Brevet FR2009196A1 — publié le 19700130

i 2009196 La présente invention concerne des balais électriques de contact et le mode de fixation d'un conducteur électrique souple ou flexible sur le corps du balai. On sait fixer un conducteur flexible sur un balai en 5 introduisant le conducteur dans un trou formé dans le corps du balai, puis en fixant le conducteur à l'intérieur du trou à l'aide, par exemple, d'un métal de brasure ou d'un métal comprimé, ou bien d'un rivet, ou bien en écrasant le balai autour du conducteur»Ces procédés sont bien connus mais ils ne sont pas applicables d'une 10 façon universelle ; en conséquence, on doit choisir un procédé de fixation particulier pour une conception ou une construction particulière de balai. Par exemple, il est très difficile de percer un trou approprié dans le balai lorsque celui-ci est très petit. Egalement, les différents procédés présentent leurs propres incon-15 vénients particuliers. L'utilisation de poudres comprimées dans un trou peut ne pas établir une fixation ayant une résistance appropriée lorsque le conducteur est soumis à des vibrations et des chocs intermittents. Egalement,le brasage pose des problèmes à cause du retrait de la matière au refroidissement. Un écrasement 20 ou un rétreint de la matière du balai augmente la densité de cette matière dans la zone où est effectué le rétreint et cette opération introduit par exemple une perte coûteuse en cuivre; elle peut en outre provoquer une désagrégation de la matière du balai dans la zone du rétreint. 25 La présente invention a pour but de remédier aux incon vénients précités. Suivant 1'invention,un balai électrique de contact comprend un corps électriquement conducteur,une couche de métal frit-té sur une surface du corps et un conducteur électrique flexible 30 fixé sur la couche métallique , soit directement soit par l'intermédiaire d'une borne rigide ou d'un autre élément de fixation et en contact électrique avec lui ,1a couche métallique présentant une résistance supérieure à celle du corps«, Le corps de balai peut être formé de l'une quelconque 35 des matières bien connues des spécialistes dans le domaine de la fabrication des balais électriques. Ainsi,on peut choisir cette matière dans une large gamme allant du carbone pur (graphitique ou non graphitique), des mélanges de carbone avec différents métaux et alliages (par exemple du cuivre ou bien du cuivre conte-40'nant un ou plusieurs additifs tels que du plomb, de l'étain, du * 69 16784 2 2009196 manganèse ou de l'argent) ,des mélasges de carbone ou de carbone/ métal contenant de petites quantités d'autres additifs tels que des abrasifs et des lubrifiants non conducteurs,parmi lesquels le bisulfure de molybdène et le polytétrafluoroéthylène,à des métaux: 5 contenant seulement de petites quantités de carbone et/ou d'autres additifs0 Cependant, 18invention a pour but principal d'éliminer les difficultés posées par des structures de balais dans lesquelles il existe une partie affaiblie à la fonction entre le corps et 10 le conducteur flexible et en particulier dans la zone du corps qui -entoure iamédiat e-rent la .jonction0 En conséquence, bien que l'intention soit applicable pratiquement à la totalité des balais, elle concerne plus particulièrement des balais dont le corps est construit de telle aorte qu'il se pose en service des problèmes 15 dûs à des ruptures à proximité de la fonction du corps avec le conducteur flexiblee En conséquence, on choisit la couche métallique frittée sur le corps de manière qu'elle soit plus résistante que le corps (çpl peut lui-même contenir une grande proportion de métal) et on don-20 ne à la sone de contact entre la couche métallique et le corps une surface plus grande que la surface de contact entre le conducteur flersxble et la couche métallique, ce qui répartit efficacement la charge sur une surface relativement grande du corps lorsque des chocs brutaux éventuels sont exercés sur le conduc-25 teur flexibleo Suivant un mode de réalisation préféré de 1*invention,1a couche métallique recouvre effectivement toute la surface du corps de balai opposée à la face de travail (contact électrique). L'invention sera illustrée ci-après A l'aide d'exemples en 30 référence aux dessins annexés dans lesquels: Eig*,! est une rue latérale d'un mode de réalisation d'un balai électrique de contact selon l*>inv8ntion; ïig„2 est une coupe d'un autre mode de réalisation d'un balai selon 18invention! 35 Fig.3 à 7 montrent différentes étapes de la fabrication d'un balai selon l'invention* Sur les -figures, un balai électrique de contact comprend un corps 1 sur lequel est fixée une couche métallique 2 solidaire d'un conducteur électrique flexible 3= Le corps 1 est formé prin-40 cipalement d'im métal et de graphite ,1e métal pouvant être BAD ORIGINE I 69 16784 3 2009196 exemple du cuivre contenant des constituants d'alliages "bien connus. La couche métallique 2 peut être formée par exemple de cuivre ou de fer, ou bien d'un mélange de ces métaux, mais l'invention n'est pas limitée à l'utilisation desdits métaux:. Le conducteur 5 flexible 3 peut être formé de brins minces d'un métal électriquement conducteur, par exemple de cuivre. Les brins peuvent être, évidemment formés d'un autre métal appropriée Dans l'exemple représenté sur la figure 1,1e conducteur flexible 3 est fixé sur une surface de la couche métallique 2 par 10 soudage. Le joint soudé est représenté en 4. Il est préférable que le joint soudé soit réalisé en utilisant une technique de soudage par résistance sous pression. Sur la figure 2, le conducteur flexible 3 est fixé sur la couche métallique 2 en ménageant dans cette couche un trou puis 15 en fixant une extrémité du conducteur flexible dans le trou par bourrage, par exemple, de particules de cuivre 6. Bien que cela ne soit pas représenté sur les dessins, le conducteur flexible 3 peut éventuellement être placé dans le trou et brasé ensuite sur la couche métallique 2* 20 Le corps de balai 1 est formé principalement d'un métal et de graphite, le métal pouvant être du cuivre contenant des constituants d'alliages bien connus. Le cuivre, ou tout autre métal approprié, peut être présent jusqu'à 95% de la composition totale de la matière formant le balai. Une grande diversité de métaux 25 peuvent être utilisés pour constituer le corps de balai,par exemple des compositions de métaux et de graphite comprises entre 25% cuivre - 75% graphite et 95% cuivre - 5% graphite; les compositions peuvent contenir du plomb, de l*étain,du zinc ou une combinaison de ces métaux correspondant à environ 15% de la composition totale 30de telle sorte que, dans les conditions limites, la composition du matériau du balai peut contenir 95% de métal et 5% de graphite.On voit par conséquent que les matériaux constituant effectivement les balais n'ont pas une importance essentielle mais que l'invention est utilisable en particulier lorsqu'il est nécessaire de fi-35xer un conducteur flexible en cuivre sur un balai contenant une grande proportion de métal. La surface de contact entre la couche métallique 2 et le corps de balai 1 est plus grande que celle entre le conducteur flexible 3 et la couche métallique 2. Avec cette disposition,au 40 cas où le conducteur flexible 3 serait soumis à une contrainte de 16784 4 2009196 traction sous une forme quelconque,la charge par unité de surface du corps est comparativement réduite et certainement inférieure à ce qu'elle serait si le conducteur était fixé directement sur le corps. v' 5 II est préférable que la couche métallique 2 soit farinée et fixée sur lé corps de balai 1 par tassement et frittâge de la couche de matière en même temps que le corps de balai. Des processus de tassement et de frittage ont été mis én évidence sur les figures 3 a 7. La figure 3 représente une- pres-10 se de tassement ou de compactage qui comprend une matrice 7 dans laquelle coulissent deux pistons 8 et 9 animés d'un mouvement alternatif. Des poudres métalliques destinées à former le corps de balai 1 sont placées dans la matrice, comme indiqué sur la figure 4. Le piston de fond 8 est descendu d'une distance déterminée. 15 Les poudres constituant la couche métallique 2 sont alors placées dans la matrice 7 sur la partie supérieure de la masse dé poudre formant le corps de balai,1, comme cela est mis en évidence sur la figure 6. Le piston supérieur 9 est ensuite descendu de manière à comprimer et compacter les poudres; les constituants ainsi 20 compactés sont frittés à une température et pendant une période appropriées. Dans un exemple d'application de l'invention,on a mélangé les poudres métalliques suivantes avec une petite quantité de lubrifiant de matrice, à savoir de l'acide stéarique (le stéarate 25 de zinc sonvient également comme lubrifiant de matrice): 78 parties en poids de poudre de cuivre de 0,15 de diamètre de particule, 10 parties en poids de poudre de plomb de 0,07 mm de diamètre de particule, 30 6 parties en poids de poudre de manganèse de 0,15 m™ de dia mètre de particule; 6 parties en poids de graphite naturel de 0,07 mi de diamètre de particule» Le mélange de poudres a été introduit dans la matrice d'une 35 presse de compactage et on a déposé à la partie supérieure de cet' te masse de poudre une quantité dosée de poudre de fer spongieux réduite ayant une dimension de particule de 0,15 311111 de façon à former une couche de 5 mm de profondeur. Les poudres ont été en- p suite compactées ensemble sous une pression de 1,6 t/cm et elles 40 ont été frittées à une température de 840° pendant une heure dans 69 16784 5 2009196 une atmosphère protectrice appropriée. On notera que les poudres formant le corps de balai 1 peuvent être comprimées avant que les poudres constituant la couche métallique 2 soient placées dessus. Cependant,un compactage ulté-5 rieur ne permet pas d'obtenir entre le corps e$? la couche une liaison aussi bonne que dans l'opération mentionnée plus haut. Su conséquence, il est préférable d'adopter le premier processus décrit. Les processus de compactage et de frittage simultanés éta— 10 blissent une excellente liaison physique et électrique'."entre le corps de balai et la couche métallique. Le joint entre le conducteur flexible et la couche métallique,: qu'il soit établi par soudage , tassement ou brasage, est physiquement résistant puisque la liaison est établie entre deux métaux. Du fait que la surface 15de l'interface entre la couche métallique et le corps de balai est supérieure à celle existant entre le conducteur flexible et la couche, toute charge de traction exercée sur le conducteur flexible est répartie uniformément sur le balai dans ladite interface. 69 16784 6 2009196 —BEVEI'TDIG ATI PUS— 1. Balai électrique de contact,caractérisé en ce qu'il comprend un corps électriquement conducteur ,une couche de métal frit-té sur une surface du corps et un conducteur électrique flexible fixé sur la couche métallique et en contact électrique avec cel- 5 le-ci,ladite couche métallique présentant une résistance supérieure à celle du corps. 2. Bal ai selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de contact entre la couche métallique et le corps est plus grande que celle entre le conducteur flexible et la couche 10 métallique, auquel cas, dans le cas où le conducteur flexible est soumis à une force de tension,la charge par unité de surface du corps est comparativement réduite et inférieure à celle qui serait obtenue si le conducteur était fixé directement sur le corps. 3.Balai selon les revendications 1 ou 2,caractérisé en ce 15 que la surface du corps de balai associée à la couche métallique est placée à l'opposé de la surface de travail du balai et que la couche métallique recouvre entièrement sa surface associée. 4-. Balai selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la liaison entre le conducteur flexible et la couche mé-20 tallique est une liaison soudée» 5« Balai selon la revendication 4-, caractérisé en ce que la liaison soudée est réalisée au moyen d'un soudage par résistance sous pression. 6. Balai selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en 25 ce que le conducteur flexible est fixé sur la couche métallique par une liaison compactée. 4 7. Balai selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le conducteur flexible est brasé sur la couche métallique. 8. Balai suivant l'une des revendications précédentes, ca-30 ractérisé en ce que la couche métallique est formée de cuivre et/ ou- de fer.