Brevet FR2533076A1 — publié le 19840316

La présente invention est relative, d'une façon générale, à un bottier extrudé, à sa fabrica- tion et à son utilisation L'invention concerne plus particulièrement un procédé nouveau pour créer une surface de soudage compatible à une extrémité d'un bottier en aluminium extrudé Une pièce rap- portée métallique est incorporée dans une extrémité d'un boîtier extrudé par mise en place de cette pièce rapportée dans une matrice diextrusion avant l'opé- ration d'extrusion La présente invention convient particulièrement bien pour des boîtiers de batterie et plus particulièrement encore pour former une sur- face de soudage différente pour assurer le soudage par points des connecteurs prévus entre les piles à un bottier en aluminium extrudé O Comme on le sait dans la pratique des batteries électrochimiques, le soudage par points de connecteurs en acier prévus entre les piles, à des piles de batterie qui com- portent un bottier en aluminium, est extrêmement difficile Le soudage par points des connecteurs prévus entre piles et qui sont normalement formés d'acier ou d'un métal-similaire, à un boîtier en aluminium est gêné par la pellicule d'oxyde d'alu- minium qui est présente de façon inhérente sur la surface du bottier ou logement en aluminium Afin d'assurer une liaison efficace des connecteurs pré- vus entre piles au bottier en aluminium, la pelli- cule d'oxyde doit dtre supprimée de l'une ou l'autre manière avant ou durant l'opération de soudage. Du fait de la nécessité de devoir attacher des connecteurs prévus entre piles à un bottier de pile de batterie en aluminium extrudé, on a adapté *le soudage par ultrasons, qui est un procédé bien connu de la technique antérieure, au domaine des batteries électrochimiques Pour souder un connec- teur métallique prévu entre piles à un logement en aluminium, on forme d'abord celui-ci Au cours d'une seconde opération qui exige également que le logement ou bottier de pile soit totalement vide de composants électrochimiques, le connecteur est soudé par ultrasons à-la base du bottier en aluminium. Un mandrin de pression estintroduit à l'intérieur du bottier de pile en aluminium pour résister à la force des vibrations ultrasoniques appliquées exté- rieurement, qui font vibrer la plaque en acier qui doit être soudée à ce bottier, et le boîtier lui- même, les vibrations provoquant la formation d'une liaison efficace Un soudage par ultrasons, con- sidéré comme étant une forme de soudage à froid applique une énergie vibratoire au bottier grâce à un transducteur qui est prévu pour produire des vibrations de cisaillement à la surface intermédiaire entre les parties à souder Il se crée une liaison à l'état-solide par rupture de la pellicule d'oxyde d'aluminium et déformation plastique localisée ulté- rieure, avec une interpénétration des métaux. Toutefois, la seconde opération constituée par ce soudage par ultrasons augmente fortement le coût unitaire de chaque ensemble ainsi produit car cette opération est longue,et du fait aussi que la pile elle-même doit être préparée (enlèvement de tous les composants électrochimiques), le procédé d'ensemble étant nettement plus complexe et plus long que l'opération plus avantageuse de soudage par points. La présente invention prévoit, en consé- quence, une solution relativement simple au-problème de la création d'une surface de soudage compatible, formée d'une pièce, sur le boîtier en aluminium afin de permettre un'soudage par pointsfacile et peu coû- teux sur celui-ci, d'un autre métal, en particulier des connecteurs prévus entre-piles. Un but principal de la présente invention est en conséquence de prévoir un procédé nouveau et amélioré pour créer un bottier-de pile en aluminium, dans une extrémité duquel est incorporée une pièce rapportée en métal différent pour permettre d'y souder facilement par points un connecteur en acier du type prévu entre piles. Le terme "aluminium" utilisé dans le cas présent doit être considéré comme englobant l'alu- minium métallique en soi mais aussi des alliages constitués principalement d'aluminium L'expression connecteur prévu entre piles" désigne un dispositif bien connu qui relie du point de vue-électrique deux piles ou plus et est normalement fabriqué en acier pour des raisons d'économie L'expression "métal différent" que l'on utilise dans le cas présent dé- signe un métal autre que l'aluminium ou un alliage métallique contenant tout au plus de très petites quantités d'aluminium, ce métal ou cet alliage métallique pouvant être facilement soudé par points à un connecteur prévu entre piles, en utilisant les techniques connues et traditionnelles L'acier lui- même forme une excellente pièce rapportée en métal différent suivant l'invention, lorsque le connec- teur prévu entre piles est également formé d'acier. Un autre but de la présente invention est d'incorporer un métal différent dans le boîtier en aluminium durant le procédé d'extrusion afin de créer une surface soudable par points sur le bottier en aluminium, sans qu'il faille prévoir un second traitement quelconque de ce bottier. Un autre but encore de l'invention est de prévoir une pile de batterie en aluminium pouvant recevoir facilement et de façon peu coûteuse un disque métallique soudable. Un but supplémentaire de l'invention est aussi de prévoir une forme améliorée de disque mé- tallique à incorporer dans le bottier de pile pour faciliter la mise en place permanente de ce disque dans ce bottier. La présente invention, à l'encontre de l'art antérieur, prévoit un procédé et un appareil relativement simples et peu coûteux pour créer une surface en métal différent sur l'extrémité d'une pile en aluminium extrudé Une pièce rapportée métallique, normalement conçue de manière spéciale, est placée dans la matrice d'extrusion en dessous du cylindre en aluminium qui doit être extrudé Un poinçon est ensuite descendu dans la matrice en provoquant l'extrusion de l'aluminium et, en conséquence, celui- ci est amené à s'étaler tout autour de la pièce rapportée métallique et, dans certains cas, à-tra- vers celle-ci Ce procédé provoque, de façon efficace, l'emprisonnement physique et chimique de la pièce rapportée et lie celle-ci à la pile en aluminium. La pièce rapportée est incorporée dans la pile, tout en présentant encore une surface exposée et de niveau avec l'extrémité du boîtier Un connecteur du type prévu entre piles peut alors être facilement soudé par points sur cette surface exposée de la pièce rapportée. Les buts, avantages et caractéristiques précédents et d'autres encore de l'invention appa- raîtront plus clairement de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée, cette description étant donnée avec référence aux dessins non limitatifs annexés. La Figure 1 est une vue en coupe latérale partielle illustrant les pièces constitutives d'une réalisation suivant l'invention. La Figure 2 est une vue latérale d'un type de disque utilisé comme pièce rapportée dans la réali- sation suivant la Figure l. La Figure 3 est une vue en perspective d'une autre forme de pièce rapportée. La Figure 4 est une vue en perspective d'une pièce rapportée ayant la forme d'une rondelle de blo- cage en étoile. La Figure 5 est une vue en perpective d'une pièce rapportée présentant des trous la traversant totalement. La Figure 5 A est une vue en coupe d'une autre pièce rapportée que l'on peut utiliser dans le cadre de la présente invention. La Figure 6 est une vue en coupe transversale partielle d'une autre réalisation suivant la présente invention, normalement utilisée lorsqu'on emploie la pièce rapportée de la Figure 3. La Figure 7 es-tu une vue latérale du bottier de pile en aluminium a dans lequel est liée la pièce îs rapportée métallique de la Figure 2. La Figure 1 illustre l'utilisation d'une matrice d'extrusion 10 et d'un poinçon de refoulement 12 Normalement, une pièce rapportée métallique 14 est placée dans le fond de la matrice d'extrusion 10, tandis qu'un cylindre d'aluminium 18 est disposé à l'écart de ce fond mais immédiatement au-dessus de celui-ci La pièce rapportée métallique 14 est formée d'un métal, par exemple d'acier, qui peut Etre facilement soudé par points à un autre métal, tel que le métal d'un connecteur prévu entre piles Le poinçon de refoulement 12 est ensuite abaissé dans la matrice d'extrusion 10, ce qui amène le cylindre d'aluminium 18 à se déformer plastique- ment et à s'étaler tout autour, et dans certains cas, à travers la pièce rapportée métallique 14 en emprisonnant ainsi partiellement et en retenant cet- te pièce rapportée Le fluage de l'aluminium extrudé 18 rompt de manière inhérente la pellicule d'oxyde d'aluminium formée sur le cylindre d'aluminium,18 et, en conséquence, assure non seulement une liai- son physique de la pièce rapportée métallique 14 au cylindre d'aluminium extrudé 18, qui a été extrudé sous la forme d'un bottier en aluminium 20, mais en outre assure aussi une liaison chimique. Après cette déformation sévère, qui se réalise de préférence à une température et à une-pression su- périeures à la température et à la pression ambiantes, le bottier et la pièce rapportée sont refroidis pour fixer en permanence cette dernière pièce à ce boîtier. On comprendra évidemment qu'un certain nom- bre de formes différentes peuvent être données à la pièce rapportée métallique pour assurer une liaison chimique et/ou physique suffisante entre la pièce rapportée et le bottier de pile en aluminium extrudé La pièce rapportée 14 ne doit pas nécessairement être un simple disque mince obtenu à l'emporte-pièces, mais il peut aussi être d'une épaisseur ou d'une forme suffisante pour permettre un fluage de l'alu minium extrudé tout autour des bords externes ou à travers des trous qui peuvent être creusés dans la surface supérieure du disque en acier pour permet- tre d'emprisonner partiellement et de retenir celui-ci grace à l'écoulement ou fluage de l'aluminium dans les zones creusées Il doit également être entendu que la pièce rapportée peut comporter des découpures dans l'un ou l'autre côté du disque pour permettre une mise en place indifférente de cette pièce rapportée dans la matrice Les types de pièces rapportées que l'on décrit ici doivent 9 tre considérés comme de simples exemples ne limitant pas le cadre de la présente invention Suivant une forme de réalisation préférée les pièces rapportées sont faites en acier laminé à froid. La Figure 2 présente une pièce rapportée 22 comportant des extrémités 24 autour desquelles l'aluminium extrudé peut aisément s'écouler pour emprisonner partiellement cette pièce rapportée. Celle-ci'est également illustrée par la Figure 7 dans sa position attachée au bottier de pile en alu- minium extrudé 20 Les Figures 4 et 5 montrent d'autres types de pièces rapportées que l'on peut utiliser suivant la présente invention. La Figure 4 montre une pièce rapportée 28 en forme de rondelle de blocage en étoile,qui présente de nombreuses découpures et de nombreux bords permettant à l'aluminium déformé 18 de se lierchimiquement et physiquement à la pièce rappor- tée 28 d'une manière efficace Les Figures 5 et SA montrent une pièce rapportée en:forme de disque 32, comportant des ouvertures 34 permettant à l'aluminium 18 de s'écouler à travers ce disque 32 les ouver- tures 34 comportent elles-mêmes des trous 36 qui sont découpés dans le disque 32 et s'étendent radia- lement dans celui-ci, transversalement aux ouvertu- res 34 Ces trous 36 sont prévus pour permettre à une quantité supplémentaire d'aluminium 18 de s'écou- ler dans et partiellement à travers le disque 32 afin de retenir plus fermement la pièce rapportée dans le boîtier de pile en aluminium. A titre d'autre forme de réalisation suivant la présente invention, la Figure 3 montre une pièce rapportée en acier 26 que l'on peut également utiliser suivant les enseignements de la présente invention. Comme illustré par la Figure 5, la pièce rapportée en acier 26 est placée dans une zone conique ou à renfoncement central de la matrice et sera, en conséquence, mise en place par l'aluminium circulant tout autour du diamètre principal de cette pièce rap- portée 26, en ne laissant qu'une petite partie de celle-ci en saillie à l'extrémité du boîtier 20, le restant de cette pièce rapportée 26 étant retenu dans le fond relativement épais du bottier en alumi- nium. On comprendra que, dans toutes les formes de réalisation de la présente invention, les pièces rapportées ont, après extrusion, une surface 40 qui est essentiellement de niveau avec l'extrémité du boîttier de manière-à former une surface'uniforme pour un soudage facile par points d'un connecteur prévu entre piles ou d'un autre métal. Bien que l'on ait décrit des formes de réa- lisation préférées de l'invention, il doit évidem- ment être entendu que celle-ci n'est nullement limitée aux formes particulières envisagées sur les dessins et que de nombreuses modifications peuvent donc y être apportées sans sortir pour autant du cadre du présent brevet. REVENDIQATIONS 1 Procédé de fabrication d'un bottier en aluminium comportant une pièce rapportée en métal différent, caractérisé en ce qu'il comprend: la mise en place d'ure pièce rapportée en métal diffé- rent dans une matrice d'extrusion; la mise en place d'un cylindre d'aluminium au-dessus de cette pièce rapportée métallique; la descente d'un poinçon dans la matrice pour déformer ce cylindre d'aluminium; et la création d'une liaison de l'aluminium à cette pièce rapportée en métal différa t. 2 Procédé de fabrication d'un bottier sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que la déformation de l'aluminium est réalisée à une tempé- rature et une pression supérieures à la température et à la pression ambianteso 3 Procédé de fabrication d'un bottier en aluminium suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison consiste à amener le cylindre d'aluminium à s'écouler ou fluer de manière à empri- sonner et retenir physiquement la pièce rapportée métallique. 4 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2: caractérisé en ce que la - liaison du bottier en aluminium à la pièce rapportée comprend le refroidissement de ce bottier en aluminium avec cette pièce de manière que celle-ci présente une surface laissée à nu qui est essentiellement de niveau avec une extrémité de ce bottier en aluminium. Procédé de fabrication d'un boîtier en aluminium comportant une pièce rapportée en métal il différent, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en place d'une pièce rapportée sphérique pleine en métal différent, dans une matrice d'extrusion celle-ci présentant une zone inférieure conique ou à renfoncement central; la mise en place d'un cy- lindre en aluminium au-dessus de-cette pièce rappor- tée métallique; la descente d'un poinçon dans la matrice pour déformer ce cylindre d'aluminium; et la création de la liaison de l'aluminium à la pièce rapportée en métal différent par déformation de cet aluminium pour qu'il s'écoule ou flue tout autour d'un diamètre principal de la pièce rapportée, de sorte que cette dernière est liée chimiquement et physiquement au bottier en aluminium. 6 Bottier en aluminium, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'une pince rapportée en métal différent par un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 - 7 Bottier en aluminium suivant la reven- dication 6, caractérisé en ce que la pièce rapportée en métal différent a une forme de sphèrede rondelle de blocage en étoile, de disque, de disque avec des ouvertures, ou de disque avec des ouvertures et des trous transversaux s'étendant depuis ces ou- vertures. 8 Pile électrochimique, caractérisée en ce qu'elle comporte un boîtier suivant l'une ou l'au- tre des revendications 6 et 7.