BE1021393B1 - Connecteur electrique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un connecteur électrique destiné à être soudé à un élément conducteur appliqué sur un vitrage, la soudure de dimension limitée étant assurée par deux pieds (1,1') séparés l'un de l'autre, les deux pieds étant reliés l'un à l'autre par des jambes (5), un pont (2), une broche de connexion (3) étant solidaire du pont (2), caractérisé en ce que les effets des variations relatives de dilatation du vitrage et du connecteur sont minimisés en faisant en sorte d'allonger l'ensemble des éléments entre des deux pieds sans accroître la distance qui sépare ces pieds.

Description

Connecteur électrique L’invention concerne les connecteurs électriques disposés sur des vitrages, notamment des vitrages automobiles. Les connecteurs en question relient un élément conducteur disposé sur un vitrage à un dispositif électrique par exemple d’alimentation ou de traitement de signaux. Les éléments conducteurs disposés sur le vitrage sont par exemple des fils ou des couches chauffantes, ou des antennes ou tout autre élément nécessitant la fixation d’un connecteur sur un vitrage. Dans la suite l’élément type dont il est question est choisi comme un réseau de fils chauffants appliqué sur le vitrage sans que ceci ait un caractère limitatif. Des réseaux de ce type sont couramment utilisés pour désembuer les lunettes arrière des véhicules automobile.

La fixation d’un connecteur sur un vitrage pour alimenter un réseau chauffant est ordinairement réalisé par soudage avec un «bus-bar» conducteur préalablement appliqué sur le vitrage. Les bus-bar sont notamment constitués d’émaux conducteurs à base d’argent.

Les soudures traditionnelles utilisées sont à base d’alliage de plomb. Elles sont choisies en raison de leur malléabilité. Le connecteur, typiquement en cuivre pour sa bonne conductivité, et le vitrage présentent des dilatations très différentes sous l’effet des variations de la température. Il en résulte des contraintes à l’endroit de la soudure. Le caractère malléable du plomb, en absorbant en partie au moins les différences de dilatation, permet de réduire ces contraintes.

Les contraintes thermiques engendrées par les différences de dilatation sont éventuellement la cause de rupture de la connexion, ou encore de fracture du vitrage. La présence d’une soudure au plomb suffit normalement à prévenir ces difficultés.

Les normes, notamment dans les applications automobile, tendent à interdire l’usage du plomb en raison de sa toxicité. Il est donc nécessaire de disposer de solutions alternatives à l’emploi des soudures au plomb.

Des propositions ont été faites pour substituer au plomb des alliages le plus souvent à base d’étain en combinaison avec d’autres métaux notamment, d’indium, de bismuth ou d’argent. Ces alliages n’offrent cependant pas les propriétés du plomb aussi bien en ce qui concerne les caractéristiques de dilatation thermique que de résistance mécanique des soudures.

Pour rétablir des conditions d’utilisation satisfaisantes notamment avec les alliages du type mentionné ci-dessus, diverses structures de connecteur ont été proposées, certaines étant déjà utilisées avec les soudures traditionnelles au plomb.

Les connecteurs développés jusqu’à présent ont traditionnellement une structure dite en T. Cette structure comprend une double patte soudée au verre. Les deux pattes sont reliées par un pont maintenu à distance du vitrage. Une languette solidaire du pont forme une broche destinée à recevoir l’extrémité d’un conducteur d’alimentation. Le fait de doubler le point de soudure permet de diviser l’étendue de chacun de ceux-ci, et par suite les contraintes locales correspondantes.

Ce type de connecteur reste encore sensible aux effets des variations de température. L’invention a pour but de proposer un connecteur du type indiqué ci-dessus, qui offre des propriétés améliorées. Le connecteur selon l’invention a pour but notamment de parvenir à substituer sans difficulté une soudure sans plomb aux soudures traditionnelles.

Le but est atteint en utilisant un connecteur tel que défini à la revendication 1.

Dans son principe, le connecteur selon l’invention permet de bénéficier d’un allongement des éléments reliant les deux pieds du connecteur sans nécessiter d’accroître la distance entre ces deux pieds. L’avantage est de maintenir le connecteur dans des dimensions réduites qui facilitent son emploi dans les conditions de mise en oeuvre pour lesquelles l’encombrement doit être aussi limité que possible. C’est le cas sur les vitrages automobile pour lesquels on s’efforce de masquer ou de rendre discrets les éléments disposés sur ces vitrages. L’allongement des éléments reliant les pieds l’un à l’autre, sans modifier les différences de dilatation des matériaux, ni la distance entre les pieds, permet d’absorber ces variations sur une plus grande longueur, et par suite de minimiser les contraintes imposées aux soudures. L’invention est décrite de manière détaillée en faisant référence à la planche de dessins dans laquelle : - la figure 1 est une vue en perspective agrandie d’un connecteur de l’art antérieur ; - la figure 2 est une en perspective d’un mode de réalisation d’un connecteur selon l’invention ; - la figure 3 est un autre mode de réalisation d’un connecteur selon l’invention - la figure 4 est une variante du connecteur représenté à la figure 3 ; - la figure 5 est un graphique représentant un cycle d’épreuve de fonctionnement des connecteurs.

Le connecteur traditionnel de la figure 1 est du type désigné «en formede T». Traditionnellement le connecteur est métallique et à forte conductivité pour éviter une perte par effet joule et un échauffement local superflu. Même pour l’alimentation d’un réseau chauffant un vitrage, il faut s’efforcer de dissiper l’énergie le plus possible sur le vitrage et non dans le circuit d’alimentation.

Le connecteur comporte deux pieds 1, lesquels reposent et sont soudés à la feuille de verre 4. Les deux pieds 1 sont solidaires d’un pont 2 formé dans la même pièce que les pieds. Le pont 2 est légèrement écarté de la feuille de verre pour dégager la broche 3 destinée à recevoir la partie femelle du raccordement. La broche 3, comme le pont 2, est écartée de la feuille de verre d’une distance qui le plus souvent est relativement peu importante pour faciliter son intégration dans l’ensemble constitué par le vitrage et son encadrement. Cette disposition de la broche 3 n’est pas systématique. Elle peut aussi se dresser sur la feuille selon l’environnement dans lequel la feuille est intégrée.

Dans la forme traditionnelle représentée la liaison entre le pont 2 et les pieds 1 se fait par l’intermédiaire de jambes 5 légèrement inclinées par rapport au plan de la feuille de verre. L’inclinaison n’a pour but que de dégager la broche et faciliter son raccordement. Dans cette position la distance reliant les pieds l’un à l’autre par l’intermédiaire des jambes 5 et du pont 2, n’est pas très différente de leur distance sur la feuille de verre. Les variations de dilatation se répercutent pratiquement intégralement dans les efforts subis au niveau des pieds 1.

Dans la forme traditionnelle représentée, les pieds 5 sont typiquement de forme rectangulaire ou carrée. Cette forme est principalement dictée par la découpe aussi simplifiée que possible.

La figure 2 présente une première forme de réalisation selon l’invention. La forme d’ensemble du connecteur rappelle la forme en T des connecteurs antérieurs. Dans cette forme on retrouve des pieds 1, des jambes 5, un pont et une broche. Mais le pont 6, 6’, et la broche 7, 7’ se divisent en deux parties séparées qui ne sont réunies qu’à l’extrémité 8 de la broche.

Cette liaison entre les deux pieds se fait par les éléments dont la longueur totale est sensiblement plus grande que ne l’est la distance séparant les pieds. Cette longueur est ainsi de préférence au moins deux fois la distance entre les pieds, et peut être plus de trois fois cette distance.

Selon l’invention il est préféré d’écarter un peu plus le pont de la feuille de verre pour ne pas maintenir une composante trop importante des efforts transmis parallèlement à la feuille. A cet effet les jambes 5 font de préférence un angle d’au moins 30°, et de préférence d’au moins 40°, avec le plan de la feuille de verre. Une telle disposition permet de mieux distribuer les efforts transmis dans le connecteur. Cette particularité conduit le cas échéant à écarter un peu plus le pont 2 de la feuille de verre si les jambes 5 restent de longueur analogue à ce qu’elle est pour les connecteurs de l’art antérieur. Mais cette distance reste de toute manière relativement petite et joue peu vis-à-vis des conditions d’encombrement rappelées plus haut. L’expérience des inventeurs a montré que la forme des pieds, et par suite celle des soudures qui les fixent à la feuille de verre, peuvent intervenir dans la fragilité de cette fixation sous les contraintes imposées notamment de différence de dilatation métal/verre. La présence d’une forme géométrique anguleuse pour les pieds, toute autre condition identique par ailleurs, notamment de surface de contact de ces pieds, s’est avérée conduire plus facilement à des ruptures. Les inventeurs proposent en conséquence de donner aux pieds une forme globale sans point anguleux. Une forme générale ronde ou ovale est préférée selon l’invention.

La surface des pieds et celle des soudures correspondantes doit être relativement bien maîtrisée. Une surface importante induit nécessairement, directement au niveau du pied, des contraintes que la structure selon l’invention décrite précédemment ne peut modifier. La forme arrondie est celle qui conduit à la distance la plus petite entre deux points de la surface de la soudure d’un même pied, pour une surface donnée. Cette disposition est donc favorable aussi pour une limitation des contraintes thermiques.

Pour réduire encore la surface en question sans réduire simultanément la résistance mécanique de la fixation à la feuille de verre, il est possible et avantageux de disposer des éléments favorisant l’ancrage des pieds sur la feuille. Dans la pratique ceci conduit à accroître la surface de contact du pied et de la soudure. A cet effet une disposition selon l’invention consiste à aménager la face des pieds tournée vers la soudure par exemple par la présence de trous, éventuellement borgnes ou d’éléments analogues, rainures, picots...

Le connecteur de la figure 2 présente des pieds comportant des trous 9 dans lesquels la soudure peut s’introduire pour mieux fixer le pied qui de ce fait, pour une même résistance, peut offrir encore une surface soudée au verre moins importante. A la figure 2 les deux parties 7 et 7’ de la broche réunies à l’extrémité 8, comportent en 10 un évidemment arrondi pour éviter une possible amorce de rupture liée à des découpes anguleuses.

La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l’invention dans lequel la broche 11 comme précédemment permet d’allonger sensiblement la longueur des éléments reliant les deux pieds 12 du connecteur. Cette longueur correspond au doublement de celle de la broche formée par le repli sur elle-même de la feuille constituant la broche.

Dans cette présentation les pieds 12, situés de part et d’autre de la broche ont encore une forme non anguleuse. Chacun des pieds 12 est globalement de forme semi-circulaire. Comme précédemment des trous 13 sont aménagés pour améliorer la fixation et limiter la surface de la soudure au contact de la feuille de verre.

La structure correspondant à la figure 3 rapproche de manière très importante les deux pieds 12. Cette disposition favorable à l’encombrement n’est pas nécessairement la plus efficace pour la distribution des contraintes transmises par le connecteur. La réduction de la largeur relative de la broche peut améliorer le comportement.

Par ailleurs la disposition montrée à la figure 3, dans laquelle la broche est sensiblement orthogonale à la feuille de verre, n’est pas nécessairement la mieux adaptée à toutes les applications de ces connecteurs. Une disposition alternative analogue est présentée à la figure 4. Dans ce cas la broche 11 est inclinée pour se rapprocher de la surface de la feuille tous les autres éléments du connecteur restant inchangés. Cette forme permet de ne pas occuper un espace qui n’est pas généralement très important dans les structures dans lesquelles ce type de connecteurs est utilisé. L’inclinaison peut être telle que le plan de la broche 14 est pratiquement parallèle à la feuille de verre. L’invention concerne aussi les vitrages, et particulièrement les vitrages automobile équipés de connecteurs tels que revendiqués. Ces vitrages sont notamment des lunettes arrière ou des pare-brise chauffants. Ces connecteurs peuvent aussi relier des éléments d’une autre nature, éléments d’éclairage, caméras, radars, antennes, capteurs variés notamment les détecteurs de pluie...

La figure 5 représente le type de cycle d’épreuve des soudures des connecteurs sur les feuilles de verre pour alimenter des réseaux chauffants. L’épreuve concerne la tenue de la fixation soumise à des variations très importantes de températures Dans le cycle représenté partant de la température ambiante de 20°C, l’ensemble est passé à un température de -40°C, représentant les valeurs les plus basses auxquelles les vitrages puissent être soumis dans la pratique. La température est maintenue pendant 90 minutes. Un courant électrique passant par le connecteur est utilisé ensuite pour chauffer l’ensemble. La température du connecteur au plus haut atteint 105°C, valeur supérieure à celles rencontrées dans la pratique. Un palier à cette température est maintenu pendant 4,5 heures, et la température est ensuit ramenée à l’ambiante pour le début d’un nouveau cycle. La durée totale d’un cycle est de 8 heures. Chaque fixation est soumise à 60 cycles. Dans cette épreuve aucune rupture n’est observée avec les connecteurs selon l’invention que ceux-ci soient fixés avec une soudure traditionnelle au plomb ou avec une soudure sans plomb. Dans un essai comparatif avec un connecteur du type antérieur tel que représenté à la figure 1 on constate sous les pieds du connecteur l’apparition de zone de fragilisation du verre qui réduisent de façon excessive la capacité de résistance à l’arrachement.

Les connecteurs sont comparés aussi à ceux de l’art antérieur pour leur capacité de résistance à l’arrachement, indépendamment des épreuves thermiques. Dans les mêmes conditions les connecteurs du type représenté à la figure 1, sont comparés à ceux de la figure 2. Dans le cas du connecteur antérieur la surface pour les deux pieds est de 64mm2. Le connecteur de la figure 2 testé n’offre une surface que de 25mm2.

Avec la même soudure sans plomb, et la même quantité par unité de surface de soudure, la résistance à l’arrachement s’établit à 4N/mm2 pour le connecteur antérieur, et à 7N/mm2 pour celui correspondant à l’invention, soit une progression de près de 35%.

Claims (12)

1. Revendications

   1. Connecteur électrique destiné à être soudé à un élément conducteur appliqué sur un vitrage, la soudure de dimension limitée étant assurée par deux pieds (Ι,Γ) séparés l’un de l’autre, les deux pieds étant reliés l’un à l’autre par des jambes (5), un pont (2), une broche de connexion (3) étant solidaire du pont (2), caractérisé en ce que les effets des variations relatives de dilatation du vitrage et du connecteur sont minimisés en faisant en sorte d’allonger l’ensemble des éléments entre des deux pieds sans accroître la distance qui sépare ces pieds.
2. 2. Connecteur selon la revendication 1 dans lequel l’allongement des éléments entre les pieds est obtenu en faisant en sorte que la broche participe aux éléments reliant les pieds.
3. 3. Connecteur selon la revendication 2 dans lequel l’allongement est obtenu en divisant le pont (6,6’) et la broche (7,7’) sur une partie de sa longueur chaque pied (1) étant relié à une des deux parties séparées par les jambes (5).
4. 4. Connecteur selon la revendication 3 dans lequel les jambes font avec la surface du verre un angle qui n’est pas inférieur à 30° et de préférence pas inférieur à 40°.
5. 5. Connecteur selon la revendication 2 dans lequel l’allongement entre les pieds (12) est obtenu par un repli sur elle-même de la broche (11) reliant directement les deux pieds, sans jambes ni pont.
6. 6. Connecteur selon la revendication 5 dans lequel la broche (14) repliée sur elle-même est disposée dans un plan incliné vers la surface du vitrage.
7. 7. Connecteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la longueur des éléments reliant les pieds est au moins 2 fois celle correspondant à la distance séparant les pieds.
8. 8. Connecteur selon la revendication 7 dans lequel la longueur continue du pont incluant la broche est au moins 3 fois celle correspondant à la distance séparant les pieds.
9. 9. Connecteur selon l’une des revendications précédentes dans lequel les pieds présentent une forme générale non-anguleuse.
10. 10. Connecteur selon l’une des revendications précédentes dans lequel les pieds présentent au moins chacun un trou accroissant la surface de contact des pieds avec la soudure.
11. 11. Vitrage automobile comportant au moins un connecteur selon l’une des revendications précédentes.
12. 12. Vitrage selon la revendication 11 dans lequel le ou les connecteurs sont utilisés pour l’alimentation d’un ensemble chauffant le vitrage.