Brevet FR2765385A1 — publié le 19981231

L'invention concerne la fixation de ferrures sur les extrémités d'un tube en matériau composite (fibres de verre/époxy) et plus particulièrement sur les extrémités d'un fût creux d'isolateur électrique à structure composite. Une telle ferrure comprend un corps métallique, par exemple en un alliage d'aluminium, ayant un alésage de forme généralement cylindrique formant un manchon dans lequel est insérée et collée une extrémité du fût de l'isolateur électrique. Elle sert de moyen d'ancrage pour l'isolateur électrique. On a constaté avec ce genre d'isolateurs, que lorsqu'ils sont utilisés à des températures relativement élevées, c'est-à-dire au dessus de 60 C, la colle ou la résine qui sert à la fixation de la ferrure sur l'extrémité du fût flue et perd ses caractéristiques mécaniques, en particulier sa tenue à la traction. Par conséquent, la ferrure peut se désolidariser du fût de l'isolateur et être projetée à grande vitesse ce qui est dangereux. Le problème de la solidité de la fixation d'une ferrure sur un support d'isolateur a déjà été traité dans l'art antérieur mais pour des isolateurs dont le support est un barreau plein à la place du fût creux évoqué ci-dessus. Ceci a aboutit à la conception de ferrures avec un alésage de forme tronconique comme divulgué dans les documents de brevet japonais N JP8036925 et N JP8036927. Le but de l'invention est de proposer une solution pour obtenir une fixation améliorée d'une ferrure sur un fût creux d'isolateur électrique, en particulier une fixation qui ne présente pas de risque de désolidarisation à des températures d'utilisation de l'isolateur supérieures à 60"C. A cet effet, I'invention a pour objet une ferrure pour un isolateur électrique à structure composite avec un fût creux, comprenant un corps ayant un alésage formant un manchon pour le fût de l'isolateur électrique, caractérisée en ce que cet alésage a une paroi sensiblement tronconique qui s'évase en allant de l'ouverture vers le fond de l'alésage et qui présente un renflement annulaire vers l'intérieur de l'alésage. De préférence, cette ferrure est frettée sur l'extrémité du fût de l'isolateur par un rétreint thermique. La fixation de la ferrure sur l'extrémité du fût est de préférence renforcée avec de la colle. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit en détail ci-après en relation avec la figure unique qui montre en coupe partielle longitudinale, une ferrure selon l'invention fixée sur l'extrémité d'un fût d'isolateur composite. Sur cette figure, la ferrure 1 est montrée suivant une demi-coupe axiale longitudinale. Cette ferrure est destinée à être fixée sur une extrémité d'un fût creux en matériau composite d'un isoiateur électrique composite. Elle comprend un corps métallique 2, par exemple en un alliage d'aluminium, dans lequel est usiné un alésage 3. L'alésage 3 forme un manchon destiné a recevoir l'extrémité du fût qui s'étend suivant l'axe longitudinal 4 du fût. L'alésage 3 présente une paroi 5 de forme sensiblement tronconique qui s'évase en allant de l'ouverture de l'alésage indiquée par O vers le fonds de l'alésage indiquée par F. Selon l'invention, cette paroi 5 présente en outre un renflement annulaire dirigé vers l'intérieur de l'alésage. Comme montré sur cette figure, la surface complexe de la paroi 5 de l'alésage se situe en fait entre une surface TR strictement tronconique définie par la génératrice passant par les points A et B et une surface strictement cylindrique CO définie par la génératrice passant par les points A et C, cette surface cylindrique correspondant à la surface extérieure cylindrique du fût 6 de l'isolateur. Par rapport à une paroi strictement cylindrique, la paroi de l'alésage de la ferrure selon l'invention procure une résistance accrue à l'arrachement en raison de sa forme tronconique. En outre, le renflement annulaire de la paroi de I'alésage, permet par rapport a une paroi strictement tronconique, d'avoir un assemblage moins contraint et une meilleure répartition des sollicitations sur toute la surface de l'interface ferrure/fût. La surface complexe de la paroi de l'alésage 3 est déterminée suivant une méthode de calcul par éléments finis. Une telle méthode est implémentée par exemple dans le logiciel 'ANSYS', version 5.2 vendu par la société ANSYS Inc. Avec ce logiciel, on réalise une première modélisation du contact sans contrainte d'un anneau métallique modèle monté sur la partie basse d'un tube modèle ayant les caractéristiques mécaniques du fût de l'isolateur. Les températures affectées à l'anneau (T1l) et au tube (T2) sont différentes et correspondent aux températures utilisées lors de l'opération de frettage de la ferrure sur le fût de l'isolateur. En particulier T1 est supérieure à 60 C et T2 est inférieure ou égale à la température ambiante. Par calcul, la température des deux pièces est amenée à une température T3 au moins égale à la température d'utilisation de l'isolateur concerné. La température T3 étant inférieure à la température T1, I'anneau modèle se resserre sur le tube modèle ce qui engendre une certaine déformation de la partie basse de celui-ci. La forme prise par le tube modèle dans sa partie basse est alors exploitée pour définir par modélisation la surface tronconique renflée de l'alésage de la ferrure telle qu'à toute température inférieure ou égale à T3, il existe une contrainte de compression à l'interface tube/ferrure uniformément répartie le long de cette interface. On peut remarquer que cette surface complexe de l'alésage de la ferrure vérifie les caractéristiques suivantes en se référant à la figure: l'écart 6 entre la surface CO et la surface S de la paroi de l'alésge 3 augmente de façon non linéaire lorsqu'on se déplace du point A vers le point B, -le point A est en retrait du point B par rapport à l'axe 4 d'une valeur R qui dépend de la hauteur H de l'alésage suivant la relation 0,2 La fabrication d'un isolateur électrique composite avec une ferrure selon l'invention s'effectue de la façon suivante. Le fût creux est réalisé par exemple par une technique connue d'enroulement filamentaire de fibres de verre imprégnées de résine. L'enroulement filamentaire est tronçonné et les extrémités du tronçon sont usinées pour obtenir un fût 6 d'isolateur dont les extrémités présentent un certain diamètre extérieur. Chaque ferrure 1 est réalisée par moulage, usinage ou analogue de telle façon qu'elle présente un alésage 3 avec une surface complexe renflée comme indiquée ci-dessus, I'ouverture de l'alésage étant toutefois dimensionnée pour avoir un diamètre sensiblement plus petit que le diamètre extérieur de l'extrémité du fût sur laquelle doit être fixée la ferrure. La ferrure est chauffée jusqu'à ce que l'ouverture de l'alésage de celle-ci soit suffisamment dilatée pour permettre l'insertion de l'extrémité du fût. Avant d'être insérée dans la ferrure, I'extrémité du fût est encollée. En se refroidissant à la température ambiante, la ferrure se resserre sur l'extrémité du fût. La ferrure est donc frettée sur le fût par un rétreint thermique. En variante, on peut prévoir de rétreindre thermiquement le fût de l'isolateur avant de l'insérer dans la ferrure, par exemple en le plongeant dans l'azote liquide. On peut aussi combiner un rétreint thermique du fût de l'isolateur et une dilatation de l'alésage de la ferrure avant leur assemblage. Comme déjà indiqué plus haut, on obtient une répartition homogène des sollicitations le long de l'interface ferrure/fût et seulement une fine couche de colle subsiste au niveau de cette interface ce qui contribue à limiter les contraintes de cisaillement dans la colle. REVENDICATIONS 1/ Une ferrure pour un isolateur électrique à structure composite avec un fût creux, comprenant un corps (2) ayant un alésage (3) formant un manchon pour le fût de l'isolateur électrique, caractérisée en ce que cet alésage a une paroi (S) sensiblement tronconique qui s'évase en allant de l'ouverture vers le fond de l'alésage et qui présente un renflement annulaire vers l'intérieur de l'alésage. 2/ Un isolateur électrique à structure composite, comprenant un fût creux (6) en matériau composite et au moins une ferrure (1) selon la revendication 1 qui est frettée sur une extrémité du fût par rétreint thermique. 3/ L'isolateur selon la revendication 2, dans lequel la ferrure (1) est collée sur l'extrémité du fût (6).