Brevet FR2125340A1 — publié le 19720929

L'invention est relative aux accumulateurs électriques comprenant une enveloppe dont les parois sont faites d'une matière thermoplastique, ces parois étant constituées par les parois principales du bac, le couvercle et également, dans un accumulateur à 5 plusieurs éléments, les cloisons séparant les éléments. Dans ces accumulateurs, diverses parties peuvent être assemblées à joint étanche par injection d'une matière d'étanchéité dans l'espace qui les sépare et l'invention concerne plus particulièrement la formation de joints solides et étanches entre les bords des parois as-10 semblées et la matière d'étanchéité injectée. Un exemple d'application de tels joints consiste dans la réalisation des joints étanches autour des éléments de conne» xion qui traversent Les parois de l'enveloppe, par exemple les connecteurs entre éléments ou les bornes, et une autre application 15 consiste dans le scellement du couvercle de l'accumulateur sur le bac. Un accumulateur d'électricité peut être formé de plusieurs éléments distincts dont çhacun est muni de bornes qui traversent son couvercle de bas en haut et qui sont connectées par des baret-20 tes conductrices aux bornes des éléments adjacents, pour former une batterie, suivant la technique ancienne, qui est encore utilisée à ce jour dans le domaine des grandes batteries de traction dans lesquelles il est avantageux de pouvoir remplacer occasionnellement les éléments individuellement, en raison du prix élevé 25 de ces grandes batteries. Dans la technique plus récente adoptée dans le domaine des accumulateurs à plusieurs éléments, on élimine les bornes et leurs barrettes de connexion et on établit des connexions directes à travers les cloisons,ce qui réduit le poids de l'accumulateur et diminue sa résistance électrique interne.Toute-30 fois, cette technique pose un problème consistant dans la difficulté de la formation de joints étanches autour des connecteurs entre éléments, problème qui est aggravé par l'utilisation récente des matières thermo-plastiques à haute résistance aux chocs pour la fabrication de bacs d'accumulateurs à paroi mince. On a du 35 abandonner la technique consistant à couler sur place des connecteurs en plomb, technique qui était appliquée pour les bacs en ébonite et on a également dû mettre au point de nouvelles techniques pour l'établissement de la liaison entre le couvercle et le bac. Il a déjà été proposé divers procédés pour réunir les 40 diverses pièces des bacs des accumulateurs en matière plastique 72 04277 2 2125340 et pour former des joints étanches autour des connecteurs qui traversent les parois minces de ces accumulateurs ; ces procédés consistent à injecter dans l'espace compris entre deux pièces à réunir, des adhésifs tels que des résines époxy, des solutions 5 de polystyrène, du polystyrène fondu ou des composés bitumi*eux fondus, mais il se sont révélés mal appropriés en raison de l'insuffisance de l'adhérence entre les composés d'étanchéité et la matière thermo-plastique et, dans certains cas en raison, de la faiblesse relative de la résistance mécanique des adhésifs com-10 parativement à celle des matières thermo-plastiques utilisées pour les récipients des accumulateurs. Les procédés qu'on a tenté d'appliquer pour injecter une matière plastique fondue avaient pour résultat de former des joints dits à froid,sans adhérence, et on ne pouvait alors compter que sur la liaison mécanique établie par 15 interpénétration entre les pièces réunies,liaison qui s'est révélée impropre à résister aux chocs mécaniques dans l'utilisation de l'accumulateur» Suivant l'invention, pour former un joint étanche sur un bord d'une paroi faisant partie de l'enveloppe d'un accumulateur 20 ou d'un élément d'accumulateur, et faite d'une matière thermo-plastique, par injection d'une masse de matière d'étanehéité thermoplastique dans un espace adjacent à ce bord, on amincit ce bord pour lui donner une épaisseur nettement inférieure à celle du corps principal de la paroi et on choisit la matière thermo-plastique 25 d'étanchéité de manière qu'elle soit compatible avec la matière de la paroi, et on l'injecte à une température suffisamment supérieure au point de fusion de la matière de la paroi pour provoquer la fusion du bord aminci de cette dernière, ce qui entraîne la formation d'un joint soudé par fusion entre le bord aminci et la masse 30 de matière d'étanchéité moulée par injection. Pour faire fondre au moins une partie du bord aminci de la paroi et former le joint soudé par fusion, on doit apporter une quantité de chaleur considérable et cette chaleur est fournie par la matière d'étanchéité qui est injectée à une température suffi-35 samment supérieure au point de fusion de la matière de la paroi mais cependant nettement inférieure à la température à laquelle il se produirait une dégradation thermique considérable. La température à laquelle la matière injectée peut être portée varie suivant la nature du polymère utilisé pour la matière d'étanchéité,nature ko qui doit être compatible avec celle qui est utilisée pour la 72 04277 3 2125340 fabrication de l'enveloppe. Dans certains cas il peut suffire d'injecter une matière d'étanchéité composée d'un polymère pur, du même type que celui dont l'enveloppe est faite, notamment lorsque la chaleur spécifi-5 que de la matière d'étanchéité est élevée et que le polymère résiste à une élévation considérable de la température au-dessus de son point de fusion. D'une façon plus générale, on peut dire que la matière d'étanchéité injectée peut être faite à base du polymère qui forme le constituant principal de la matière thermo-plas-10 tique de la paroi de l'enveloppe. En variante, la matière d'étanchéité injectée peut être une matière composée qui contient une certaine proportion du constituant principal de cette paroi. Suivant une autre variante, la matière d'étanchéité injectée peut contenir une certaine proportion d'une charge qui pos-15 sède une capacité thermique supérieure à celle du constituant principal de cette matière. Les charges appropriées pour cette utilisation comprennent des minéraux et des métaux possédant un grand poids spécifique et une chaleur spécifique relativement élevée. . On peut obtenir un accroissement particulièrement élevé de la ca-20 pacité calorifique de divers polymères en leur ajoutant des charges choisies parmi.les oxydes de fer tels que l'hématite ou la magné-tite^ le manganèse, le zinc et.le titane,ou certains métaux finement divisés-tels que le nickel, le fer ou le chrome.On peut utiliser avec de bons résultats des proportions de charge pouvant 25 atteindre jusqu'à environ 30# en volume. Les matières thermo-plastique communément utilisées pour la fabrication, des bacs et plaques pour accumulateurs comprennent les polystyrènes (ordinaires ou à haute résistance), les polymères d'acrylonitrile-butadiène-styrène, les polyéthylènes (à basse, 30 moyenne ou haute densité), les polypropylènes, les copolymères de propylène et d'ethylène et divers matériaux obtenus par mélange des substances-indiquées ci-dessus, y compris des plastifiants. On a constaté que l'on peut obtenir des joints soudés par fusion suivant l'invention qui présentent une excéllente résistance 35 mécanique en injectant un polypropylène, pour former la matière d'étanchéité, lorsque les parois sont faites d'un copolymère de propylène ou d'un polyéthylène. On a également obtenu des joints d'aussi bonne qualité entre lé polystyrène et ses copolymères,mais sans fusion, en injectant du polystyrène dans tin bac muni de pa-40 rois en polypropylène ou inversement. 72 04277 4 2125340 L'autre facteur essentiel de l'obtention d'un joint suivant l'invention consiste dans la présence, sur la paroi, d'une partie marginale d'une épaisseur nettement réduite, et on obtient de préférence ce résultat en amincissant le bord en un ou plusieurs 5 paliers, l'agencement le plus simple consistant à former un amincissement unique, rectiligne, qui donne un bord à profil en V. D'autres variantes sont également possibles, par exemple un profil en V à flancs concaves ou une languette à section rectangulaire. Lorsque la fonction du joint est de former un joint 10 étanche autour d'un connecteur qui traverse une ouverture d'une paroi de l'enveloppe,le bord aminci entoure l'ouverture et on laisse un jeu entre le connecteur et ce bord, la masse de matières d'étanchéité thermo-plastique étant injectée dans l'espace ménagé par ce jeu,de manière à former un joint soudé par fusion sur le 15 bord aminci de l'ouverture, de la façon qui a été déjà décrite, tandis que, en même temps, il se forme un joint moulé autour du connecteur. En raison de la contraction que la matière injectée subit en se solidifiant, on obtient un joint étanche très efficace. 20 si le connecteur est un connecteur entre éléments, l'ou verture doit présenter la forme d'une encoche pratiquée dans le bord supérieur de la paroi ou cloison de l'élément et ouverte à sa partie supérieure. En dehors de sa fonction de remplissage du jeu entre le connecteur et les bords de l'encoche, la matière in-25 jectée a également pour fonction de terminer le bord supérieur de cette encoche pour le mettre au niveau de la surface supérieure de la paroi. Cet agencement est particulièrement avantageux lorsqu'il s'agit de réaliser un accumulateur à plusieurs éléments puisqu'il permet de connecter ensemble les différents groupes de pla-30 ques par soudage de leurs barrettes avant de disposer ces groupes dans le bac. L'ensemble complet des plaques est ensuite mis en place dans le bac, les connecteurs entre élément passant dans les encoches des cloisons comme on l'a décrit ci-dessus, puis on abaisse des moules sur les cloisons de manière à enfermer les encoches et 35 on procède ensuite au moulage du joint par injection sur chaque cloison. Lorsque le connecteur constitue un pilier qui mène à une borne de prise de courant,l'ouverture est formée dans le couvercle de l'accumulateur ou de l'élément et elle présente alors la forme 40 d'un trou entouré de tous côtés au lieu de celle d'une encoche 72 04277 5 2125340 ouverte à une extrémité, comme on vient de le décrire. Le bord du trou est aminci comme on l'a décrit plus haut et la matière d'étanchéité injectée remplit alors l'espace qui entoure la borne et elle se soude par fusion au bord aminci du trou, pour former 5 un joint étanche autour de la borne, de la façon décrite plus haut. Pour donner au couvercle une plus grande résistance mécanique autour du connecteur au droit du joint soudé, la matière d'étanchéité est de préférence en saillie au-dessus de la surface supérieure du couvercle, pour former un bossage autour du connec-10 teur, à la base de la borne, et la partie amincie du bord du trou est redressée autour de ce trou. La matière injectée peut avantageusement être pigmentée pour indiquer la polarité de chaque borne. Lorsqu'on met le procédé suivant l'invention en oeuvre 15 pour réunir le bord d'une paroi à une autre pièce faite d'une matière thermo-plastique analogue à celle de la paroi, on forme simultanément deux joints analogues, l'un entre la masse de matière d'étanchéité moulée par injection et le bord aminci de la paroi et l'autre entre la masse de matière d'étanchéité moulée par in-20 jection et une partie de l'autre pièce, qui est équivalente au bord aminci de ladite paroi et d'une épaisseur moyenne analogue. Ce type de joint est particulièrement utile entre le bord supérieur de la paroi verticale du bac et une partie mince dirigée vers le bas qui est prévue sur la face inférieure du cou-25 vercle. La partie mince prévue sur le couvercle doit alors se trouver entre des parties espacées qui l'encadrent qui pendent du couvercle et qui s'ajustent de part et d'autre de la paroi du bac, de manière à délimiter l'espace dans lequel on injectera la masse de matière d'étanchéité thermo-plastique. La matière injectée reste 30 donc contenue pendant qu'elle se solidifie et lesdites parties espacées jouent le rôle d'un moule classique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple : 35 la Fig. 1 est une vue en perspective représentant un con necteur entre éléments prêt à être inséré dans une encoche d'une cloison entre éléments. la Pig. 2 est une coupe correspondant à la Fig.l mais représentant le connecteur en position dans l'encoche et une tête 40 d'injection ; 72 04277 6 2125340 la Fig. 3 est une vue correspondante à la Pig.l mais montrant le connecteur en position dans l'encoche après l'injection de la matière d'étanchéité en thermo-plastique ; la Fig. 4 est une coupe qui montre un joint d'étanchéité 5 formé autour d'une borne ; la Fig. 5 est une coupe à échelle agrandie d'une partie du joint de la Fig.4, cette vue montrant l'effet de la fusion ; la Fig. 6 est une vue en plan d'un accumulateur complet, cette vue montrant la position des joints qui doivent être réali-10 sés entre le bac et le couvercle ; et la Fig. 7 est une coupe à échelle ageandie qui montre deux des joints indiqués sur la Fig. 6. La Fig. 1 représente un connecteur entre éléments 1 qui a été préalablement assemblé par moulage, d'une seule pièce avec 15 les barrettes de plaques 2 et } , lesquelles sont soudées aux queues des plaques de l'accumulateur dans chacun de deux éléments adjacents préalablement à l'assemblage. L'accumulateur comprend des bornes de prise de courant et des piliers ( non représentés). Chaque borne et son pilier sont 20 venus de moulage avec une barrette unique de connexion entre plaques, cette barrette étant ensuite soudée sur le groupe extrême de plaques dont la polarité correspond à celle de la borne en question. En pratique, on connecte en une seule opération l'ensemble complet des plaques d'un accumulateur ,au moyen d'un certain 25 nombre de connecteurs tels que ceux représentés en 1, avant que cet ensemble de plaques ne soit introduit dans le bac de l'accumulateur. On dispose ensuite l'ensemble complet en place dans le bac, chaque connecteur s'ajustant dans une encoche 5 ouverte à sa partie supérieure qui est pratiquée dans la cloison 6 correspondante. La Fig. 30 1 représente la forme préférée de configuration de l'encoche 5, qui présente la forme d'un U, mais on peut également utiliser suivant le besoin d'autres formes, par exemple la forme carrée. Autour de l'encoche 5, le bord de la cloison est nettement plus mince que la masse principale de cette cloison, du fait qu'il est aminci pour 35 présenter un profil en V comme représenté en 7 sur la Fig.1. Lorsqu'on abaisse l'ensemble des plaques pour le mettre en position dans le bac, le connecteur 1 s'engage dans l'encoche 5 en laissant un jeu entre lui-même et le bord 7. La position du connecteur 1 dans l'encoche 5 est représentée sur la Fig. 2 , qui 40 montre que les parties 9 et 10, qui font respectivement partie des 72 04277 7 2125340 barrettes 2 et 3, s'ajustent sans jeu de part et d'autre de la cloison 6, de manière à contribuer à fixer la position' de l'ensemble et à former le fond de la cavité dans laquelle la matière d'étanchéité thermo-plastique sera injectée. Lorsque l'ensemble est en 5 position,on ajuste en position un moule d'injection représenté en 12 en traits interrompus,la cavité du moule entourant le connecteur l.On injecte ensuite une matière thermo-plastique en 13, et cette matière occupe le volume 14 de manière à remplir l'espace compris entre le connecteur 1 et le bord 7 de l'encoche 5, tout en finis-10 sant en même temps l'orifice de l'encoche 5 pour lui donner la même hauteur et le même profil que la surface supérieure de la cloison 36, comme on l'a représenté en 15 sur la Fig.3. La matière injectée est à une température supérieure au point de fusion de la matière de la cloison 6, de sorte que la chaleur de cette matière injectée 15 est suffisante pour faire fondre le bord aminci 7, de manière à former un joint soudé par fusion entre elle-même et le bord 7, par ailleurs lorsque la matière injectée se refroidit, elle se contracte et forme un joint étanche autour du connecteur 1. On utilise un principe analogue pour former le joint autour d'une borne de prise de 20 courant, comme représenté sur les Fig. 4 et 5. La borne elle-même représentée en 30, est venue de moulage, antérieurement à sa fixation, avec un pilier 21 et une collerette inférieure 22. La borne traverse une ouverture du couvercle 23, lequel est épaissi localement en 24 autour du bord de 1'ouverture,pour donner plus de ré-25 sistance mécanique au joint de fermeture qui sera formé en ce point, la collerette 22 se plaçant contre la partie épaissie 24.Immédiatement au-dessus- de la collerette 22, la borne présente un petit segment 25 d'épaisseur réduite, de manière à ménager l'espace nécessaire pour recevoir la matière thermo-plastique injectée représente tée en 26. Une partie amincie 28, à profil en V, fait saillie de bas en haut autour du bord de l'ouverture, et l'injection de la matière 26. exécutée au moyen d'un moule à injection (non représenté) forme d'une part, un joint soudé par fusion avec la partie amincie 28 et, d'autre part, un joint étanche sur la borne 20 en raison de •55 la contraction que la matière subit lors du refroidissement. La vue à plus grande échelle de la Fig.5 montre que l'extrémité ou pointe 28 du profil en V, est fondue par l'injection de la matière chaude 26 de sorte qu'elle se soude avec la matière 26 (grâce à leur comptabilité mutuelle) pour former le joint soudé par fusion. 2i0 Ainsi qu'on peut le voir sur le dessin, la matière injec 72 04277 8 2125340 tée 26 forme une bosse en surépaisseur au-dessus de la surface du couvercle 23, et en incorporant un pigment dans la matière 26,on peut marquer très nettement la polarité de la borne correspondante. Les Fig. 6 et 7 montrent la formation de joints entre 5 les parois du bac, c'est-à-dire aussi bien les parois extérieures que les cloisons entre éléments, et des parties correspondantes rabattues vers le bas qui pendent du couvercle 30. La Fig. 6 est une vue en plan de l'ensemble de l'accumulateur, qui montre les bornes de prise de courant 31 à deux angles et qui laisse voir en 10 traits iiterrompus cinq cloisons entre éléments 32 qui séparent les divers éléments. La paroi extérieure du bac est indiquée en 33 et on doit former des joints entre les parois extérieures et cloisons 32 du bac, d'une part, et des parties équivalentes qui pendent du couvercle 30, d'autre part. 15 La Fig. 7 est une coupe à échelle agrandie, qui montre une paroi extérieure 33 et une cloison 32. Le bord supérieur de chacune de ces parois est aminci pour former un profil en V 35 et des profils en V 36 analogues sont formés sur les parties correspondantes qui pendent du couvercle 30. En outre, chacune desdites 20 parties correspondantes pendantes est comprise entre deux prolongements espacés 38 qui s'ajustent de part et d'autre des parties amincies en V 35 des bords des parois 32 et 33. La position verticale de l'ensemble du couvercle 30 est définie par un épaulement 39 qui s'étend le long de la face externe du bac 39, et elle est 25 propre à ménager entre les parties amincies en Y 35 et 36 un espace dans lequel on peut injecter une matière d'étanchéité thermoplastique. Ainsi qu'il ressort de la Fig. 6, l'espace compris entre les parties en V 35 et 36, et qui est enfermé par les prolongements 30 38, s'étend sans solution de continuité sur toute la périphérie du bac et le long des extrémités supérieures des cloisons 32. Il serait donc possible théoriquement d'injecter la matière thermo-plastique par une seule ouverture mais cette injection constituerait une opération lente dans laquelle la matière ri^uerait de se solidifier 3g avant d'avoir rempli entièrement l'espace. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 6, on prévoit donc un certain nombre do'rifices d'injection 41 dans la face supérieure ou dans les faces latérales de chacune des cloisons 32 et, en outre un orifice 42 dans chaque extrémité du couvercle et deux orifices 43 dans chacun des bords 40 latéraux du couvercle. En injectant simultanément la matière d'é- 72 04277 9 2125340 tanchéité thermo-plastique, soit à travers tous les orifices supérieurs, soit à travers tous les orifices latéraux, on peut remplir très rapidement l'espace prévu pour recevoir cette matière sans que celle-ci ne se refroidisse sensiblement, de sorte que les parties 35 et 36 amincies en V fondent sur toute la longueur de cet espace. On forme donc ainsi simultanément deux joints soudés par fusion, d'une part entre la matière injectée et la partie 35 et, d'autre part, entre la matière injectée et la partie 36, pour établir un joint indirect entre ces deux parties, et fixer solidement le couvercle 30 en position sur le bac de l'accumulateur. 72 04277 10 2125340 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour former un joint étanche dans un accumulateur ou un élément d'accumulateur comprenant une enveloppe à parois en matière thermo-plastique et des connecteurs métalliques qui traversent des trous des parois, ce procédé consistant à mouler 5 par injection sur place une masse de matière d'étanchéité thermoplastique dans un espace adjacent au bord de l'une desdites parois, ce procédé étant caractérisé en ce que le bord est nettement plus mince que le corps principal de la paroi et en ce que la matière d'étanchéité thermo.-plastique est compatible avec la matière de la 10 paroi et est injectée à une température suffisamment supérieure au point de fusion de la matière de la paroi pour faire fondre le bord aminci, en déterminant ainsi la formation d'un joint soudé par fusion entre le bord aminci et la masse de matière d'étanchéité moulée par injection. 15 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière d'étanchéité injectée est à base du même poly-. mère que celui qui forme le constituant principal de la matière thermo-plastique de la paroi. 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 20 1 et 2, caractérisé en ce que la matière d'étanchéité injectée est une matière composée contenant une certaine proportion du constituant principal de la matière thermo-plastique constituant la paroi. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que la matière d'étanchéité injectée contient une certaine proportion d'une charge qui possède une chaleur spécifique supérieure à celle du constituant principal de la matière injectée. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que le bord de la paroi samincit progressivement pour former ladite partie notablement plus mince. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite partie notablement plus mince présente un profil en V. 35 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le profil en V présente des flancs concaves. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie notablement amincie est de éection rectangulaire. 72 04277 11 2125340 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord notablement aminci sur lequel le joint est formé entoure un trou de l'une desdites parois à travers laquelle passe un connecteur, en ménageant un jeu pour 5 le moulage par injection de la masse de matière thermo-plastique qui forme un joint d'étanchéité moulé autour du connecteur. 10 - Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le connecteur est un connecteur entre éléments,11 ouverture présentant la forme d'une encoche ouverte à son extrémité supérieure 10 pratiquée dans le bord supérieur de la paroi de l'élément. 11 - Procédé suivant la revendication 9» caractérisé en ce que le connecteur est une colonnette qui conduit à une borne de prise de courant et en ce que le trou est formé dans le couvercle de l'accumulateur ou de l'élément. 15 12 - Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la matière d'étanchéité fait saillie au-dessus du niveau de la surface supérieure du couvercle, autour du trou; la partie notablement amincie du bord de la paroi étant redressée autour du trou. 20 13 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la colonnette comporte une collerette de dimensions supérieures à celles du trou pratiqué dans le couvercle et qui est situé immédiatement au-dessous de ce couvercle. 25 14 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la matière d'étanchéité injectée est pigmentée, pour indiquer la polarité de la borne. 15 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme simultanément deux joints soudés par fusion,l'un 30 entre la masse de matière d'étanchéité moulée par injection et le bord aminci d'une paroi, et l'autre entre cette même masse de matière d'étanchéité et une pièce faite d'une matière thermo-plastique analogue à celle de la paroi et qui présente une partie correspondante placée en face du bord aminci de la paroi, et qui a 35 une épaisseur moyenne analogue. 16 - Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le premier des deux joints est formé sur le bord supérieure aminci de la paroi verticale du bac d'un accumulateur électrique ou d'un élément de cet accumulateur et l'autre sur une partie mince 40 équivamente prévue sur la face, inférieure du couvercle, ces deux 72 04277 12 2125340 joints étant formés entre des parties espacées qui encadrent les joints, et qui pendent du couvercle et s'ajustent sur les deux faces de la paroi du bac, pour définir l'espace destiné à l'injection de la masse de matière d'étanchéité.