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L'invention se rapporte à des serre-fils électriques isolés du type destiné à être serti sur des conducteurs électriques. L'invention a plus particulièrement pour objet une méthode perfectionnée d'assemblage d'enveloppes isolantes en matière plastique rigide à une virole ou cosse métallique, dans un serre-fils de ce genre pour réaliser un serre-fils élec- trique isolé nouveau, présentant des caractéristiques supérieures.
Les serre-fils métalliques qui sont destinés à être sertis, c'est- à-dire formés par emboutissage, rapidement et simplement, sur un ou plu- sieurs conducteurs électriques, au moyen par exemple d'un outil de sertis- sage à main ou mécanique, sont devenus d'un usage étendu. De tels serre-fils, qu'ils soient réalisés à partir d'un tube extrudé ou bien par étirage d'une virole sans soudure à partir d'une bande primitivement plane de cuivre ou d'un autre métal malléable, par assemblage d'estampages ou par estampage d'une ébauche plane et finalement par enroulement.
d'une partie de celle- ci en une forme tubulaire avec ou sans brasure, ou autre renforcement du joint, sont munis avantageusement d'un isolement en matière plastique, c'est-à-dire d'une couche de matière plastique isolante, suffisamment résis- tante pour que la virole isolée puisse être sertie sous de fortes pressions, sur un ou plusieurs conducteurs dénudés..
Ceci a été largement décrit dans les brevets des Etats-Unis Swen- gel, n 2 654 873 et N 2 410 321.
Pendant l'opération de sertissage, des efforts sévères sont ap- pliqués à la fois à la virole et au conducteur et ont pour résultat le fluage plastique et l'emboutissage à froid de l'ensemble de ces deux élé- ments sous forme d'une connexion électrique excellente présentant une ré- sistance de contact stable et faible. On a trouvé désirable comme il a été exposé dans les brevets des Etats-Unis 2 379 567, et 2 654 873 cité plus haut, d'ajuster un manchon mince sans soudure, par exemple en cuivre, en laiton ou en bronze, autour du corps de la virole, avant l'opération de ser- tissage, ce manchon comportant un isolement collé sur lui.
Le nylon qui est largement utilisé dans ce but, présente une résistance extraordinaire aux solvants et aux températures relativement élevées, mais s'est révélé dif- ficile à assembler à la virole métallique sans altérer ses propriétés pour le sertissage et l'utilisation dans certaines conditions.
L'un des objets de la présente invention est donc constitué par un serre-fils électrique isolé perfectionné. Plus précisément, l'un des objets de l'invention est d'assembler du nylon à la virole d'un serre-fils sans altérer ses propriétés.
Un autre objet de l'invention est de fournir une méthode plus satisfaisante pour isoler un serre-fils électrique, grâce à laquelle le serre-fils isolé ainsi constitué puisse être serti sur un fil ou un câble électrique sans détruire son isolement, et qui soit de fabrication simple et économique.
D'autres buts et avantages de l'invention seront précisés et mis en lumière dans la description suivante considérée en regard des figures du dessin annexé dcns lesquelles:
La figure 1 est une vue en perspective d'un type de serre-fils, objet de l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe perpendiculaire suivant le plan 2-2 de la virole du serre-fils de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe perpendiculaire suivant le plan 3-3 de la virole du serre-fils de la figure 1.
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La figure 4 est un diagramme schématique représentant les phases successives A, B, C, D, E du procédé de fabrication du serre-fils, objet- de l'invention.
La figure 5 est un schéma d'un dispositif de chauffage à résis- tance.
La figure 6 montre un assemblage de manchon monté sur un mandrin chauffant.
La figure 7 représente un dispositif à bobine chauffante à induc- tion magnétique.
Une forme de serre-fils isolé destiné à être serti sur un ou plusieurs fils ou autres conducteurs électriques est représentée sur la figure 1. Ce serre-fils comprend une cosse annulaire 10 destinée à être fixée sur une borne de liaison, etc...,et une virole composite laminée représentée d'une manière générale par 12, dans laquelle les conducteurs doivent être insérés avant l'opération de sertissage.
Cette virole 12 comprend une partie métallique intérieure 14, servant de canon pour le fil, qui est constituée par exemple de cuivre, d'a- luminium, de fer, ou d'un alliage de ces métaux, et qui est d'une seule pièce avec la cosse 10. Entourant le tout et fixé à la partie intérieure de canon 14, se trouve un manchon métallique 16 en cuivre, laiton, bronze, nickel, aluminium, etc.., capable de remplir les fonctions exposées plus loin.
L'extérieur de la viole 12 comprend une enveloppe en matière plas- tique 18 fixée par adhérence au manchon 16 et l'isolant ainsi contre les contacts pouvant amener des courts-circuits. Cette enveloppe est avantageu- sement constituée de nylon, mais peut, en restant dans le cadre de l'inven- tion, être en chlorure de vinyle légèrement plastifié, c'est-à-dire copo- lymérisé avec 2 à 5 % d'acétate de vinyle et/ou un petit pourcentage d'un pla.stifiant extérieur. D'une manière générale, cette matière plastique est rigide, résistante, présente une résistance très élevée à la traction et un point de fusion élevé, et est chimiquement stable et résistante aux solvants.
Les figures 2 et 3 représentent ce serre-fils en coupe suivant les plans 2-2 et 3-3, respectivement, de la figure 1. Ces dessins montrent une enveloppe plastique sans soudure, 18, disposée autour d'un manchon mé- -allique sans soudure 16, qui, à son tour, est monté autour du canon inté- rieur; si l'on supprime le manchon 16 et si l'enveloppe est montée direc- tement sur le canon 14, cette dernière peut, avantageusement, comporter un joint brasé 20, (voir figure 2), qui s'étend longitudinalement suivant l'une de ses génératrices, et ceci peut d'ailleurs être utilisé même si la virole comporte un manchon 16.
Dans le but d'illustrer complètement l'invention et de mettre en lumière son principe, des exemples spécifiques de construction et de procédés de fabrication préférés vont être décrits plus loin, et de nom- breuses variantes seront suggérées.
Ces exemples ne doivent évidemment pas âtre considérés comme com- plétant et limitant la portée de l'invention, mais ils sont plutôt donnés dans le but d'aider les spécialistes de cette technique à adapter l'inven- tion à toutes les formes de réalisation qui conviennent pour une application particulière donnée.
En se reportant maintenant à la figure 4, on voit que celle-ci représente schématiquement les différentes opérations successives du pro-
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cédé de fabrication d'un serre-fils à isolement de nylon, objet de l'inven- tion consistant à
Opération A: nettoyer et sécher complètement le manchon de cuivre.
Opération B: enfiler à force une enveloppe isolante en nylon sur le manchon de cuivre.
Opération C : chauffer directement le manchon de cuivre pendant un court laps de temps.
Opération D: refroidir l'assemblage du manchon et de l'isolant.
Opération E: assembler le manchon et l'isolant sur la partie en virole d'un serre-fil pour faire une virole compo- site.
La première opération consiste d'abord à nettoyer un manchon ou tube sans soudure en cuivre étiré et à le sécher complètement (opération A)o L'opération de nettoyage peut, par exemple, consister à décaper les surfaces du manchon avec de l'acide azotique ou sulfurique ; ouà procéder à un polissage électrolytique des surfaces par une électrolyse à courant inversé dans un bain d'acide phosphorique. On a constaté qu'un bain d'aci- de nitrique donne des résultats supérieurs dans de nombreux cas, parce que, non seulement il laisse une surface totalement propre et débarrassée des impuretés nuisibles, mais aussi parce qu'il tend à rendre, dans une cer- taine mesure, rugueuse la surface du cuivre, ce qui est avantageux pour l'opération suivante du procédé telle qu'elle est décrite plus loin.
Après l'opération de nettoyage, on sèche complètement le manchon, par exemple en l'exposant à un courant d'air sec.
En revenant maintenant à la figure 3, on voit qu'il est avantageux de munir le manchon 16 d'une indentation circonférentielle 17, qui sert à la fois à guider le fil dans le canon 14 et à assurer le manchon contre tout enlèvement axial. La longueur du manchon est telle que son extrémité opposée se prolonge au-delà de l'extrémité correspondante du canon 14, de telle sorte qu'elle peut être déformée vers l'intérieur pour immobiliser l'autre extrémité du manchon.
Un tube ou enveloppe en nylon rigide, par exemple en nylon Dupont F. M. 3003 et formé d'avance en tube extrudé, est alors emmanché à force sur le manchon de cuivre ou bien moulé par injection autour de lui (opération B) . Le diamètre intérieur de l'enveloppe de nylon doit être légèrement in- férieur au diamètre extérieur du manchon de cuivre de façon à obtenir un ajustage serré entre les deux organes. Ceci assure que le manchon et l'en- veloppe isolante ne se sépareront pas par glissement pendant les opérations suivantes, et aussi améliore la liaison obtenue entre les deux matières.
Il s'est révélé avantageux, bien que ceci ne soit pas essentiel à la formation d'une liaison nylon-cuivre satisfaisante, d'enduire, avant l'assemblage de l'enveloppe de nylon et du manchon de cuivre, les surfaces extérieures du manchon, d'une pellicule relativement mince de colle ayant le meilleur coefficient d'adhérence possible au métal, et donnant la meilleure base possible pour l'adhérence du nylon fondu. L'adhésif préféré dans ce but est constitué par une résine de condensation de résorcinol-for- maldéhyde partiellement polymérisé. On applique avantageusement cette laque phénolique d'une manière telle que, après séchage, un revêtement de 1 mg par om2 à peu près soit laissé sur la surface extérieure du manchon.
Après application de l'adhésif, on peut enlever l'excès de laque par centrifuga- tion et il est avantageux de sécher le manchon ainsi revêtu par un courant d'air ou par passage au four, c'est-à-dire en le plaçant dans une étuve
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à 160 C pendant vingt minutes environ dans le but de sécher complètement la résine et de la traiter partiellement.
Lorsqu'on utilise un revêtement adhésif, il faut prendre soin de choisir le diamètre intérieur de l'enveloppe de nylon, de manière qu'elle fournisse un ajustage serré mais qu'elle n'enlève pas la couche de résine adhésive lorsqu'elle est enfilée à force sur le manchon.
Lorsque l'enveloppe de nylon a été fixée sur le manchon de cuivre, on applique la chaleur (opération C) directement à la face opposée à la paroi de cuivre du manchon. Il y a intérêt à appliquer le chauffage brusque- ment, et seulement pendant un temps assez court (par exemple moins d'une minute);
le chauffage doit être suffisamment intense pour élever momentané- ment la température du cuivre au-dessus du point de fusion du nylon (par exemple à environ 260 C). La durée et l'intensité de la chaleur appliquée est réglée de telle façon que le transfert de chaleur vers le nylon élève sa température sur une profondeur très faible immédiatement adjacente au manchon de cuivre (c'est-à-dire 2 ou 3 centièmes de millimètre en direction radiale), au peu au-dessus de son point de fusion, et effectue par là même la fusion du nylon, le mouillage du cuivre par celui-ci, et l'adhérence de l'un sur l'autre.
Immédiatement après que cette couche intérieure du nylon commence à fondre, on arrête le chauffage et, dans le cas où la capacité calorifique des parties chauffées est telle que la fusion continue, on refroidit l'en- semble (opération D) par exemple dans un'bain d'eau froide. De cette manière, la couche intérieure fondue du nylon se solidifie rapidement et forme un lien avec la surface externe du manchon de cuivre. Il a été trouvé avanta- geux d'utiliser des enveloppes de nylon légèrement plus épaisses (par exemple plusieurs centièmes de millimètres) que la valeur requise théoriquement pour la tension de claquage prévue.
On peut employer des moyens variés pour appliquer brusquement une chaleur intense au manchon de cuivre. Par exemple, comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 5, l'assemblage du manchon référencé en bloc en 28 et qui comprend un manchon de cuivre 16 et une enveloppe isolante 18, peut être placé entre deux électrodes conductrices 30 et 32 qui sont à leur tour connectées en série par l'intermédiaire d'un interrupteur 34, à une source d'énergie électrique 36. Quand on ferme l'interrupteur 34, un fort courant électrique passant à travers le manchon de cuivre 16 échauffe ce dernier par sa résistance électrique.
Les divers paramètres du circuit peu- vent être choisis pour que, lors d'une fermeture momentanée de l'interrup- teur 34, le manchon de cuivre soit chauffé suffisamment pour porter à la fusion la surface de nylon qui lui est immédiatement adjacente; lorsque 1 ensemble est refroidi, cette matière fondue fournit une solide liaison entre l'enveloppe de nylon 18 et le manchon de cuivre 16. Quand on peut se procurer des condensateurs de grande capacité, on peut emmagasiner une cer- taine quantité d'électricité qui est ensuite déchargée dans un court-circuit formé par le manchon en fournissant juste l'énergie suffisante pour obtenir la profondeur de fusion désirée.
Une variante représentée sur la figure 6 consiste à glisser l'as- semblage du manchon 28, autour d'un mandrin 40, chauffé par exemple par un élément résistant intérieur, et à le retirer rapidement ensuite.
Le diamètre extérieur du manchon doit être tel qu'il assure un transfert également réparti de la chaleur du mandrin vers le manchon de cuivre 16. Le mandrin peut, par exemple comprendre un bout légèrement co- nique pour permettre à l'assemblage du manchon d'être facilement glissé en position, et aussi pour fournir un moyen d'arrêter le manchon lorsqu'il
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a atteint la position convenable.
On a aussi constaté que l'opération de fusion peut aussi, en accord avec un autre aspect de la présente invention, être avantageusement... réalisée en faisant passer les assemblages de manchon une ou plusieurs fois, axialement à travers le champ ; magnétique d'une bobine d'induction à courant alternatif (à hautes fréquences de préférence). Comme il est représenté sur cette figure, on peut placer l'assemblage du manchon 28 sur une courroie transporteuse sans fin 46, soutenue par deux roues 48 et 50, dont l'une est actionnée par un moteur M de manière à produire un mouvement continu et uniforme de la courroie transporteuse dans la direction dé la flèche.
L'assemblage du manchon 28 est entraîné ainsi à l'intérieur des spires de la bobine d'induction 52 qui entoure une partie de la moitié su- périeure de la courroie transporteuse 46, et qui est connectée par deux conducteurs 54 et 56 à une source de courant alternatif.
Suivant une variante, une bobine de chauffage par induction à haute fréquence peut être placée dans une position avec son axe vertical et on peut alors laisser tomber les assemblages de manchons à travers. Dans l'une ou l'autre évantualité, il faut prévoir des moyens pour refroidir les manchons rapidement après qu'ils sont sortis de la bobine d'induction, par 'exemple comme on l'a représenté sur la figure 8, en plaçant un bac d'eau froide 60 à l'endroit où tombent les manchons.
Pendant que l'assemblage 28 passe à travers la bobine d'induction 52, une partie de l'énergie du champ magnétique y est convertie en chaleur par la résistivité du cuivre. L'intensité du champ et la durée de son ap-- plication (par conséquant la vitesse de la courroie transporteuse 46) doit être réglée de telle sorte que la chaleur totale qui est produite dans le manchon de cuivre soit juste suffisante pour permettre à la surface de nylon qui lui est immédiatement adjacente d'atteindre son point de fusion, sans faire fondre le reste de l'enveloppe isolante. Il a été trouvé qu'une durée d'application de 2 à 4 secondes, avec un appareil de chauffage à in- duction du type décrit ci-dessous, donne des résultats tout à fait satis- faisants.
Dans le cas où la température du métal monte trop haut, et même si la durée de chauffage est suffisamment courte pour qu'on obtienne la finesse désirée de la pellicule fondue, la laque phénolique peut devenir spongieuse et affaiblir ainsi le lien définitif. Si, au contraire, la durée de chauffage est trop longue, le nylon fond sur une épaisseur trop grande, et l'isolement devient cassant aux très basses températures, si bien qu'il tend à se fendiller lorsque le serre-fils est serti sur un conducteur durant l'hiver arctique, ou même à des températures moins basses, dans une atmosphère très sèche. De plus, on a constaté que l'intervalle de temps compris entre la sortie de l'assemblage hors du champ magnétique et son entrée dans le bain de refroidissement ne doit pas, d'ordinaire, dépasser 1 seconde environ.
L'installation de chauffage par induction utilisée dans ce pro- cédé est un modèle commercial d'une puissance de 12,5 kilowats à une fré- quence de 1,4 mégacycle, et une bobine à 13 spires de 7,5 centimètres de long à peu près et d'un diamètre de 3,1 cm à peu près.
Après qu'il a été refroidi dans le bain d'eau froide, on ajuste l'assemblage de macnhons sur un canon de serre-fils(opération E), de manière à obtenir ainsi un serre-fils (représenté sur la figure 1) isolé avec du nylon et à'liaison rigide. On a constaté que la liaison créée entre le cuivre et le nylon par la méthode de liaison de fusion décrite ci-dessus est particulièrement résistante et durable. Des serre-fils, munis d'enveloppes de nylon formées sur ces serre-fils suivant la méthode décrite ont montré,
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lors dressais dans de nombreuses conditions difficiles, des points de supé- riorité importants sur les autres types de serre-fils à isolement de nylon.
Par exemple un serre-fils à enveloppe isolante de nylon liée suivant le procédé décrit, peut être serti avec succès à des températures aussi bas- ses que -38 C. Après sertissage, il peut être utilisé à des températures beaucoup plus basses sans détérioration. La méthode ci-dessus décrite d'isolement des serre-fils électriques, bien qu'elle présente des avantages particuliers avec le nylon, est aussi applicable à des isolants autres que le nylon. Par exemple, une enveloppe isolante rigide, formée à partir d'un tube de matière plastique vinylique rigide extrudé, peut être liée an métal par le même procédé.
On a trouvé avantageux lorsqu'on utilise, suivant la présente invention, le nylon comme isolant, de plonger l'enveloppe de nylon dans l'eau pendant un court moment avant de l'ajuster sur le manchon. Cette opé- ration d'immersion, qui peut facilement être combinée à une opération de teinture pour donner à l'enveloppe une couleur distinctive, doit être prolongée jusqu'à ce qu'une quantité importante d'eau ait diffusé à tra- vers le nylon. Dans ce cas, l'eau plastifie légèrement le nylon et diminue ainsi sa tendance à se fendiller lorsqu'on l'enfile à force autour du man- chon métallique ou lorsqu'on le sertit.
Il est important que l'humidité de l'enveloppe de nylon soit complètement diminuée, ou presque complètement, avant l'opération de liai- son par fusion. Pour ce faire, on a constaté qu'il était désirable d'enle- ver d'abord toute l'eau des surfaces de l'enveloppe de nylon et du manchon (par exemple par centrifugation) et ensuite d'évaporer l'eau absorbée par le nylon (par exemple en plaçant l'assemblage dans une atmosphère--ayant une faible humidité et particulièrement en l'exposant à un courant d'air sec et chaud pendant 24 heures au moins ou jusqu'à ce que toute l'humidité résiduelle ait disparu)-.' Cette suppression de l'humidité, avant de faire passer l'assemblage à travers le champ d'induction magnétique, non seule- ment, évite le danger de soufflures dues à de la vapeur d'eau libérée par la chaleur induite,
soufflures qui affaibliraient la liaison du nylon mais aussi provoque un léger rétrécissement de l'enveloppe qui enserre ainsi étroitement le manchon métallique, et ceci améliore substantiellement l'adhé- rance de la liaison.
D'une manière générale, on peut utiliser de cette manière, pour la matière plastique de l'enveloppe, des plastifiants à la place d'eau, ou concurremment avec de l'eau, et on doit alors en laisser subsister, ou en rajouter, une petite quantité après que le serre-fils a été assemblé et collé, de telle sorte que l'enveloppe, lors du sertissage, soit légèrement plastifiéeo Dans le cas particulier d'une enveloppe en nylon, on a trouvé que l'eau constituait le plastifiant le plus avantageux. Pour ce faire, 1 assemblage de l'enveloppe et du manchon peut alors être plongé dans l'eau pendant un temps assez court (par exemple 2 heures), après l'opération de liaison par fusion, pour que le nylon absorbe de l'humidité.
Le fait de retenir de l'humidité dans le nylon jusqu'à l'opération finale de sertissage améliore considérablement la qualité de l'isolement de la con- nexion.
Pour assurer la conservation de l'humidité à l'intérieur de l'i- solement en nylon, les serre-fils humides peuvent être empaquetés dans des emballages étanches d'où ils ne 'Seront sortis que par quantités suf- fisamment petites pour être immédiatement utilisés avant que l'humidité absorbée n'ait disparu.
Il est entendu que les exemples particuliers donnés ne sont destinés qu'à illustrer des formes de réalisation préférées de l'invention,
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et que d'autres arrangements conformes à l'esprit de l'invention sont réa- lisables. Par exemple, on peut obtenir une liaison adhésive entre l'envelop- pe de nylon et la virole métallique sans laque adhésive, en utilisant simplement la fusion d'une couche très mince de nylon directement sur le métal sur lequel elle adhère alors.
Il est également évident qu'on peut réalisr un serre-fils, approprié à certains usages, sans le manchon métal- lique sans soudure, par liaison par fusion du nylon ou du plastique direc- tement sur le canon qui reçoit le fil électriqueo On obtient une liaison sûre et stable entre l'enveloppe isolante et la partie métallique du serre- fils par fusion d'un matériau non métallique. Même si on applique des forces relativement grandes pour l'emboutissage du serre-fils sur le conducteur, la liaison est suffisamment solide pour résister à l'écrasement, aux fen- dillements et aux déplacements circonférentiels et axiaux, qui causent une diminution de l'isolement au point de sertissage.
De plus la méthode de fabrication d'un serre-fils suivant l'invention présente une simplicité d'usinage et une efficience qu'il n'était pas possible d'obtenir jusqu'à présent dans les serre-fils sans soudure de type connu.
REVENDICATIONS.
1.- Organe électrique isolé caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : une partie métallique et une matière isolante constituée par du nylon, montée sur la partie métallique et liée à la surface extérieure de cette partie par adhérence par fusion d'une couche très mince de nylon.
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The invention relates to insulated electrical wire clamps of the type intended to be crimped onto electrical conductors. The subject of the invention is more particularly an improved method of assembling insulating shells made of rigid plastic material with a ferrule or metal thimble, in a wire clamp of this type in order to produce a new insulated electric wire clamp, exhibiting superior characteristics.
Metal wire clamps which are intended to be crimped, that is to say formed by stamping, quickly and simply, on one or more electrical conductors, for example by means of a hand crimping tool or mechanical, have become of widespread use. Such wire clamps, whether they are made from an extruded tube or by drawing a seamless ferrule from an initially flat strip of copper or another malleable metal, by assembly of stampings or by stamping a planar blank and finally by winding.
part thereof in a tubular form with or without soldering, or other reinforcement of the joint, are advantageously provided with a plastic insulation, that is to say with an insulating plastic layer, sufficiently strong so that the insulated ferrule can be crimped under high pressure on one or more bare conductors.
This has been widely described in United States Swengel Patents, Nos. 2,654,873 and No. 2,410,321.
During the crimping operation, severe stresses are applied to both the ferrule and the conductor and result in plastic creep and cold stamping of all of these two elements in the form of an excellent electrical connection with stable and low contact resistance. It has been found desirable as disclosed in United States Patents 2,379,567, and 2,654,873 cited above, to fit a thin seamless sleeve, for example of copper, brass or bronze, around the body of the shell, before the crimping operation, this sleeve comprising an insulation stuck to it.
Nylon, which is widely used for this purpose, exhibits extraordinary resistance to solvents and to relatively high temperatures, but has been found to be difficult to assemble to the metal ferrule without altering its properties for crimping and use under certain conditions. .
One of the objects of the present invention is therefore constituted by an improved insulated electrical wire clamp. More precisely, one of the objects of the invention is to assemble nylon to the ferrule of a thread clamp without altering its properties.
Another object of the invention is to provide a more satisfactory method of insulating an electrical wire clamp, by virtue of which the insulated wire clamp thus formed can be crimped onto an electric wire or cable without destroying its insulation, and which is either simple and economical to manufacture.
Other objects and advantages of the invention will be specified and brought to light in the following description considered with reference to the figures of the appended drawing in which:
Figure 1 is a perspective view of a type of wire clamp, object of the invention.
FIG. 2 is a view in perpendicular section along the plane 2-2 of the ferrule of the wire clamp of FIG. 1.
FIG. 3 is a view in perpendicular section along the plane 3-3 of the ferrule of the wire clamp of FIG. 1.
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FIG. 4 is a schematic diagram representing the successive phases A, B, C, D, E of the method for manufacturing the clamp, object of the invention.
Figure 5 is a schematic of a resistance heater.
Figure 6 shows a sleeve assembly mounted on a heated mandrel.
Figure 7 shows a magnetic induction heating coil device.
A form of insulated wire clamp intended to be crimped onto one or more wires or other electrical conductors is shown in FIG. 1. This wire clamp comprises an annular terminal 10 intended to be fixed on a connecting terminal, etc ... , and a laminated composite ferrule generally represented by 12, into which the conductors must be inserted before the crimping operation.
This ferrule 12 comprises an inner metallic part 14, serving as a barrel for the wire, which is made, for example, of copper, aluminum, iron, or an alloy of these metals, and which is of a single part with the terminal 10. Surrounding the whole and fixed to the inner part of the barrel 14, there is a metal sleeve 16 made of copper, brass, bronze, nickel, aluminum, etc., capable of fulfilling the functions described below.
The exterior of the viol 12 comprises a plastic casing 18 adhesively fixed to the sleeve 16 and thus insulating it against contacts which may cause short circuits. This casing is advantageously made of nylon, but may, within the scope of the invention, be of lightly plasticized vinyl chloride, that is to say copolymerized with 2 to 5% of. vinyl acetate and / or a small percentage of an exterior plasticizer. In general, this plastic material is rigid, strong, has a very high tensile strength and a high melting point, and is chemically stable and resistant to solvents.
Figures 2 and 3 show this clamp in section along planes 2-2 and 3-3, respectively, of Figure 1. These drawings show a seamless plastic envelope, 18, arranged around a sleeve m- seamless allic 16, which in turn is mounted around the inner barrel; if the sleeve 16 is omitted and if the casing is mounted directly on the barrel 14, the latter may advantageously include a brazed joint 20 (see FIG. 2), which extends longitudinally along one of its generators, and this can moreover be used even if the ferrule has a sleeve 16.
For the purpose of fully illustrating the invention and bringing into view its principle, specific examples of construction and preferred methods of manufacture will be described below, and many variations will be suggested.
These examples should obviously not be considered as supplementing or limiting the scope of the invention, but rather they are given for the purpose of helping those skilled in this art to adapt the invention to all embodiments. that are suitable for a particular application.
Referring now to Figure 4, it can be seen that the latter schematically represents the various successive operations of the pro
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contracted to manufacture a nylon-insulated wire clamp, object of the invention consisting in
Operation A: Clean and dry the copper sleeve completely.
Operation B: Force an insulating nylon jacket over the copper sleeve.
Operation C: Directly heat the copper sleeve for a short time.
Operation D: cool the assembly of the sleeve and the insulation.
Operation E: assemble the sleeve and the insulation on the ferrule part of a wire clamp to make a composite ferrule.
The first operation consists of first cleaning a seamless drawn copper sleeve or tube and drying it completely (operation A) o The cleaning operation may, for example, consist of stripping the surfaces of the sleeve with acid nitrogen or sulfuric; orelectropolishing the surfaces by reverse current electrolysis in a phosphoric acid bath. It has been found that a nitric acid bath gives superior results in many cases, because not only does it leave a completely clean surface free from harmful impurities, but also because it tends to render, in To some extent, the surface of the copper is rough, which is advantageous for the next operation of the process as described below.
After the cleaning operation, the sleeve is completely dried, for example by exposing it to a stream of dry air.
Returning now to FIG. 3, it can be seen that it is advantageous to provide the sleeve 16 with a circumferential indentation 17, which serves both to guide the wire in the barrel 14 and to ensure the sleeve against any axial removal. The length of the sleeve is such that its opposite end extends beyond the corresponding end of the barrel 14, so that it can be deformed inwardly to immobilize the other end of the sleeve.
A rigid nylon tube or envelope, for example Dupont F. M. 3003 nylon and formed in advance as an extruded tube, is then force-fitted onto the copper sleeve or else injection molded around it (operation B). The inside diameter of the nylon casing should be slightly smaller than the outside diameter of the copper sleeve in order to obtain a tight fit between the two components. This ensures that the sleeve and the insulating casing will not slip apart during subsequent operations, and also improves the bond obtained between the two materials.
It has been found advantageous, although not essential for the formation of a satisfactory nylon-copper bond, to coat, prior to assembly of the nylon shell and copper sleeve, the outer surfaces of the nylon shell. sleeve, of a relatively thin film of glue having the best possible coefficient of adhesion to metal, and providing the best possible basis for the adhesion of molten nylon. The preferred adhesive for this purpose is a partially polymerized resorcinol-formaldehyde condensation resin. This phenolic lacquer is advantageously applied in such a manner that, after drying, a coating of approximately 1 mg per om 2 is left on the outer surface of the sleeve.
After application of the adhesive, the excess lacquer can be removed by centrifugation and it is advantageous to dry the sleeve thus coated by a stream of air or by passing it in the oven, that is to say by drying it. placing in an oven
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at 160 C for about twenty minutes in order to completely dry the resin and partially treat it.
When using an adhesive coating, care should be taken to choose the inside diameter of the nylon casing, so that it provides an interference fit but does not remove the adhesive resin layer when it is. threaded by force on the sleeve.
When the nylon wrap has been attached to the copper sleeve, heat is applied (operation C) directly to the face opposite the copper wall of the sleeve. It is advantageous to apply the heating suddenly, and only for a relatively short time (eg less than a minute);
the heating should be intense enough to momentarily raise the temperature of the copper above the melting point of nylon (eg to about 260 ° C). The duration and intensity of the heat applied is regulated such that the transfer of heat to the nylon raises its temperature to a very shallow depth immediately adjacent to the copper sleeve (i.e. 2 or 3 hundredths of a millimeter in the radial direction), just above its melting point, and thereby effect the fusion of the nylon, the wetting of the copper by it, and the adhesion of one to the other.
Immediately after this inner layer of nylon begins to melt, the heating is stopped and, in the event that the heat capacity of the heated parts is such that melting continues, the assembly is cooled (operation D) for example in a cold water bath. In this way, the molten inner layer of nylon quickly solidifies and forms a bond with the outer surface of the copper sleeve. It has been found advantageous to use nylon wraps slightly thicker (eg several hundredths of a millimeter) than the value theoretically required for the expected breakdown voltage.
A variety of means can be employed to abruptly apply intense heat to the copper sleeve. For example, as shown diagrammatically in FIG. 5, the assembly of the sleeve referenced as a block at 28 and which comprises a copper sleeve 16 and an insulating casing 18, can be placed between two conductive electrodes 30 and 32 which are in turn connected in series by means of a switch 34, to a source of electrical energy 36. When the switch 34 is closed, a strong electric current passing through the copper sleeve 16 heats the latter by its electrical resistance.
The various parameters of the circuit can be chosen so that, upon momentary closing of switch 34, the copper sleeve is heated sufficiently to melt the nylon surface immediately adjacent to it; when the assembly is cooled, this molten material provides a strong bond between the nylon shell 18 and the copper sleeve 16. When large capacity capacitors are available, a certain amount of electricity can be stored. is then discharged in a short circuit formed by the sleeve by providing just enough energy to obtain the desired depth of fusion.
A variant shown in FIG. 6 consists in sliding the assembly of the sleeve 28 around a mandrel 40, heated for example by an internal resistance element, and then rapidly withdrawing it.
The outer diameter of the sleeve should be such as to ensure an evenly distributed transfer of heat from the mandrel to the copper sleeve 16. The mandrel may, for example, include a slightly tapered end to allow assembly of the sleeve to occur. 'be easily slid into position, and also to provide a means of stopping the sleeve when it
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has reached the correct position.
It has also been found that the fusion operation can also, in accordance with another aspect of the present invention, be advantageously ... carried out by passing the sleeve assemblies one or more times, axially through the field; magnet of an AC induction coil (preferably at high frequencies). As shown in this figure, the assembly of the sleeve 28 can be placed on an endless conveyor belt 46, supported by two wheels 48 and 50, one of which is actuated by a motor M so as to produce a continuous movement. and uniformity of the conveyor belt in the direction of the arrow.
The assembly of the sleeve 28 is thus driven inside the turns of the induction coil 52 which surrounds a part of the upper half of the conveyor belt 46, and which is connected by two conductors 54 and 56 to one. alternating current source.
Alternatively, a high frequency induction heating coil can be placed in a position with its axis vertical and the sleeve assemblies can then be dropped through. In either event, it is necessary to provide means for cooling the sleeves quickly after they have left the induction coil, for example as shown in FIG. 8, by placing a cold water tank 60 where the sleeves fall.
As the assembly 28 passes through the induction coil 52, part of the energy of the magnetic field is converted there into heat by the resistivity of the copper. The strength of the field and the duration of its application (hence the speed of the conveyor belt 46) must be regulated such that the total heat which is produced in the copper sleeve is just sufficient to allow the nylon surface immediately adjacent to it to reach its melting point, without melting the rest of the insulating shell. It has been found that an application time of 2 to 4 seconds, with an induction heater of the type described below, gives quite satisfactory results.
In the event that the temperature of the metal rises too high, and even if the heating time is short enough to achieve the desired fineness of the molten film, the phenolic lacquer may become spongy and thus weaken the final bond. If, on the contrary, the heating time is too long, the nylon melts too thick, and the insulation becomes brittle at very low temperatures, so that it tends to crack when the clamp is crimped on. a conductor during the arctic winter, or even at lower temperatures, in a very dry atmosphere. In addition, it has been found that the time interval between the assembly leaving the magnetic field and entering the cooling bath should usually not exceed about 1 second.
The induction heating system used in this process is a commercial model with a power of 12.5 kilowatts at a frequency of 1.4 megacycles, and a 13-turn coil 7.5 centimeters long. approximately and a diameter of approximately 3.1 cm.
After it has been cooled in the cold water bath, the assembly of macnhons is adjusted on a wire clamp barrel (operation E), so as to obtain a wire clamp (shown in figure 1). insulated with nylon and rigidly bonded. It has been found that the bond created between copper and nylon by the fusion bonding method described above is particularly strong and durable. Thread clamps, provided with nylon envelopes formed on these clamps according to the method described have shown,
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When standing in many difficult conditions, it was a big advantage over other types of nylon insulated clamps.
For example, a nylon insulating wrap wire tie bonded by the described method can be successfully crimped at temperatures as low as -38 ° C. After crimping, it can be used at much lower temperatures without deterioration. The above-described method of isolating electrical clamps, although it has particular advantages with nylon, is also applicable to insulators other than nylon. For example, a rigid insulating jacket, formed from an extruded rigid vinyl plastic tube, can be bonded to metal by the same method.
It has been found advantageous when using nylon as an insulator in accordance with the present invention to immerse the nylon shell in water for a short time before fitting it over the sleeve. This immersion operation, which can easily be combined with a dyeing operation to give the casing a distinctive color, must be prolonged until a significant amount of water has diffused through the casing. nylon. In this case, the water slightly plasticizes the nylon and thus decreases its tendency to crack when forcibly threaded around the metal sleeve or when crimped.
It is important that the moisture in the nylon casing be completely, or almost completely, reduced before the fusion bonding operation. In order to do this, it has been found desirable to first remove all water from the surfaces of the nylon shell and sleeve (eg by centrifugation) and then to evaporate the absorbed water. by nylon (for example by placing the assembly in an atmosphere - having low humidity and particularly by exposing it to a current of dry, hot air for at least 24 hours or until all moisture residual has disappeared) -. ' This removal of humidity, before passing the assembly through the magnetic induction field, not only avoids the danger of blowholes due to the water vapor released by the induced heat,
blowholes which would weaken the nylon bond but also cause a slight shrinkage of the casing which thus tightly encircles the metal sleeve, and this substantially improves the adhesion of the bond.
In general, one can use in this way, for the plastic material of the envelope, plasticizers in place of water, or concurrently with water, and one must then leave some to remain, or to add more. , a small amount after the clamp has been assembled and glued, so that the casing, when crimping, is slightly plasticized o In the particular case of a nylon casing, it has been found that water is the most advantageous plasticizer. To do this, the shell and sleeve assembly can then be immersed in water for a short enough time (for example 2 hours), after the fusion bonding operation, for the nylon to absorb water. humidity.
Retaining moisture in the nylon until the final crimping operation greatly improves the quality of the connection insulation.
To ensure the conservation of moisture inside the nylon insulation, the wet clamps can be packed in airtight packages from which they will only be taken out in small enough quantities to be used. used immediately before the absorbed moisture is gone.
It is understood that the particular examples given are intended only to illustrate preferred embodiments of the invention,
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and that other arrangements in accordance with the spirit of the invention are feasible. For example, an adhesive bond between the nylon shell and the metal ferrule can be obtained without an adhesive lacquer, simply by using the fusion of a very thin layer of nylon directly onto the metal to which it is then adhered.
It is also obvious that one can realize a wire clamp, suitable for certain uses, without the metal sleeve without welding, by bonding by fusion of nylon or plastic directly on the barrel which receives the electric wire. a safe and stable connection between the insulating casing and the metallic part of the clamp by fusion of a non-metallic material. Even if relatively large forces are applied for stamping the clamp on the conductor, the connection is strong enough to resist crushing, cracks, and circumferential and axial displacements, which cause a decrease in strength. isolation at the crimping point.
In addition, the method of manufacturing a wire clamp according to the invention has a simplicity of machining and an efficiency that was not possible until now in the seamless wire clamps of known type. .
CLAIMS.
1.- Isolated electrical unit characterized in that it comprises in combination: a metal part and an insulating material consisting of nylon, mounted on the metal part and linked to the outer surface of this part by adhesion by fusion of a layer very thin nylon.