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" Procédé et appareil pour unir des pièces métalliques à des éléments métalliques, d'accumulateurs en parti- cu@lier"
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour unir des pièces métalliques à des éléments Métalliques, en particulier d'accumulateurs, par coulée dans des moules, les éléments et le métal fondu étant chauf- fés par induction et le métal coulé dans le moule étant solidifié par refroidissement de ce moule.
On connatt déjà des procédés de ce genre qui permettent de mouler par exemple des cavaliers, des barres de jonction entre éléments et des bornes sur les éléments de l'accum@lateur. Avec certains de ces procédés, on a constaté qu'il était nuisible que le métal utilisé soit recouv6rt d'une mince pellicule d'oxyde qui, après fusion des pièces à unir, rend difficile ou absolument impossible
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l'interpénétration des métaux à leurs surfaces en contact. .
C'est par exemple le cas avec le plomb antimonieux utilisé pour les accumulateurs au plomb.
Pour éviter cet inconvénient, il faut détacher cette pellicule d'oxyde et l'éliminer au moins partielle- ment. On le fait selon un autre procédé connu à l'aide d'un fluide contenant des substances fortement réductri- ces. Mais ce procédé ne convient pas pour mouler les barres de jonction ou les bornes.
On a également déjà proposé d'arracher et d'éli- miner la pellicule d'oxyde pendant la coulée à l'aide d'une forte flamme de gaz. Mais ce procédé ne convient que pour former les bornes de batteries de démarrage, mais ne réussit pas pour mouler les cavaliers, notamment lorsqu'on doit unir un grand nombre de plaques à une barrette de longueur correspondante.
Dans un autre procédé de ce genre, décrit dans le brevet allemand 820.037, on introduit de haut en bas les têtes des plaques dans le moule qui aune forme corres- pondant à celle des cavaliers à mouler et est chauffé indue- tivement par le dessous au moyen d'un courant à haute fré- quence. De la sorte, les pointes de ces têtes fondent par contact avec le fond chaud du moule avant que le métal fon- du y soit coulé. Cependant on continue à obtenir ainsi sur le métal fondu la pellicule d'oxyde qui gêne l'interpéné- tration et donc la soudure désirée. De ce fait, ce procédé non plus ne convient pas pour mouler les barres de jonction entre éléments et les bornes.
L'invention a pour but de remédier aux inconvé- nients précités et de fournir un procédé et le dispositif correspondant permettant d'obtenir par soudure des liai- sons solides entre des éléments d'accumulateurs par exemple et des pièces métalliques à y souder par coulée, avec une consommation d'énergie relativement faible,
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On atteint ce but en créant directement par induc- tion de la chaleur dans la partie des éléments à unir à la pièce métallique pénétrant dans le moule, ou dans les éléments tout entiers pénétrant dans le moule.
Le procédé selon l'invention découle du fait qu'en transmettant directement une énergie à haute fré- quence à un métal facilement fusible, tel que le plomb antimonieux par exemple, à l'aide d'un serpentin parcouru par un courant à haute fréquence, on peut en fondre la sur- face en créant par le champ tourbillonnaire produit un mouvement violent des particules liquides. Ce mouvement violent arrache et entraîne les couches superficielle d'oxyde, de sorte que le métal fondu peut s'unir facilement: à la surface fondue. Il est alors particulièrement avanta- geux de pouvoir régler l'intensité du mouvement superficiel ; et donc celle des forces qui agissent sur la couche d'oxy- de, en choisissant des valeurs appropriées des fréquences, de l'intensité du courant, de l'intensité du champ et de la durée d'action.
On peut en particulier régler ces gran- deurs de façon que la fusion du métal soit limitée à ses couches superficielles de sorte que le métal sous-jacent reste solide et que l'on obtient entre le métal fondu et le métal coulé une union solide qui n'exige pour son obtention que des quantités relativement faibles d'énergie.
Le chauffage inductif des éléments ou de parties de ces éléments peut se faire aussi bien avant que pendant la coulée du métal fondu dans le moule.
On a également constaté l'éfficacité de chauf- fer directement par induction le métal fondu pendant la coulée. Si le moule est continuellement refroidi pendant cette opération, on peut éviter ainsi une solification pré- maturée sur sa paroi froide et le remplissage incomplet qui on résulte, parce que le métal fondu est ainsi chauffé surtout dans ses couches qui sont en contact immédiat avec
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cette paroi, Etant donné que la coulée est relativement rapide, cet apport supplémentaire de chaleur n'a besoin d'être maintenu que peu de temps.
Les moules ne doivent donc pas nécessairement être en matière résistant à la chaleur, par exemple en céramique, mais peuvent également consister en matières organiques, par exemple en p&pier imprégné de résine phénolique, en ébonite, en résine com- primée ou moulée ou en d'autres matières appropriées qui ont un angle de perte suffisamment petit et ne s'échauffent pas trop dans un champ à haute fréquence.
Si nécessaire, le métal fondu peut aussi avanta- geusement être inroduit dans le moule sous pression.
Un avantage particulier du procédé selon l'inven- tion réside dans le fait que l'on peut effectuer chaque moulage, par exemple le moulage de cavaliors sur les têtes, le moulage des barres de jonction entre éléments et le moulage des bornes, au moyen des pièces utilisées pour le montage de l'accumulateur, telles que le bac, le couvercle, etc....Cela facilite et simplifie ce montage, par exemple sur des chaìnes automatiques. Lorsqu'on utilise des élé- ments non métalliques, ils peuvent avantageusement compor- ter des évidements recevant les éléments métalliques à unir à la pièce métallique, ainsi que des surfaces d'obtu- ration pour rendre le moule étanche. Ces éléments non métal- liques peuvent convenablement rester dans ou sur l'accumu- lateur après la coulée.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention.
Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en coupe d'un moule en position de coulée de bornes rondes;
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la figure 2 montre la disposition du serpentin conducteur dans la paroi du moule représenté sur la figure 1: la figure 3 est une vue en coupe de la pièce moulée ; la figure 4 montre en coupe une autre forme de réalisation d'un moule pour bornes rondes, en position de coulée;' la figure 5 est une vue en coupe de la borne moulée avec le moule de la figure 4; la figure 6 est une vue en coupe d'un moule con- venant pour mouler des barres de jonction sur les bornes de raccordement d'éléments voisins, en position de coulée; la figure 7 est une vue en coupe du serpentin du moule de la figure 6;
la figure 8 est une vue en coupe de la barre de jonction coulée sur les bornes de raccordement au moyen du moule représenté sur la figure 6 ; la figure 9 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation d'un moule destiné à couler des barres de jonction sur les bornes de raccordement d'éléments d'ac cumulateur voisins; la figure 10 est une vue en coupe de la barre obtenue avec le moule de la figure 9 ; la figure 11 est une vue en coupe d'une coulis- se à rabattement latéral; la figure 12 est une vue en coupe d'un moule convenant pour couler des cavaliers sur les têtes des pla- ques de même nom d'un élément ; la figure 13 est une vue du moule représenté sur la figure 12, en coupe faite dans un plan perpendi@u- laure à celui de cette dernière figure ;
les figures 14 et 15 sont des vues en coupe de jeux de plaques soudées dans la cuve d'un élément; et
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les figures 16, 17 et 18 montrent schématique- ment la disposition des serpentins dans la paroi du moule.
Le moule 1 de moulage de bornes rondes représen- té sur la figure 1 est en une résine moulée ou comprimée, par exemple les résines vendues sous le nom d'Araldite ou de Téflon, dans laquelle est noyé le serpentin conducteur 2 en tube de cuivre dont les raccords 3,3' sortent latéra- lement de la paroi du moule. La disposition de ce serpen- tin est représentée schématiquement sur la figure 2. On y voit qu'il est enroulé autour de la chambre cylindrique de coulée 6 de façon que le tube se trouve tout près de sa surface.
Le moule comporte en haut un trou de coulée 5 par lequel on peut remplir la chambre 6 de métal fondu. Le fond du moule forme un couvercle 8 en ébonite dans lequel est fixée par vulcanisation une douille de plomb 9, que traverse la borne terminale 11, portée par le cavalier 10 d'un jeu de plaques 12 non complètement représenté d'un élément d'extrémité de l'accumulateur. Les surfaces infé- rieures 4 du moule 1 sont appliquées contre la face d'étan- chéité 7 du couvercle 8. Du côté tourné vers la chambre de coulée 6, la douille 9 comporte un collet 13 qui pénètre dans cette chambre et dont le bord supérieur se raccorde exactement à l'extrémité supérieure de la borne 11.
Ce collet 13 et cette borne 11 sont-reliés par la borne 14 formée dans la chambre 6 et représentée terminée sur la figure 3. Dans ce but, on chauffe inductivement par haute fréquence grâce au serpentin 2, la surface supérieure du collet 13 pénétrant dans le moule et l'extrémité de la borne 11 assez énergiquement pour qu'elles fondent. Le champ électrique tourbillonnaire du serpentin 2 crée dans le métal fondu un mouvement violent des particules liqui- des qui produit l'arrachage et l'enlèvement des couches d'oxyde existantes. Puis on remplit la chambre 6, par le
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trou 5, du métal fondu qui doit constituer la borne 14 à souder aux éléments 9, 11.
Comme ilexiste alors ples de couche d'oxyde sur ces éléments dont la surface est en fusion, on obtient une union solide entre eux et cette borne 14.
Le moule 1 de moulage de bornes rondes représen- té sur la figure 4 convient particulièrement pour des accu- mulateurs à bac en matière synthétique. Comme dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, le serpentin 2 est noyé dans un moule en résine moulée ou comprimée résistant à la chaleur. Ce serpentin 2 est de même un tube de cuivre mince équipé de raccords 3,3' d'amenée de l'éner- gie à haute fréquence, et de moyens de refroidissement. La , disposition de ce serpentin correspond à celle de la figu- re 2.
Le moule 1 repose sur une bague métallique 13 qui entoure concentriquement la borne terminale 11 de l'é- lement et dont la surface extérieure de joint 14 s'appli- que dans un évidement 15 d'un couvercle 16 en matière syn- , thétique. Cette bague 13, de préférence en aluminium, est parcourue par un circuit indépendant de refroidissement 17, dont les conduites d'entrée et de sortie sortent du corps du moule en 18, le*. La chambre de coulée 6 du moule 1 est limitée en bas par le fond 19 de l'évidement 15 et par la borne 11 qui y pénètre par l'ouverture 20 de ce fond.' Cette borne est portée par le cavalier 21 d'un jeu de pla- ques 12 qui n'est pas représenté en détail.
A la partie supérieure du moule 1 se trouve le trou de coulée 5 par lequel on introduit le métal fondu arrivant par une conduite 22 et une électro-vanne 23 que l'on ne décrira pas plus complètement. En out@e, la tê@e de ce moule' porte deux tiges de contact 24,24' relias par des conducteurs 25 , 25' à un dispositif commutateur (non représenté) qui, lorsque le métal atteint dans le moul
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un niveau prédéterminé et court-circuite ces tiges, inter- rompt l'arrivée de ce métal et coupe l'énergie à haute fréquence.
Après le démontage et l'enlèvement du moule 1 et de sa bague 13 métallique concentrique, il reste la borne ronde représentée sur la figure 5, qui est solidaire de la borne 11 et repose dans l'évidement 15 du couvercle 16. Le petit espace 26 ménagé autour de la borne sert à loger une garniture d'étanchéité.
Le moule 1 représenté en coupe sur la figure 6 convient pour couler des barres de jonction sur les bornes de raccordement d'éléments voisins. Ce moule représenté en position de coulée est encore en une résine moulée résis- tant à la chaleur dans laquelle sont noyés les serpentins conducteurs 2,2' reliés en série. Les raccords 3,3' ser- vent à amener l'énergie à haute fréquence et le fluide de refroidissement qui parcourt ces serpentins inducteurs creux, ce qui permet de maintenir le moule à la température désirée, par exemple la température ambiante. La disposi- tion de ces serpentins à l'intérieur du corps du moule ressort de la figure 7 où ils sont représentés en coupe horizontale.
Le moule repose par sa face d'appui 26 sur le fond 2? de l'évidement en forme de cuvette 15 pratiquée dans un couvercle 16 en matière synthétique. La chambre de coulée 6 est fermée en bas par le fond 27 de cette cuvette 15 et par la surface de deux bornes de raccorde- ment 11, 11', qui y pénètrent par des ouvertures 20,20' de ce fond. Le métal fondu est introduit par le trou de coulée 5. L'écoulement est réglé par des organes non représentés ainsi qu'on l'a décrit à propos de 'la forme de réalisation de la figure 4. a figure 8 montre le dispositif de la figure 6 après démoulage' La barrette 29 coulée sur les bornes 11,
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11', repose à plat de façon étanche sur le fond 27 de la cuvette 15.
Pans cette forme de réalisation de la barrette, les bornes 11, 11' sont rendues étanches par rappert à l'intérieur de l'élément par des bagues de caoutchouc 28, 28'. On peut remplir la cuvette 15 d'une garniture coulée au-dessus de la barrette et dans l'espace annulaire laté- ral 30.
On a représenté sur la figure 9 une forme de réalisation analogue à celle de la figure 6, Mais il existe ici des coulisses 31, 31' qui peuvent basculer latéralement, pénètrent dans la chambre 6 et servent à ménager un espace entre la barrette, qui est représentée en 29 sur la figure 10, et le fond 27 de la cuvette 15. Après exécution de la barrette, on remplit cet espace d'une garniture coùlée qui rend étanches les traversées des bornes. Cela rend super- flue la mise en place au-dessous du couvercle des bagues d'étanchéité 28, 28' représentées sur la figure 8.
Le montage des coulisses basculantes 31, 31' représentées sur la figure 9 apparaît mieux sur la figure 11. On y voit qu'elles peuvent basculer latéralement en 33, 33' et s'engagent comme des tenailles sous la chambre 6 quand le métal fondu est versé dans le moule par le trou 5. Grâce aux poignées 32, 32' fixées à leur extrémité supé- rieure, on peut les faire pivoter et les amener dans la position représentée en traits mixtes après refroidisse- ment du métal et les retirer avec le moule de la cuvette 15.
L'autre forme de réalisation du moule selon l'invention représentée sur les figures 12 et 13 convient; particulièrement pour mouler les barrettes de jonction sur les têtes des plaques de même nom d'un élément, Cs moule 1 représenté en position de coulée est là aussi en résine moulée ou comprimée résistant à la chaleur dans laquelle est noyé le serpentin inducteur 2 qui comporte en 3,3@
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des raccords d'amenée de l'énergie à haute fréquence et du fluide de refroidissement. Le moule 1 repose par sa face d'appui 4 sur une barrette de peigne 33 en matière élasti- que résistant à l'acide, qui est portée par les séparateurs 34 des jeux de plaques et sert également de plaque de pro- tection pour les séparateurs et de couvercle.
Cette barret- te comporte des fentes 35 par lesquelles les têtes 36 des plaques pénètrent dans la chambre 6. Elle constitue avec ces ttes la fermeture inférieure du moule 1. En haut de ce dernier se trouve, comme dans les formes de réalisation décrites précédemment, le trou de coulée 5 par lequel le plomb fondu, venant de la conduite 22 et de l'électro-van- ne 23 non représentée en détail, est introduit dans la chambre 6.
Dans la tête du moule se trouvent d'autre part deux tiges de contact 24, 24' qui sont reliées par des conducteurs électriques 25, 25' à un dispositif commuta- teur non représenté qui, lors du court-circuitage des tiges car la montée du métal fondu dans le moule, freine ou inter- rompt complètement l'arrivée de ce métal et de l'énergie à haute fréquence. 37 et 37' désignent les parois d'un bac d'élément d'accumulateur, bac qui avant l'exécution de la soudure sert à maintenir le jeu de plaques et dans lequel ce jeu reste au montage final de l'accumulateur*.
On a représenté en coupe sur les figures 14 et 15 les jeux de plaques, la barrette de jonction et la borne terminale 14 du jeu tels qu'ils se trouvent après enlèvement du moule 1 de l'intérieur du bac.
Les figures 16 à 18 montrent schématiquement la disposition du serpentin inducteur 2 à l'intérieur du moule 1 des figures 12 et 13, ce serpentin étant enroulé en spira- le autour de la chambre 6 et se trouvant très près de sa paroi. Il y a également au voisinage de la barrette de jonction par exemple rectangulaire, comme on peut le voir
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en particulier sur la figure 18, des enroulements du ser- pentin, de sorte qu'on peut amener à cet endroit par les raccords 3, 3' aussi bien une quantité suffisante d'énergie à haute fréquence, que la quantité de fluide de refroidis- sement nécessaire pour conserver au moule la température désirée.
Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre.