Brevet FR2902240A1 — publié le 20071214

Contact de type douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée 5 La présente invention concerne les contacts de type douilles élastiques monoblocs destinés à équiper les connecteurs électriques 10 à faible insertion de force. Elle concerne plus particulièrement les contacts femelles dits douilles élastiques ou douilles fendues équipant un connecteur et comportant deux ou plusieurs poutres élastiques destinées en 15 s'écartant radialement à appliquer une pression de contact nécessaire à la continuité électrique sur les contacts mâles de type broches équipant un connecteur de connexion complémentaire. Dans les connecteurs électriques équipés d'un grand nombre 20 contacts femelles de type douille fendue il est nécessaire de développer un effort important d'assemblage pour faire coulisser dans la douille la broche du contact mâle une fois que ce dernier aura passé le pic d'introduction occasionné par l'accostage de la broche sur l'extrémité ouverte de la douille. Cet effort appelé aussi 25 tarage entraîne souvent un dépassement de la limite élastique du matériau composant les poutres de la douille ce qui occasionne une très grande dispersion de la pression de contact avec pour conséquence un nombre limité de manoeuvres et une possibilité de perte de continuité électrique aggravée par la corrosion sous 30 contrainte développée entre la douille et la broche. Afin de réduire cet effort d'assemblage obligeant l'utilisateur à appliquer une poussée importante sur l'un des connecteurs complémentaires, il a été proposé de diminuer l'inertie des poutres de la douille. En effet, les douilles classiques utilisent des poutres dont l'inertie est constante tout au long de la poutre ce qui entraîne le développement de contraintes maximum en une seule zone de la poutre. Ces contraintes localisées sont à l'origine du dépassement de la limite élastique du matériau de la poutre et du dépassement de la limite élastique des matériaux en présence au point de contact tel que par exemple le revêtement d'or appliqué à la surface du laiton constituant le matériau de base de la poutre (phénomène connu sous l'appellation Pression de Hertz). Afin de pallier l'importance de ces phénomènes développés par une 20 inertie constante tout au long d'une poutre, de nombreuses réalisations ont été jusqu'alors proposées. Parmi ces réalisations il a été étudié l'utilisation d'un contact élastique ou palette supporté dans une douille tubulaire rigide et se 25 déplaçant radialement de façon élastique sous la poussée de la broche lors de la connexion des connecteurs complémentaires. Le brevet FR 2 681 733 décrit une réalisation de ce type permettant une faible force d'insertion dont le fonctionnement est satisfaisant 30 pour les contacts de dimension importante car en deçà d'un faible dimensionnement l'utilisation de pièces multiples augmente les temps de fabrication et nécessairement le coût. Le brevet FR 2 685 558 décrit une réalisation perfectionnée dans laquelle les palettes sont au nombre de trois, par exemple, et entre au contact de la broche du connecteur complémentaire selon trois génératrices. Les réalisations décrites dans ces deux brevets proposent un tarage très faible et apportent une solution pour diminuer localement l'inertie de la poutre car ils décrivent des réalisations dans lesquelles la variation de l'inertie le long de la poutre s'effectue grâce à des diminutions locales de la largeur de cette poutre alors que l'épaisseur du matériau constituant la poutre reste constante. Des améliorations ont de même été proposées pour les douilles monobloc classiques afin de faciliter la connexion de connecteurs électriques complémentaires. Le brevet FR 2 450 510 décrit une réalisation permettant de réduire le pic d'introduction occasionné par l'accostage de la broche sur l'extrémité ouverte de la douille afin de provoquer l'ouverture de ses poutres. Toutefois, l'invention décrite comporte la combinaison d'une partie fuselée de l'extrémité de la broche et d'une épaisseur décroissante sur une longueur donnée du matériau constituant la poutre. La première de ces deux caractéristiques n'est pas applicable actuellement car la conception selon laquelle une forme sphérique est imposée au bout de la broche ne correspond pas aux exigences normatives internationales et ne produit aucun effet sur la fonction de tarage. La seconde caractéristique est toujours utilisée car elle permet un accostage facilité de l'extrémité de la broche sur l'extrémité des poutres de la douille dont l'épaisseur décroît progressivement vers son extrémité ouverte. Les solutions décrites dans ces brevets ne sont toutefois pas entièrement satisfaisantes car soit elles ne sont pas applicables pour toutes les dimensions de douilles utilisées dans les différents domaines de l'industrie et se révèlent onéreuse lors de leur fabrication, soit elles n'apportent pas de solution au risque de dépassement de la limite élastique du matériau utilisé pour la fabrication des poutres des douilles monobloc ni à celle des matériaux en présence au point de contact. Il existe donc un besoin de proposer des contacts douilles élastiques monobloc pour connecteurs électriques comportant des poutres élastiques à inertie variable permettant d'obtenir le long de chaque poutre des contraintes quasi identiques participant ainsi à l'augmentation de la flèche de chaque poutre afin d'obtenir une insertion de force contrôlée des contacts broches d'un premier connecteur dans les contacts douilles élastiques d'un connecteur complémentaire. Dans ce but la présente invention propose un contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée pour connecteurs électriques comprenant une partie arrière en forme de tige définissant une première zone cylindrique et une partie avant tubulaire comportant une seconde zone cylindrique prolongeant la partie arrière, ouverte vers l'avant et fractionnée, à l'aide de fentes, en poutres élastiques, une zone terminale fuselée dans laquelle l'épaisseur des poutres décroît progressivement vers l'extrémité ouverte de la partie tubulaire ladite partie tubulaire comporte en outre un segment cylindrique, fractionné à l'aide de fentes en au moins deux poutres élastiques, qui présente sur sa surface extérieure une zone de forme tronconique. Selon l'invention le segment cylindrique tronconique est délimité par les zones de raccordement dudit segment avec respectivement la seconde zone cylindrique et la première zone cylindrique. 10 Selon l'invention la seconde zone cylindrique constitue un bras de levier. Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention la zone de forme tronconique du segment constitue un élément à inertie 15 variable des poutres élastiques et travaille en flexion en quasi iso contraintes. Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention la zone de raccordement de la seconde zone cylindrique et du segment 20 cylindrique constitue la zone finale de variation de l'inertie des poutres élastiques. Selon l'invention l'élément en quasi iso contraintes participe à l'augmentation de la flèche de chaque poutre élastique. Selon l'invention la zone terminale fuselée décroît progressivement vers l'extrémité ouverte de la poutre. 25 Selon l'invention la longueur de la seconde zone cylindrique permet d'augmenter et de participer à l'ajustement du coefficient multiplicateur de la flèche de chaque poutre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante et des dessins annexés dans lesquels, la figure 1 représente une vue en coupe de deux demi connecteurs comportant respectivement des éléments mâles et des éléments 10 femelles. La figure 2 représente une douille fendue monobloc selon l'art antérieur. 15 La figure 3 représente une douille élastique conforme à la présente invention. Les figures 4a et 4b représentent respectivement un diagramme de répartition des contraintes dans une douille conforme à l'art 20 antérieur et un diagramme des contraintes dans une douille conforme à la présente invention. Les figure 5a et 5b représentent une vue en coupe lors de la fabrication d'une douille conforme à la présente invention. 25 La figure 1 représente une vue en coupe d'un ensemble de connecteurs 1 et 2 en position connectée et verrouillée. Ces connecteurs comportent chacun un boîtier 3, 4 des isolants 5, 6 comportant des logements dans lesquels sont disposés des contacts 30 femelles ou douilles 7 et des contacts mâles ou broches 8. Des éléments de verrouillage 9 et des moyens de mise à la terre 10 permettent de maintenir mécaniquement les connecteurs en position connectée et verrouillée et de maintenir la continuité de masse entre eux. On notera que les douilles et les broches sont en position engagée et qu'elles comportent à la partie opposée à leur partie engagée des moyens de raccordement aux conducteurs électriques de transmission non représentés. 10 La figure 2 représente une vue de coté d'une douille fendue monobloc 7 de l'art antérieur se présentant sous la forme d'une douille comprenant une partie arrière 11 en forme de tige permettant le raccordement de conducteurs électriques, une partie 15 tubulaire 12 prolongeant la partie arrière 11, ouverte vers l'avant et fractionnée à l'aide de fentes 13 en poutres élastiques 14 destinées en s'écartant radialement à appliquer une pression de contact nécessaire à la continuité électrique sur les broches 8 du connecteur de connexion complémentaire 2 visible sur la figure 1. 20 La figure 3 représente une vue en coupe d'une douille 7 conforme à l'invention. Cette douille comporte une partie arrière 11 en forme de tige définissant une première zone cylindrique A, une partie tubulaire 12, ouverte vers l'avant, prolongeant la partie arrière 11 et 25 fractionnée à l'aide de fentes 13 définissant deux poutres élastiques 14. La partie tubulaire 12 se compose d'une seconde zone cylindrique C, d'un segment cylindrique B et d'une zone terminale D, proche de la partie ouverte 15, fuselée sur sa face interne et dont l'épaisseur décroît progressivement vers l'extrémité 15. 30 Dans un souci de clarté de description les poutres 14 et les fentes 13 sont représentées au nombre de deux sur la présente figure mais il est évident que l'invention s'applique à des douilles ayant un nombre supérieur de poutres ou lobes et de fentes correspondantes. Selon l'invention, la surface extérieure 16 du segment cylindrique B se présente sous la forme d'une zone tronconique obtenue par un usinage conique extérieur alors que l'usinage extérieur de la seconde zone cylindrique C est parfaitement rectiligne à partir de la zone de raccordement 17. La seconde zone cylindrique C entre la zone terminale D et le segment cylindrique tronconique B constitue un bras de levier qui permet d'augmenter et donc de participer à l'ajustement du coefficient multiplicateur de la flèche de chaque poutre 14. A titre d'exemple non limitatif le diamètre extérieur du segment cylindrique tronconique B à la zone de raccordement 17 représente une valeur inférieure d'environ 8% de la valeur du diamètre extérieur du segment cylindrique tronconique B à la zone de raccordement 18 avec la zone cylindrique A. Il est évident que cette valeur donnée à titre d'exemple pour une douille précise est fonction des diamètres intérieur et extérieur de la douille ainsi que du nombre et de la largeur des poutres et du nombre de fentes les définissant. Cet usinage en tronc de cône permet d'obtenir une inertie variable sur une longueur ou la totalité du segment cylindrique tronconique B qui constitue un élément capital de la poutre 14. Cette variation d'inertie permet donc d'obtenir une partie de poutre qui travaille en flexion avec des contraintes quasi identiques sur toute sa longueur. Cette répartition des contraintes apparaît de façon claire sur les figures 4a et 4b qui représentent des diagrammes d'analyse par éléments finis de la poutre 14 d'une douille de l'art antérieur présentant une zone ZZ dans laquelle est concentré un maximum de contraintes près de la zone de raccordement 18 avec la zone cylindrique A. Les contraintes, ainsi développées dans la poutre 14 lors de l'insertion d'une broche 8, atteignent très fréquemment la limite élastique du matériau de la poutre. Au contraire et conformément à l'invention la figure 4b met en évidence une zone YY dans laquelle les contraintes se répartissent de façon quasi identique dans le segment cylindrique tronconique B de la poutre 14. La figure 4b met ainsi en évidence les contraintes engendrées dans le segment cylindrique B, entre les zones de raccordement 17 et 18, qui constitue une zone de variation de l'inertie des poutres élastiques 14. On notera que dans la zone cylindrique C faisant office de bras de levier les contraintes se répartissent de façon uniforme et que cette 25 zone coopère et prolonge l'action du segment B. Cette répartition des contraintes quasi identiques sur la longueur d'une poutre élastique 14 permet une augmentation de sa flèche du fait de la diminution de l'effort requis et d'une moindre variation de 30 contraintes due au dimensionnement des éléments. On notera que la longueur de la zone cylindrique C constituant le bras de levier peut aussi être allongée et permet ainsi d'augmenter et de participer à l'ajustement du coefficient multiplicateur de la flèche de la poutre 14. Les figures 5 représentent une douille 7 conforme à la présente invention après les opérations de fabrication consistant à usiner au tour les différents diamètres des zones cylindriques A, C, D et du segment cylindrique tronconique B, puis d'une découpe des fentes définissant les poutres 14, tels que visibles sur la figure 5a. De même, la figure 5b montre le positionnement final des poutres 14 après l'opération de resserrage amenant l'ouverture 15 à la dimension requise en fonction de la géométrie des broches et douilles à assembler. L'utilisation d'un segment engendrant une variation d'inertie dans une partie ou élément d'une poutre d'un contact douille élastique d'un connecteur électrique permet d'améliorer de façon remarquable les caractéristiques d'assemblage des douilles en autorisant une insertion de force moyenne (MIF) tout en conservant les qualités intrinsèques de transmission de puissance ou de signal grâce à la pression exercée par les poutres du contact femelle à douille élastique sur la surface du contact broche mâle. 5 A titre d'exemple le tableau ci-dessous récapitule les valeurs des douilles classiques de l'art antérieur et les douilles (MIF) de la présente invention. Douille classique Douille de l'invention Effort en bout de 244 g 91 g poutre Flèche 0.08 mm 0.144 Tarage moyen 73 g 27g Limite élastique Atteinte Non atteinte L'invention ne se limite pas à ce qui précède et nullement aux modes de réalisations qui ont été décrites ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. 10 REVENDICATIONS 5 1 . Contact douille élastique (7) monobloc à insertion de force contrôlée pour connecteurs électriques comprenant une partie arrière (II) en forme de tige définissant une première zone cylindrique (A) et une partie avant tubulaire (12) 10 comportant une seconde zone cylindrique (C) prolongeant la partie arrière, ouverte vers l'avant et fractionnée à l'aide de fentes (13) en poutres élastiques (14), une zone terminale (D) fuselée dans laquelle l'épaisseur des poutres (14) décroît progressivement vers l'extrémité ouverte (15) de la partie 15 tubulaire caractérisé en ce que la partie tubulaire (12) comporte en outre un segment cylindrique (B), fractionné à l'aide de fentes (13) en au moins deux poutres élastiques (14), qui présente sur sa surface extérieure (16) une zone de forme tronconique. 20 2. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que le segment cylindrique tronconique (B) est délimité par les zones de raccordement (17, 18) dudit segment avec respectivement 25 la seconde zone cylindrique (C) et la première zone cylindrique (A). 3. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que laseconde zone (C) située entre la zone de raccordement (17) et l'extrémité ouverte (15) constitue un bras de levier. 4. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la zone de forme tronconique du segment (B) constitue un élément à inertie variable des poutres élastiques (14). 5. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément de poutre élastique travaille en flexion en quasi iso contraintes. 6. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la zone de raccordement (17) constitue la zone finale de variation de l'inertie des poutres élastiques (14). 7. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'élément en quasi iso contraintes participe à l'augmentation de la flèche de chaque poutre élastique. 8. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur de la zone terminale fuselée (D) décroît progressivement vers l'extrémité ouverte (15) de la poutre (14). 9. Contact douille élastique monobloc à insertion de force contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur de la seconde zone cylindrique (C) ajuste le coefficient multiplicateur de la flèche de chaque poutre.