Brevet FR2501923A1 — publié le 19820917

PROCEDE DE RACCORDEEdENT D'UN CABLE ELECTRIQUE SUR UNE COSSE OU ANALOGUE PAR SERTISSAGE MECANIQUE ASSISTE PAR DES VIBRA TIONS ULTRASONORES L'invention s'applique au raccordement des câbles à usage électrique en aluminium, en cuivre et leurs alliages, à des raccords d'extrémités tels que cosses, languettes, clips, fiches ou tous raccords pouvant être utilisés pour diverses liaisons électriques en particulier dans le cablage automobile, l'électro-ménager et la filerie de tableau ; ces éléments de raccord peuvent être en aluminium ou en alliage d'aluminium, en cuivre ou en alliages de cuivre, nus ou revêtus d'une couche métallique superficielle à base de nickel, étain ou autre. Dans I'état actuel de la technique, les câbles sont raccordés aux connecteurs définis ci-dessus, par sertissage et/ou par brasage à basse température. Le sertissage est un procédé simple, rapide, économique, mais qui n'assure pas une liaison parfaitement intime entre les éléments à assembler ; la liaison électrique, pouvant toujours être gênée par la présence de pellicules d'oxydes ou d'éléments étrangers, est toujours imparfaite. Les assemblages par brasage à basse température assurent, par contre, une bonne liaison métallurgique et électrique, mais le procédé utilisé est lent, met en oeuvre des opérations complexes et nécessite un apport de chaleur très souvent préjudiciable à la tenue des isolants au voisinage du raccordement. L'invention consiste en l'application simultanée (ou postérieurement) à l'opération de sertissage mécanique de vibrations ultrasonores à la liaison en cours de formation (ou formée). I1 en résulte une liaison finale possédant une très haute conductibilité électrique et une grande résistance mécanique qui se conservent dans le temps. L'effort de sertissage est appliqué sur la liaison par l'intermédiaire d'un outil de forme qui emprisonne le câble dénudé et la cosse à former, entre celui-ci et un appui (ou enclume). Ce morne outil (ou un outil analogue), relié à un générateur d'ultrasons et fonctionnant ainsi en "sonotrode", est utilisé pour appliquer les ultra-sons à l'assemblage en cours de sertissage (ou après cette opération). La fréquence des ultrasons utilisée est généralement de 20 000 Hz, mais d'autres fréquences supérieures ou infereures peuvent être utilisées. La direction des vibrations ultrasonores est5 de prêférence, perpendiculaire à l'effort mécanique de sertissage. Les dessins et exemples suivants permettront de mieux comprendre lutin vention. La figure 1 représente, en coupe, le détail de ia position des différents éléments avant sertissage sjivant la coupe 1.1 de la figure 2. La figure 2 représente, en perspective, la liaison terminée. La figure 3 représente une vue en plan d'une sonotrode utilisée. La figure 4 représente la vue en bout de la mêle sonotrode. Les figures 5 et 6 représentent une coupe macrographique de la liaison dans le cas b) décrit ci-après. Les figures 7 et 8 représentent une coupe macrographique de la liaison dans le cas c) decrit ci-après. Un câble (1) est dénudé à son extrémité (2). Le faisceau de brins conducteurs (3) est placé sur la cosse (4) dont la partie à raccorder a été conformée en U ; l'ensemble est placé entre une enclume (5) légère- ment creuse et un outil de forme (6), destiné au sertissage de la cosse (4) sur les brins (3) lors du rapprochement de l'enclume (5) et de l'outil (6) suivant les flèches (7). La direction des flèches (7) est également celle de l'effort de sertissage (F). D'une manière genérale, le sertissage est assuré, d'une part, sur les brins dénudés et, d'autre part, sur l'isolant (figure 2). Les figures 3 et 4 donnent, à titre d'exemple, la forme de la sonotrode utilisée pour le sertissage et l'application des ultrasons à la liaison. Les exemples suivants illustrent les avantages du procédé par rapport au seul sertissage mécanique. EXEMPLES : Des cosses en 5182 suivant la désignation de l'Aluminium Association, préalablement décapées, de 0,6 mm d'épaisseur ont été serties sur des fils en A4-G/L(t) de 1 mm2 de section comportant 19 brins de diamètre 0,25 mm :: a) par sertissage mécanique simple, b) par sertissage mécanique + sertissage sur dispositif à ultrasons sans application des ultrasons, c) par sertissage mécanique + sertissage sur dispositif à ultrasons avec application des ultrasons, d) par sertissage et application simultanée des ultrasons dans les con ditions suivantes - sertissage mécanique pour une hauteur finale de 2,1 mm (F=105 daN) - sertissage sous ultrasons, . générateur MECASONIC . fréquence 20 000 Hz tension 160 V effort (F) 105 daN . temps d'application des ultrasons 0,3 s Ces liaisons ont été essayées de la manière suivante - comparaison de la résistance électrique mesurée par la chute de ten sion U sous 2 A entre un point de la cosse situé au plus près du ser tissage et un point pris sur le câble, à 60 mm du précédent et la chute de tension (U') d'un câble de même nature, mesurée sur 61,5 mm de long - mêmes mesures après 200 cycles thermiques pendant lesquels le conduc (a) désignation PECHINEY : r1g = 0,10-0,22 t (en poids); Fe = 0,50-0,855 Si teur et la cosse sont sounis, pendant 20 mn, à une température de 120 C, cette valeur étant obtenue par la combinaison d'un chauffage extérieur et du passage d'une densité de courant de 7,2 A/mm2 (cette densité de courant correspond à deux fois la densité utilisée en service). Entre les périodes de chauffe, la liaison est refroidie à la température ambiante - observations racrographiques de la zone de liaison. Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau ci-après et sur les figures 5 à 8 Conditions d'essai Liaison initiale Après 200 cycles thermiques U(mVO U'(mVO U(mV) U'(mV) (a) 9,33 3,78 - (b) 11,00 3,78 - (c) 3,38 3,78 3,47 3,78 (d) 3,36 3,78 3,45 3,78 Ces résultats montrent ltefficacite et la fiabilité de la liaison électrique ainsi obtenue. Les macrograp]iies révèlent, en particulier, un bien meilleur contact entre brins eux-mêmes et entre brins et cosse, dans le cas où les ultrasons sont appliqués. REVENDICATIONS 1. - Procédé de raccordement d'un câble (1) sur une partie métallique (4), caractérisé en ce que l'on applique à la liaison, postérieurement au sertissage mécanique de la partie métallique sur le câble dénudé (2) des vibrations ultrasonores. 2. - Procédé de raccordement d'un câble (1) sur une partie métallique (4), caractérisé en ce que l'on applique à la liaison, pendant le sertissage mécanique de la partie métallique sur le câble dénudé (2), des vibrations ultrasonores. 3. - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la direction des vibrations ultrasonores est sensiblement perpendiculaire à l'effort de sertissage. 4. - Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le câble électrique est un câble souple en aluminium ou en alliage d'aluminium et le raccord, une cosse, languette ou clip en aluminium ou alliage d'aluminium nu ou revêtu d'une autre couche métallique telle que étain, nickel ou autre. 5. - Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le câble électrique est un câble souple en aluminium ou en alliage d'aluminium et le raccord, une cosse, languette ou clip en cuivre ou al liage de cuivre revêtu ou non, d'une autre couche métallique telle que étain, nickel ou autre. 6. - Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le câble électrique est un câble souple en cuivre et le raccord, une cosse, languette ou clip en cuivre ou en alliage de cuivre nu ou revêtu d'une autre couche métallique telle que étain, nickel ou autre.