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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.