Brevet FR2681733A1 — publié le 19930326

CONTACT FEMELLE A PALETTE ELASTIQUE ET PALETTE POUR UN TEL CONTACT La présente invention concerne des perfection- nements apportés aux contacts femelles à palette élas- tique destinés à équiper des connecteurs électriques et comportant: une douille tubulaire rigide dont la paroi est percée d'une lumière longitudinale, une palette supportée par une extrémité de queue par la douille tubulaire de manière qu'elle s'é- tende dans la susdite lumière, ladite palette ayant son autre extrémité de contact engagée à l'intérieur de la douille tubulaire et déplaçable radialement de façon élastique, et un tube externe de protection entourant la douille et servant d'appui pour la palette. L'invention vise plus particulièrement, bien que non exclusivement, des contacts femelles de connecteurs destinés à des applications spatiales, lesquels contacts compte tenu des particularités inhérentes à une ambiance spatiale (vide, apesanteur, écarts thermiques impor- tants, impossibilité d'une maintenance corrective), doi- vent satisfaire à des exigences de fiabilité, de longue durée de vie et d'une réduction aussi importante que possible des efforts d'insertion/extraction. Pour les connecteurs (circulaire ou rectangulai- re) réalisés pour des applications terrestres, on a gé- néralement recours à des contacts mâles constitués par une broche lisse 1 (voir figure 1 illustrant schémati- quement un agencement conforme à l'état actuel de la technique) dont la forme géométrique de l'extrémité 2 pour être optimisée pour que l'insertion dans un contact femelle 3 correspondant soit progressive et évite les efforts d'insertion trop brusques. Le contact femelle 3 peut être constitué sous forme d'une douille fendue, en deux ou plusieurs parties s'écartant élastiquement radialement sous la poussée de la broche 1 du contact mâle. Le contact femelle 3 peut également être consti- tué, comme représenté à la figure 1, sous forme d'un en- semble de trois pièces, savoir: une douille tubulaire rigide 4 dont la paroi est percée d'une lumière allongée longitudinale 5; une palette 6 supportée par une extré- mité de queue 7 par l'extrémité arrière 8 de la douille tubulaire 4 de manière que cette palette s'étende dans la susdite lumière, ladite palette ayant son autre ex- trémité de contact 9 engagée à l'intérieur de la douille tubulaire et déplaçable radialement de façon élastique, et un tube externe de protection 10 qui n'a pas de fonc- tion électrique et qui, entourant la douille 3, sert d'appui pour la palette 6 et la maintient en place. Ce second mode de réalisation est de moins en moins utilisé en connectique industrielle en raison de son coût de fabrication plus élevé que le contact femel- le à douille fendue, lequel peut être produit en une seule étape combinant plusieurs opérations grâce aux machines d'usinage récentes Toutefois, les contacts à douille fendue deviennent trop onéreux si on les réalise en cuproberyllium traité à coeur et, devant être fabri- qués dans un matériau non traité, ils ne présentent pas les marges élevées de sécurité prescrites pour l'utili- sation spatiale. Le contact femelle à palette qui est représenté à la figure 1 ne présente pas, lui non plus, une marge de sécurité suffisante La Demanderesse a pu établir que cet inconvénient résultait directement de la structure et du mode de fabrication des palettes actuellement em- ployées En effet, comme cela est représenté à la figure35 1, l'extrémité de contact 9 de la palette 6 est obtenue par pliage, en P d'une pièce métallique initialement rectiligne en direction longitudinale Lorsque l'extré- mité de contact 9 est élastiquement sollicitée radiale- ment lors des opérations d'insertion/extraction, cette extrémité 9 pivote par rapport à la partie 11 au niveau de la pliure P qui joue le rôle d'articulation Il en résulte une concentration des contraintes et donc une fatigue notable du métal au niveau de la pliure telles que le coefficient de sécurité est insuffisant pour certaines applications telles que les applications spatiales. Par ailleurs, dans un contact femelle à palette ainsi agencé, seule l'extrémité de contact 8 est dépla- çable et elle seule détermine (notamment par sa longueur et son inclinaison) l'effort d'appui sur la broche du contact mâle, et donc l'effort d'insertion/extraction. Le reste de la palette n'intervient pas dans la détermi- nation de cet effort et il en résulte une trop grande rigidité de la palette, considérée dans son ensemble, pour qu'il soit possible d'obtenir un effort d'inser- tion/extraction aussi faible que celui que l'on peut souhaiter pour rendre aisément manoeuvrables les connec- teurs à grand ou très grand nombre de contacts. L'invention a donc précisément pour objet de re- médier aux inconvénients exposés des contacts femelles à palette actuels de manière qu'ils satisfassent mieux aux diverses exigences de la pratique en matière de fiabili- té, de durée de vie et de valeur de l'effort d'inser- tion/extraction, en particulier pour des applications30 spécifiques telles que celles impliquant leur usage en ambiance spatiale. A ces fins, un contact femelle à palette tel que défini au préambule, étant agencé conformément à l'in- vention, se caractérise essentiellement en ce que ladite35 palette comprend une partie d'appui contre le tube ex- terne, située entre l'extrémité de queue et l'extrémité de contact, qui présente une courbure longitudinale con- tinue de grand rayon et sans pliure de manière que l'ap- pui T de la palette contre le tube externe se déplace longitudinalement lorsque 1 'extrémité de contact de la palette est sollicitée radialement lors de l'introduc- tion d'un contact mâle correspondant, comprend deux zones de diminution d'inertie aptes à provoquer un fléchissement de la palette, qui sont situées respectivement entre la partie de queue et la partie d'appui et entre la partie d'appui et la par- tie de contact, et possède une courbure transversale prédéter- minée dans ses parties de contact et d'appui de manière que lesdites parties présentent une raideur souhaitée. Avantageusement, dans le but de simplifier la fabrication de la palette, la palette est constituée en un matérau d'épaisseur sensiblement constante et les zo- nes de diminution d'inertie sont des zones de largeur réduite inférieure à la largeur des parties de contact, d'appui, et de queue. Pour être assuré d'un bonne coopération de l'extrémité de contact avec la broche du contact mâle asso- cié, et donc d'un bon contact électrique, conjointement avec une flexibilité et une souplesse suffisante du res- te de la palette, on peut prévoir que la largeur de la partie de contact est supérieure à celle des parties d'appui et de queue.30 Toujours dans le but de simplifier la fabrica- tion de la palette, il est intéressant que la courbure transversale de la palette soit sensiblement constante sur toute la longueur des parties de contact et d'appui. Constituée selon l'invention, la palette est en mesure de présenter une très grande aptitude à la défor- mation, sans cependant qu'il y ait une concentration des contraintes. L'élimination de la pliure P de la palette anté- rieure empêche la localisation des efforts de déforma- tion et, au contraire, la palette de l'invention en ap- pui contre le tube externe "roule" sur celui-ci: une courbure longitudinale à grand rayon de la palette per- met de déplacer vers l'avant le point d'appui sur le tu-10 be externe lorsqu'on augmente la déformation radiale, ce qui produit l'effet bénéfique de diminuer le moment flé- chissant et la contrainte au point de contact et donc augmente le coefficient de sécurité Le déplacement du point d'appui sur le tube est facilité par les souples-15 ses créées par: le rétrécissement antérieur, associé à une raideur moins importante de la section qui résulte de ce rétrécissement et qui permet une plus grande déformation relative de cette partie lorsque le point d'appui s'est20 déplacé vers l'avant; le rétrécissement postérieur, apportant une flexibilité supérieure à cette partie de telle sorte que le tronçon arrière de la palette, au lieu de constituer un encastrement rigide, fléchit sous l'effet du mouve-25 ment du point d'appui provoqué par l'effort de déforma- tion de l'extrémité de contact et procure une possibili- té supplémentaire de rotation de la palette autour du point de roulement. La limite de déformation élastique peut être accrue par l'emploi d'un cuproberyllium traité à coeur, ce qui reste possible dans des conditions de coût acceptables en produisant la palette à partir d'une bande mince de cuproberyllium. Grâce à ces dispositions répartissant les con- traintes sur toute la surface de la pièce en évitant les concentrations de contraintes habituellement rencon- trées, on observe un coefficient de sécurité remarqua- ble, supérieur à 2, entre la plage d'utilisation habi- tuelle et la déformation limite de la zone de déforma- tion permanente. Par homothétie, la même géométrie s'applique à une large plage de dimensions de contacts. Enfin, le processus de fabrication de la palette se trouve simplifié puisqu'on effectue un découpage à plat d'un matériau (cuproberyllium) en bande ou en feuille, suivi d'une courbure transversale sur un man- drin de simple forme cylindrique de révolution et d'une cambrure longitudinale Enfin un traitement à coeur du matériau est effectué sur l'ensemble de la palette. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisa- tion préféré, donné uniquement à titre d'exemple pure- ment illustratif Dans cette description, on se réfère aux dessins ci-annexés sur lesquels: la figure 1 est une illustration de l'état de la technique; la figure 2 est une vue de côté d'une palette agencée conformément à l'invention; la figure 3 est une vue de dessus de la palet- te de la figure 2; et les figures 4 A à 4 E sont des vues en coupe transversales, respectivement selon les lignes A-A à E-E, de la palette de la figure 1. En se référant maintenant aux figures 2 à 4 (sur lesquelles on reprend les mêmes références numériques que sur la figure 1 pour désigner les organes identi- ques), l'invention prévoit d'équiper le contact femelle 3 représenté à la figure 1 avec une palette 12 conforme à l'invention représentée aux figures 2 à 4 en remplace- ment de la palette antérieure 6 dont les inconvénients ont été exposés plus haut. La palette 12 se présente sous forme d'une lame métallique allongée, par exemple en cuproberyllium, dont la partie de contact 9 située vers l'avant et la partie de queue 7 située vers l'arrière sont séparées par une partie d'appui 13 qui présente une courbure continue et de grand rayon, sans pliure, par laquelle elle prend appui en T contre le tube externe 10. Pour que cette palette possède une raideur suf- fisante, en regard de son épaisseur relativement modes- te, la lame métallique est cintrée transversalement sur toute sa longueur à l'exclusion de la queue 7 qui peut rester plate Le rayon de courbure du cintrage transver- sal est le même sur toute la longueur. Pour accroître la flexibilité longitudinale de la lame métallique et faire contribuer toute les parties de la lame à la déformation lorsque l'extrémité de con- tact 9 est sollicitée transversalement (flèche 14), on prévoit que la lame présente des zones de diminution d'inertie aptes à favoriser le fléchissement de la pa-20 lette Cette diminution d'inertie est ici réalisée par une diminution de la largeur de la lame métallique, d'une part, en 15 entre l'extrémité de contact 9 et la partie d'appui 13 et, d'autre part, en 16 entre la par- tie d'appui 13 et la partie de queue 7.25 Enfin pour assurer une qualité optimale du con- tact électrique avec la broche 1 d'un contact mâle asso- cié, la partie de contact 9 est élargie par rapport au reste de la lame métallique. Finalement, la palette présente, en vue de des- sus (figure 3), un contour à largeur variable qui, en combinaison avec la courbure transversale à rayon cons- tant longitudinalement, conduit à un organe à raideur longitudinalement variable et à flexibilité longitudina- le contrôlée La section transversale des différentes35 parties de la palette sont montrées aux figures 4 A à 4 E, savoir: section transversale de la partie élargie de contact à la figure 4 A correspondant à la ligne AA de la figure 3; première section rétrécie 15 à la figure 4 B correspondant à la ligne BB de la figure 3; partie d'appui 13 à la figure 4 C correspondant à la ligne CC de la figure 3; seconde section rétrécie 16 à la figure 4 D correspondant à la ligne DD de la figure 3; et enfin partie plate de queue 7 à la figure 4 E correspondant à la ligne EE de la figure 3. Lors d'une opération de connexion, l'introduc- tion de la broche 1 d'un contact mâle dans la douille femelle provoque le soulèvement transversal (flèche 14) de la palette 9 et la partie d'appui 13 "roule" contre le tube externe 10, le point d'appui T se déplaçant jus- qu'en T' (figure 2) Simultanément, la présente des deux zones à inertie diminuée provoque un fléchissement de la partie située l'appui T et la queue 7 qui accompagne le soulèvement de la partie antérieure de la palette. Cette déformation contrôlée de la palette dans ses différentes zones permet, pour l'obtention d'un con- tact électrique de bonne qualité avec la broche mâle 1, de réduire l'effort d'appui de la partie de contact 9 sur la broche, et donc de réduire l'usure de ces orga- nes. Surtout, une telle conformation permet de faire travailler le métal bien en-dessous de la limite de dé- formation élastique (par exemple dans une plage de dé- formation correspondant approximativement à la moitié de la valeur de cette limite, c'est-à-dire avec un coeffi- cient de sécurité de 2), et l'on est ainsi assuré que le métal ne sera jamais amené à travailler dans la zone de déformation permanente. En outre, une palette ainsi constituée peut être réalisée en un matériau à propriétés hautement élasti- ques, tel que le cuproberyllium traité à coeur, selon un processus de fabrication plus simple que celui exigé par les contacts femelles en une seule pièce Ici, la palet- te est découpée d'une seule pièce à plat dans une feuil- le de matériau, puis cintrée transversalement et longi- tudinalement; elle est ensuite traitée à coeur dans son ensemble. Pour fixer les idées, on a réalisé une palette en cuproberyllium traité à coeur dans son ensemble qui possédait les caractéristiques géométriques suivantes: longueur de la palette 8,3 mm épaisseur du matériau 0,15 mm rayon de courbure longitudinale de la partie d'appui 13 12,1 mm rayon de courbure transversale 0,65 mm largeur des parties cintrées selon AA. selon BB 0,5 mm selon CC 0,8 mm selon DD 0, 5 mm' matériau cuproberyllium U Be 2: effort d'appui de la partie de contact sur une broche associée 30 à 40 g Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se li- mite nullement à ceux de ses modes d'application et de25 réalisation qui ont été plus particulièrement envisa- gés; elle en embrasse, au contraire, toutes les varian- tes. REVENDICATIONS 1 Contact femelle pour connecteur électrique comportant une douille tubulaire rigide ( 4) dont la paroi est percée d'une lumière ( 5) longitudinale, une palette ( 12) supportée par une extrémité de queue ( 7) par la douille tubulaire de manière qu'elle s'étende dans la susdite lumière, ladite palette ayant10 son autre extrémité ( 9) de contact engagée à l'intérieur de la douille tubulaire et déplaçable radialement de fa- çon élastique, et un tube externe de protection ( 10) entou- rant la douille et servant d'appui pour la palette ( 6), caractérisé en ce que ladite palette ( 12) comprend une partie ( 13) d'appui contre le tu- be externe, située entre l'extrémité de queue ( 7) et l'extrémité de contact ( 9), qui présente une courbure longitudinale continue de grand rayon et sans pliure de20 manière que l'appui (T) de la palette contre le tube externe se déplace longitudinalement lorsque l'extrémité de contact de la palette est sollicitée radialement lors de l'introduction d'un contact mâle correspondant ( 1), comprend deux zones ( 15, 16) de diminution d'inertie aptes à provoquer un fléchissement de la pa- lette, qui sont situées respectivement entre la partie de queue ( 7) et la partie d'appui ( 13) et entre la par- tie d'appui ( 13) et la partie de contact ( 9), et possède une courbure transversale prédéter- minée dans ses parties de contact et d'appui de manière que lesdites parties présentent une raideur souhaitée. 2 Contact femelle selon la revendication 1, ca- ratérisé en ce que la palette ( 12) est constituée en un matérau d'épaisseur sensiblement constante et en ce que35 il les zones de diminution d'inertie ( 15, 16) sont des zo- nes de largeur réduite inférieure à la largeur des par- ties de contact ( 9), d'appui ( 13), et de queue ( 7). 3 Contact femelle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur de la partie de la partie de contact ( 9) est supérieure à celle des parties d'appui ( 13) et de queue ( 7). 4 Contact femelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la courbure transversale de la palette est sensiblement constante sur toute la longueur des parties de contact et d'appui. Palette ( 12) destinée à un contact femelle pour connecteur électrique et agencée pour s'étendre dans une lumière allongée d'une douille tubulaire dudit15 contact en étant en appui contre un tube externe à ladi- te douille pour être engagée à l'intérieur de cette douille en étant déplaçable radialement de façon élas- tique lorsqu'une broche d'un contact mâle associé est introduite dans la douille, caractérisée en ce qu'elle20 comprend: une partie centrale d'appui ( 13) contre le tu- be externe, située entre une extrémité de queue ( 7) et une extrémité de contact ( 9), qui présente une courbure longitudinale continue de grand rayon et sans pliure de25 manière que l'appui (T) de la palette contre le tube ex- terne se déplace longitudinalement lorsque l'extrémité de contact de la palette est sollicitée radialement, deux zones ( 15, 16) de diminution d'inertie aptes à provoquer un fléchissement de la palette, qui sont situées respectivement entre la partie de queue ( 7) et la partie d'appui ( 13) et entre la partie d'appui ( 13) et la partie de contact ( 9), et en ce qu'elle possède une courbure transversale pré- déterminée dans ses parties de contact et d'appui de35 manière que lesdites parties présentent une raideur souhaitée. 6 Palette selon la revendication 5, caractéri- sée en ce qu'elle est constituée d'un matérau d'épais- seur sensiblement constante et en ce que les zones de diminution d'inertie ( 15, 16) sont des zones de largeur D réduite inférieure à la largeur des parties de contact ( 9), d'appui ( 13), et de queue ( 7). 7 Palette selon la revendication 5 ou 6, carac- térisée en ce que la largeur de la partie de contact ( 9) est supérieure à celle des parties d'appui ( 13) et de queue ( 7). 8 Palette selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 7, caractérisée en ce que sa courbure trans- versale est sensiblement constante sur toute la longueur des parties de contact et d'appui.