Brevet FR2732817A1 — publié le 19961011

L'invention concerne une liaison fusible pour automobile et une cosse de batterie comprenant une liaison fusible. Dans l'industrie automobile, il existe un besoin portant sur l'introduction de fusibles dans les conducteurs d'alimentation qui sont connectés à une batterie. Les fusibles doivent supporter des courants électriques considérables avant de sauter, du fait que les besoins nominaux d'une automobile en ce qui concerne l'alimentation électrique peuvent dépasser 100 ampères. Du fait des courants extrêmement élevés, un mauvais contact entre le fusible et les interconnexions de conducteurs d'alimentation relatives à la batterie peut produire des températures élevées pendant une longue durée qui pourraient être une cause d'incendie. I1 est donc nécessaire de garantir que le fusible qui interconnecte l'alimentation et la batterie soit correctement connecté à celles-ci.Cependant, dans l'art antérieur, de tels fusibles sont des éléments séparés qui sont connectés par des boulons, à une extrémité au conducteur d'alimentation et à l'autre extrémité au conducteur dirigé vers la cosse de batterie. Un couple de serrage insuffisant des boulons de connexion, ou un desserrage de ceux-ci, a occasionné des incendies dans certains cas. Les exigences de performances demandées à un fusible à utiliser avec une cosse de batterie sont très difficiles à satisfaire, car, par exemple, le fusible devrait sauter à 600 ampères en moins d'une seconde, tout en supportant des pics de courant du démarreur de 300-400 ampères pendant une durée pouvant atteindre 10 secondes, tout en sautant néanmoins sous 150 ampères au bout de durées prolongées. En outre, toutes ces caractéristiques doivent rester sensiblement constantes pendant la durée de vie prévue du véhicule. On a donc besoin de disposer d'une liaison fusible pour courant intense, qui puisse être aisément réglée pour s'adapter aux spécifications de fonctionnement souhaitées d'une manière sûre mais peu coûteuse.D'autres applications de fusibles pour courant intense pourraient évidemment être soumises aux mêmes problèmes et pourraient bénéficier des mêmes solutions pour ces problèmes. I1 est également souhaitable de procurer une cosse de batterie économique et fiable qui permette une connexion simple et sûre de conducteurs d'alimentation, directement au fusible. Un but de l'invention est donc de procurer une cosse de batterie munie d'un fusible, permettant une interconnexion simple et sûre de conducteurs d'alimentation à une batterie d'automobile. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer une structure de connecteur munie d'un fusible, économique et fiable, pour une cosse de batterie d'automobile. Un objet de l'invention est de procurer une liaison fusible pour des applications à courants intenses, qui peut être aisément réglée pour être ajustée de façon à satisfaire des spécifications de fonctionnement complexe de manière que la liaison fusible fonctionne de façon fiable sur sa durée de vie spécifiée. Des buts de l'invention ont été atteints en procurant une structure de fusible pour l'interconnexion de conducteurs d'alimentation à une batterie d'automobile, la structure de fusible comportant une cosse poinçonnée et mise en forme à partir d'une tôle, comprenant une partie d'interconnexion de conducteur d'alimentation et une partie de cosse de batterie, connectées par une liaison fusible qui peut sauter lorsqu'elle est soumise à un courant électrique suffisamment élevé, la partie de cosse de batterie comprenant une partie de connexion de borne de batterie, formée en une seule pièce, qui peut être montée sur une borne de batterie d'une batterie d'automobile, pour établir une connexion électrique avec celle-ci. D'autres buts de l'invention ont été atteints en procurant une liaison fusible comportant un premier élément de base conduisant les hautes températures et un second élément de base conduisant les hautes températures, chacun des éléments de base ayant une barre de support à laquelle une matière fusible est fixée et relie entre elles les barres de support des premier et second éléments de base. La matière fusible présente un point de fusion d'une température inférieure à celui de la matière pour haute température afin qu'elle fonde et tombe des barres de support lorsqu'un courant électrique excessif la parcourt, rompant ainsi la connexion électrique entre les premier et second éléments de base. Les barres de support ne sont pratiquement reliées entre elles que par la matière fusible qui pourrait être constituée d'étain, ou d'un alliage d'étain.La partie de support peut être avantageusement fixée aux éléments de base par une section de largeur réduite qui peut être ajustée en largeur et en longueur pour faire varier principalement la transmission de la chaleur de la barre de support aux éléments de base afin de régler les caractéristiques suivant lesquelles le fusible saute. Un mode de réalisation préféré de l'invention comprend également une embase de support isolante à laquelle les parties d'alimentation et de batterie de la plaquette de cosse sont fixées fermement, avec des boulons de montage reliés fixement à l'élément de support, par exemple moulés dans celui-ci, pour permettre de bloquer de façon sûre les conducteurs d'alimentation contre les parties d'alimentation et de cosse à fusible. On va maintenant décrire le mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins, dans lesquels la figure 1 est une vue isométrique d'une cosse de batterie équipée d'un fusible la figure 2 est une vue de côté de la borne de la figure 1 la figure 3 est une vue de dessus de la borne de la figure 2 la figure 4 est une coupe selon les lignes 4-4 de la figure 3 la figure 5 est une coupe selon les lignes 5-5 de la figure 3 la figure 6 est une vue de dessus d'une plaquette de base poinçonnée et mise en forme la figure 7 est une vue de côté de la plaquette de base de la figure 6 la figure 8 est une coupe selon les lignes 8-8 de la figure 7 la figure 9 est une vue isométrique d'un élément de support la figure 10 est une vue de dessus de l'élément de support la figure 11 est une vue de côté, partiellement en coupe, de l'élément de support la figure 12 est une vue d'extrémité de l'élément de support les figures 13 et 14 sont respectivement des vues de côté et de dessus d'un boulon 4 qui est destiné à être moulé dans l'élément de support les figures 15 et 16 sont respectivement des vues de côté et de dessous d'un élément de recouvrement isolant qui est prévu pour être monté sur l'élément de support ; et les figures 17 et 18 sont respectivement des vues en plan et de côté d'un autre mode de réalisation ayant une structure de liaison fusible différente la figure 19 est une vue de dessus d'une autre forme de réalisation d'une cosse de batterie à fusible selon l'invention la figure 20 est une vue suivant la direction de la flèche 20 de la figure 19 la figure 21 est une vue suivant la direction de la flèche 21 de la figure 19 la figure 22 est une vue isométrique éclatée d'une cosse de batterie à fusible comprenant l'élément de cosse selon la forme de réalisation des figures 19 à 21, mais montrant aussi les éléments de boîtier de support ; et la figure 23 est une autre vue isométrique éclatée de la cosse de la figure 22, mais vue d'un côté inférieur de la cosse. En se référant tout d'abord aux figures 1-5, on voit une cosse de batterie munie d'un fusible 2, qui comprend un élément de support 4, un élément de cosse électrique 6 poinçonné et mis en forme, et un élément de montage sur une borne de batterie 8. L'élément de montage sur une borne de batterie 8 comporte un chapeau tournant 10 qui coopère avec des griffes coniques pour le blocage sur une borne d'une batterie automobile. L'élément de montage a une structure connue et on ne l'expliquera pas ici en détail. L'élément de cosse 6 pourrait être interconnecté à la borne de batterie par d'autres moyens de montage. On va maintenant expliquer de façon plus détaillée l'élément de support 4, en se référant aux figures 9-12. L'élément de support 4 comprend un boîtier moulé isolant 12, un couvercle de fusible isolant 14 (voir les figures 15 et 16), et des boulons d'alimentation et d'alimentation protégée, 18, 16, ayant des parties de tête 20 moulées dans le boîtier isolant 12. L'élément de support 4 comporte une première section 22, ou section d'alimentation, et une seconde section 24, ou section de cosse de batterie, séparées par une section de fusible 28 s'étendant entre elles. Le boulon de connexion d'alimentation 18 est moulé dans la première section 22 et l'autre boulon d'alimentation protégée 16 est moulé dans la seconde section 24. Les première et seconde sections 22, 25 comprennent toutes deux des paires de parois de retenue 26 s'étendant vers l'extérieur à partir de surfaces latérales opposées 28, 30 du boîtier 12.La section de fusible 28 comporte une surface supérieure 32 qui est en retrait par rapport à la surface supérieure 34 des sections 22, 24. La section de fusible 28 comprend en outre une paire de cavités de montage 36 qui sont destinées à recevoir des tiges 38 du couvercle 14 (voir les figures 15 et 16), pour le montage du couvercle sur cette section. Le couvercle 14R comporte des surfaces de montage 40 entourant la base des tiges de montage 38 et une surface de couvercle de fusible 42 qui est en retrait par rapport aux surfaces 40. En se référant aux figures 13 et 14, on voit que le boulon 18 comprend une partie filetée 44 et la partie de tête 20 qui a une partie d'ancrage cylindrique 46 pour supporter le boulon dans le boîtier 12 surmoulé, et un prolongement hexagonal 48 pour empêcher la rotation du boulon à l'intérieur du boîtier. Le boulon 16 a un diamètre inférieur à celui du boulon 18 mais il a une tête de structure similaire à celle du boulon 18. En se référant maintenant aux figures 6-8, on voit l'élément de cosse 6 qui comporte une première section 50 et une seconde section 52 séparées par une liaison fusible 54. La première section de cosse 50 comprend une embase de connexion 56 à partir de laquelle s'étendent quatre languettes de montage 58, l'embase de connexion 56 comprenant un trou 60 pour recevoir le boulon 18. La seconde section de cosse 52 comprend de façon similaire une embase de connexion 62 à partir de laquelle s'étendent des languettes de montage 64, et la seconde embase de connexion 62 comprend également un trou 66 pour recevoir le boulon 16. La seconde section de cosse 52 fait partie intégrante d'une section de connexion de borne de batterie 68 à laquelle l'élément de montage de borne de batterie 8 est connecté mécaniquement et électriquement. La section de connexion 58 comprend des languettes de fixation d'élément de montage 70 qui s'étendent vers l'extérieur à partir d'une partie de base circulaire 72, cette partie de base comportant un évidement circulaire 74 pour le montage sur la borne de batterie et autour de celle-ci. L'évidement 74 est entouré par une section conique tronquée 76 qui s'étend vers le haut à partir de la section de base 72. La liaison fusible 54 est conçue de façon à avoir une épaisseur de matière inférieure à celle de la tôle à partir de laquelle l'élément de cosse 6 est poinçonné et mis en forme (comme la figure 7 le montre le mieux), la liaison fusible comportant une section centrale mince 80 qui est le point ayant la résistance la plus élevée et par conséquent cette section fond et ouvre le circuit électrique en présence d'un courant électrique excessif. En se référant aux figures 1-5, on voit l'élément de cosse 6 monté sur l'élément de support 4, dans une condition dans laquelle les languettes de montage 58 entourent les côtés 24, 30 du boîtier 12 et sont retenues contre un mouvement vers l'avant et vers l'arrière par des parois de retenue 26 qui contribuent à renforcer et à protéger les languettes contre l'endommagement, une fois qu'elles entourent le boîtier 12. Le couvercle de fusible 14 est ensuite monté sur le boîtier 12, et les tiges 38 sont fixées aux trous 36 par une opération de soudage par ultrasons, de façon que la liaison fusible 54 soit protégée contre l'endommage- ment et des dépôts de corps provenant de l'environnement qui peuvent modifier ses caractéristiques de coupure du fusible. Les parties en retrait 32, 42 du boîtier et du couvercle offrent un espace suffisant à la liaison fusible pour que pendant le processus de fusion la liaison fusible ne fléchisse pas au point d'entrer en contact avec le couvercle ou le boîtier, ce qui modifierait les caractéristiques de coupure du fusible. Des connexions d'alimentation peuvent ainsi être boulonnées sur le boulon 18 et pressées contre l'embase de connexion de cosse 56, pour connecter électriquement les conducteurs d'alimentation à la borne de batterie par l'intermédiaire de la liaison fusible 54. Certains composants électriques, tels que le coussin pneumatique de sécurité, doivent fonctionner à tout moment, et ils sont donc connectés directement à la borne de la batterie, par blocage autour du boulon 16, contre l'embase de connexion 62 qui a une connexion directe avec la borne de la batterie. Si la liaison fusible 54 saute à cause d'un court-circuit dans l'alimentation générale de l'automobile, les fonctions de sécurité resteront néanmoins connectées à la batterie. En se référant maintenant aux figures 17 et 18, on voit un autre mode de réalisation qui comporte une autre liaison fusible 54' ayant une section centrale mince 80' qui saute lorsqu'un courant excessif la traverse. La liaison fusible 54' comprend une partie en forme de U 82 qui comporte une paire de branches mutuellement espacées 84 connectées à une embase de connexion 62' à des premières extrémités 86 de ces branches, et connectées à une branche transversale 88 s'étendant entre leurs autres extrémités 91. La liaison fusible 54' comprend en outre une branche centrale 90 qui s'étend entre une position centrale sur la branche transversale 88 et une embase de connexion de cosse 56' similaire à l'embase de connexion de cosse 56 du mode de réalisation précédent.La branche centrale 90 comprend la partie centrale 80' qui comporte un trou central rempli par une perle d'étain 92, la partie centrale 80' comprenant en outre des indentations 94 pour amincir la section transversale entre la perle et des bords extérieurs de la branche centrale 90. L'utilisation d'une perle d'étain est connue par exemple d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 055 866, et elle a pour effet de réduire la température de fusion de la liaison fusible, en produisant un alliage différent lorsqu'elle fond, ce qui améliore les caractéristiques de fusion de la liaison fusible. La température de fusion inférieure réduit également l'effet de flexion de la liaison fusible, qui peut se refroidir et ne pas fondre sous l'effet du courant électrique exigé si elle touche l'élément de support 32. L'élément en forme de U 82 est particulièrement avantageux dans la mesure où il procure un support robuste pour la branche de fusible centrale 90 qui est supportée à deux points mutuellement espacés, en permettant néanmoins l'expansion de la branche centrale 90 qui est due à la dilatation thermique, en particulier du fait que la branche centrale est connectée à une position centrale sur la branche transverssale 88, qui peut ainsi se courber vers l'intérieur pour permettre l'expansion. La dilatation thermique doit être compensée du fait que dans le cas contraire la liaison fusible peut se courber excessivement et se rompre prématurément ou toucher les supports qui l'entourent, ou éventuellement changer ses caractéristiques de fusion par d'autres mécanismes.Cependant, la structure ci-dessus procure un support robuste pour la branche fusible 90, en permettant néanmoins la dilatation thermique. Ainsi, de façon avantageuse, l'élément de cosse de batterie 6 est directement connecté à la partie de connexion de borne de batterie 68, et les sections de connexion d'alimentation 50, 52 sont maintenues avec force et de façon rigide sur un élément de support 4 qui permet de bloquer des conducteurs d'alimentation, de façon simple et fiable, sur une extrémité ou l'autre de la liaison fusible, tout en procurant un support rigide et sûr pour la liaison fusible 54 entre les sections de connexion. En référence à présent aux figures 19 et 23, il est montré une autre forme de réalisation d'une cosse 102 de batterie à fusible comportant un élément 104 de support, un élément 106 de cosse électrique poinçonné et mis en forme, et un élément 108 de montage sur une borne de batterie. L'élé ment de cosse 106 comporte une première section 150 de connexion et une seconde section 152 de cosse de batterie séparées par une liaison fusible 154. Les première et seconde sections 150, 152 comprennent des languettes de montage 164 destinées à un montage sur l'élément de support 104 d'une manière similaire à celle décrite dans la forme de réalisation des figures 1 à 18.La cosse 102 de batterie à fusible diffère de la cosse 2 à fusible principalement dans la section 154 de liaison fusible de l'élément de cosse 106 et dans la section de fusible 125 de l'élément 104 de support comme décrit ci-après. La section 168 de connexion de bornes de batterie dans les formes de réalisation de la figure 22 diffère aussi par le fait qu'elle est reliée à une saillie latérale s'étendant depuis la section de cosse 152. La position de la section de connexion de borne de batterie 168, 68 dépend des exigences géométriques particulières de l'application particulière. La section 154 de liaison fusible de la cosse sera à présent décrite plus en détail. La section 164 de liaison fusible comprend une partie fusible 180 qui est une barre de matière fusible, la matière étant de l'étain ou un alliage d'étain, par exemple, reliant entre elles des barres de support 181, 183. La partie fusible 180 peut être reliée, par exemple par refusion de l'étain entre les barres de support. Les parties 181, 183 de support ont une largeur W2 et sont reliées aux sections de base respectives 150, 152, avec lesquelles elles sont réalisées d'une seule pièce, par l'intermédiaire de parties de transition 185, 187, respectivement, de largeur réduite. La barre 180 en matière fusible possède un point de fusion inférieur à celui de la matière des sections de base et de la partie de support, laquelle peut être, par exemple, du laiton.Les parties de transition 185, 187 de largeur réduite ont une certaine largeur W1 et une certaine longueur L qui peuvent être modifiées pour ajuster le degré de transmission de chaleur par les parties de transition depuis la section de liaison fusible. La vitesse à laquelle la chaleur s'écoule par transmission par la partie fusible 180 détermine les caractéristiques de fusion de celle-ci.On peut modifier la largeur et la longueur des parties de transition 185, 187 en changeant simplement l'outil de découpage au moyen duquel l'élément de cosse est découpé, ce qui rend ainsi aisée une modification des caractéristiques si cela est nécessaire, tout en procurant des paramètres aisément mesurables qui peuvent être directement mesurés et liés à leur courbe d'essai correspondante, rendant ainsi aisée la maîtrise de la conception du fusible et toute modification exigée par des changements de spécification. Lors du passage de courants excessifs sur un temps spécifié, la barre en matière fusible 180 fond et tombe (ou saute) des barres de support 181, 183 sous l'effet de son propre poids (ou d'une vaporisation).Si la matière fusible ne tombe pas sous l'effet de son propre poids, elle se vaporise et projette les éléments de support car l'étain fondu présente une résistance électrique environ trois fois supérieure à celle qu'il présente dans l'état solide, en sorte qu'il s'échauffe très rapidement une fois qu'il est dans l'état fondu. La liaison fusible 154 ne réalise pas une interconnexion intégrée entre les éléments de support 181, 183, mais la barre fusible de matière 180 occupe plutôt en totalité l'intervalle entre les barres de support et sur toute leur longueur, en sorte qu'aucune connexion entre les barres de support ne subsiste une fois que l'étain fondu est tombé. Les caractéristiques de fusion de la liaison fusible sont plus fiables de cette manière, car des liaisons intégrales entre les éléments de support peuvent ne pas fondre suffisamment rapidement sous des pics de courant très élevés. L'élément de support de boîtier 104 comporte des broches dressées 127 faisant saillie de la section de fusible 125 au-dessous de la section de liaison fusible 154 de l'élément de cosse 106 lorsqu'il est monté sur l'élément de support. Un élément de couvercle 114, qui peut être monté sur la liaison fusible 154 et fixé solidement à l'élément de support 104, comporte aussi des broches 129 faisant saillie d'une paroi supérieure 142 du couvercle 114 vers la section de liaison fusible 154 de l'élément de cosse. Les broches 127, 129 servent à emprisonner la matière fusible à l'état fondu lorsqu'elle tombe des barres 181, 183 de support afin d'empêcher la matière fusible de s'écouler et de reconnecter accidentellement les première et seconde sections 150, 152 de l'élément de cosse.Dans cette forme de réalisation, le couvercle 114 est relié fixement à l'élément 104 de support par l'enclenchement de moyens de verrouillage 131, 133 qui permettent son assemblage rapide. Par conséquent et de façon avantageuse, la présence de barres de support reliées de façon intégrée à des sections respectives de la borne par l'intermédiaire de parties de largeur réduite, et pourvues d'une matière fusible à basse température de fusion s'étendant sur toute la largeur des éléments de support, procure un fusible à température très élevée qui présente des caractéristiques de fusion pouvant être ajustées de façon fine. En outre, il n'y a aucun risque de fléchissement ou d'autres problèmes analogues liés à des fusibles où les barres de support sont reliées entre elles de façon intégrée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au connecteur et à la liaison fusible décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Liaison fusible (154) pour des applications à des courants intenses, la liaison fusible (154) comportant une partie fusible (180) qui fond ou saute lorsqu'elle est soumise à des courants électriques excessifs pendant des temps minimaux spécifiés, caractérisée en ce que la liaison fusible comporte deux barres de support espacées (181, 183) reliées chacune de façon intégrée, par des parties de transition (185, 187), respectivement à une section de connexion (150) et à une section de cosse de batterie (152), la partie fusible (180) étant supportée par, et s'étendant entre, les deux barres de support (181, 183). 2. Liaison fusible selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parties de transition (185, 187) ont une largeur définie (W) et une longueur définie (L) pour ajuster la quantité de chaleur transmise depuis les barres de support (181, 183) respectivement aux sections de connexion et de cosses de batterie (150, 152), la largeur (W1) étant mesurée dans une direction sensiblement le long des barres de support et la longueur étant mesurée dans une direction se rapprochant et s'éloignant des barres de support, les largeurs (W1) des parties de transition étant inférieures à une largeur (W2) des barres de support. 3. Liaison fusible selon la revendication 2, caractérisée en ce que les barres de support (183, 181) ont sensiblement la même largeur (W2) que la partie fusible (180). 4. Liaison fusible selon la revendication 2, caractérisée en ce que les barres de support sont écartées d'une distance sensiblement constante sur leurs largeurs (W2).