "Caradol 520" et 1?agent moussant. Un tel mélange est vendu sous le nom de "Caradol C2N (marque déposée) par la Shell Chemicals Limited. Un mélange réactif préféré comporte des proportions égales de 15 "Caradate 30N et de "Caradol C2M. Ces deux composants sont mélangés juste avant d'être mis en place dans l'espace annulaire ptfévu pour le joint et réagissent en les laissant reposer par leur simple présence. Dans chaque cas, l'ensemble de la borne et du couvercle est 20 représenté complet, à l'exception de l'éerou de serrage et des rondelles associées. Le matériau de joint 48 présenté sous forme liquide mélangé avec l'agent moussant, est ensuite versé dans l'espace annulaire entre l^iorne et la paroi de la cuve de la cellule, les rondelles et les écrous sont mis en place et l'é-25 crou est bloqué pour assurer la fixation mécanique. On comprend facilement que dans chacun des modes de réalisation, la borne est fixée du point de vue mécanique directement sur la paroi ou sur le couvercle, indépendamment du matériau de joint qui ne sert pas à assurer la liaison mécanique. 30 En outre, le matériau de joint se trouve dans un espace entièrement fermé. Dans le premier mode de réalisation, il existe un faible jeu entre la partie cylindrique inférieure du trou 11 et la borne 15, et un espace annulaire tronconique entre la partie chanfreinée 12 du trou et la borne, et enfin un autre 35 jeu entre les rondelles et la borne, et un jeu très faible entre les filets de la borne et ceux de l'éerou. D'une façon analogue, dans le second mode de réalisation, on a à nouveau un jeu cylindrique entre la rondelle inférieure 36 et la partie inférieure de la douille 38 d'une part, et la borne 34 d'autre 40 part, un espacé beaucoup plus important de section reetangu- 69 13573 6 2007212 flaire entre le collet 31 âu couvercle et la borne, un petit jeu"! entre la grosse rondelle isolante et la rondelle en acier d'une part, et la partie filetée de la borne d'autre part, et un jeu très faible entre le filetage de la borne et celui de l'éerou. 5 Lorsque la réaction de moussage se produit, le mélange de résine liquide subit une expansion et s'introduit dans tous les joints et tous les jeux autour de laborne, y compris dans le jeu entre les filetages. Lorsque la réaction chimique est terminée, la résine se durcit, formant une masse solide, fixant solide-10 ment la borne sur le couvercle, assurant un blocage et une étan-chéité efficaces empêchant le liquide de passer par le joint. En variante, on peut utiliser une résine sous une consistance pâteuse, sans agents moussants. Dans ce cas, la résine est appliquée avec une spatule pour remplir en débordant l'espace 15 annulaire entre la borne et la cuve de la cellule, de sorte que le niveau de la résine se trouve au-dessus de la surface du .couvercle de la cellule. On place ensuite la rondelle et l'éerou et on bloque l'éerou pour refouler la résine dans l'espace annulaire et dans tous les jeux, de façon à assurer un joint étanche. 20 Pour améliorer l'effet de compression sur la résine, on peut mti-liser une rondelle à gradins avec un collet s'ajustant d'une façon précise dans l'espace annulaire. En variante, on peut utiliser une rondelle en forme de cuvette dont la cuvette est elle-même remplie de résine. 25 Cette résine pâteuse peut être constituée par une résine é- poxyde, telle que celle vendue par la C.I.B.A. sous la marque Araldite, comprenant une résine vendue sous le nom de AV 123B et un agent durcissant vendu sous le nom de HV 953B. Une telle résine, lorsqu'elle vient d'être mélangée, peut être conservée pen-30 dans environ deux heures et demie avant application et elle durcit ensuite pour fournir une masse solide, fixant d'une façon sûre la borne sur le couvercle, assurant alsai un blocage et l'étanchéité complète du joint, de sorte que le liquide ne peut pas s'échapper. 35 Comme autre résine ipoxyde du type Aralditè que l'on peut employer en variante, citons celle formée par le produit AV 121 mélangé avec le produit de durcissement HY 951, qui peut être conservé pendant environ 1 heure à 1 heure 1/2 avant application, et la,résine AV 133 qui, lorsqu'elle est utilisée avec j4-Q ^l'agent de durcissement HV 133, peut être conservée pendant en- ^ 69 13573 2007212 viron 1/2 heure à 1 heure avant application. Le joint n'est pas affecté par le mouillage, par la lumière du soleil, par la graisse ou la température, de sorte qu'il n* est pas nécessaire de resserrer les bornes ni d'effectuer un ré-5- glage précis de la tension de l'éerou de serrage. En pratique, il est démontré que l'on peut même enlever complètement l'éerou, sans que cela n'entraine de perte de liquide. La présente invention ne s'applique pas uniquement aux ensembles comportant normalement un élément de joint élastique; 10 elle peut être également employée pour des ensembles utilisant, par exemple, des rondelles en acier combinées avec une cuve en matière plastique, ou des rondelles en matière plastique non é-lastiques, combinées avec des cuves en acier. Le matériau de joint, lorsqu'il est traité, conserve une 15 certaine flexibilité et possède une certaine adhérence sur l'acier et/ou sur les matières plastiques formant le reste du joint. Il en résulte que le joint tolère de petits mouvements relatifs des différents composants sans risquer de détruire le joint é-tanche au liquide, par exemple par formation de fissures. En 20 outre, les tolérances de fabrication peuvent être relativement larges, étant donné que la résine remplit automatiquement tous les interstices et tous les jeux qui pourraient par ailleurs provoquer des fuites. 69 13573 8 ov \35/s „ 2007212 * ' REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de former un joint étanche entre une paroi (en particulier, le couvercle) d'une batterie d'accumulateur électrique, et un élément 15» dénommé ci-après "borne*, pas— 5 sant par un trou ménagé dans cette paroi ou ce couvercle, essentiellement caractérisé en ce qu'on place le matériau de joint 48, sous forme liquide ou pâteuse, dans l'espace annulaire entourant la borne 15 et qu'on ferme ensuite entièrement cet espace au moyen d'éléments rigides 18,20. 10 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire précité est ménagé entre un épaulement 16 formé sur la borne 15 et un écrou 22 vissé sur la partie filetée de celle-ci, les bords de l'ouverture dans la paroi étant serrés entre les faces respectives opposées de 1*épaulement 16 et de 1* 15 écrou 22 avec interposition jointive de rondelles 18,20, et l'espace annulaire étant délimité par les faces respectives précitées et les surfaces latérales respectives opposées de l'ouverture et de la borne 15. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, 20 caractérisé en ce qu'on utilise ou provoque une dilatation suffisante du matériau de joint pour que ce matériau remplisse totalement l'espace annulaire. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce quéon provoque ou utilise la dilatation du maté- 25 riau de joint pour remplir l'espace annulaire précité. 5. Procédé suivant la jrevendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau de joint est constitué par un mélange réactif qui se présente sous forme de fluide ou de pâte dans un état de réaction incomplète, la réaction finale du 30 mélange utilisée ou provoquée produisant un matériau de joint en plastiqué synthétique et du gaz de façon que le gaz ainsi libéré par la réaction finale dilate le matériau de joint de façon qu' il remplisse complètement l'espace annulaire précité. 6. Procédé suivant ia revendication 1 ou la revendication 35 2, caractérisé en ce qu'on place dans l'espace annulaire une quantité excédentaire de matériau de joint de façon qu'il soit comprimé lorsqu'on met en place les éléments rigides qui assureront la fermeture de l'espace annulaire, cette compression provo-quant le remplissage complet de l'espace annulaire. 40^ 7. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 69 13573 2007212 caractérisé en ce que le matériau de joint est constitué par une résine époxyde. 8. Batterie d'accumulateur électrique comportant un joint entre une paroi (en particulier, le couvercle), et une borne 15 5 passant à travers un trou de la paroi, essentiellement caractérisée par le fait que ce joint est réalisé selon le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9.. Batterie comprenant un joint selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la borne est reliée mécaniquement 10 au couvercle, ou à une autre paroi indépendamment du matériau du joint. 10. Batterie suivant la revendication 8 ou la revendication 9» caractérisée par le fait que l'élément précité est une borne de connexion. 15 11. Procédé permettant de former un joint étanche entre une paroi (en particulier, le couvercle) d'une batterie et un élément 15 passant à travers un trou méaagé dans cette paroi. I