CA1073065A - Contacts electriques elastiques a pression en bout - Google Patents

Abstract

Contact électrique élastique à pression en bout constitué par une tête de contact mobile dans un puits de guidage, reliée à une cosse de branchement située à la base du puits par un conducteur déformable et sollicitée contre une butée prévue vers la partie supérieure du puits par un ressort hélicoïdal travaillant à la compression qui entoure le conducteur déformable et qui prend appui à chacune de ses extrémités respectivement sur la cosse et sur la tête de contact. Le conducteur déformable est constitue par un câble métallique obtenu par nattage d'une pluralité de fuseaux formes chacun par retordage de torons eux-mêmes composes par retordage inverse de brins fins.

Description

~C~73~65;

L'invention concerne le conducteur deformable qui equipe les contacts electriques elastiques à pression en bout.
De tels contacts sont bien connus et frequemment uti-lises. Ils comportent chacun un element, ou tête de contac~, qui est amene à subir des translations d'une certaine amplitude dans un puits de guidage et qui doit donc être relie à la cosse ou borne fixe du contact par un conducteur deformable. La tête de contact vient en prise elastique avec le contact antagoniste, rigide ou lui-même élastique sous l'action d'un ressort helico~-dal logé dans le puits de guidage et travaillant à la compression,qui entoure le conducteur déformable et qui prend appui a chacune de ses extremites respectivement sur un epaulement de la cosse et sur un epaulement de la tête de contact.
Ces contacts constituent une grande amelioration par rapport aux contacts rigides anterieurs, mais il faut apporter un soin tout particulier pour réduire le plus possible la chute de tension ohmique du courant qui les traverse: choix des maté- -riaux (laiton, cuivre rouge, pastille d'argent sur la tête de contact) - amelioration des contacts intermediaires (connexions du conducteur deformable avec la cosse et la tête) - suppression du phenomène de magnetoresistance (ressortamagnetique) - etc. ~`
Depuis l'apparition des contacts a pression en ~out, ces divers points ont fait 1'objet de nombreux perfectionnements dont cer- ~ -tains ont ete brevetes. ;~
Il est également important d'assurer entre les contacts - ~ .
antagonistes une pression determinee. En effet, d'une part, elle do1t être suffisante pour assurer un bon contact: les lois d'Amon-ton énoncent que la surface réelle de contact est proportionnelle à la force qui applique les deux conducteurs l'un sur l'autre et expliquent cette constatation par l'~crasement des micro asperites que presentent toutes les surfaces memes les mieux polies.

D'autre part, pour ne pas augmenter exagerement l'effort a l'en ` -., ' ' - 1 - ~ ~

~73~D6~;i clenchement, il est avantageux que cette pression soit quasi constante pendant toute la manoeuvre. Il faut donc utiliser le ressort dans sa zone moyenne et non au voisinage de sa position de repos, c'est-à-dire qu'une force élastique résiduelle non né-gligeable doit exister lorsque le contact est au repos. Pour éviter alors la détérioration du conducteur déformable et de ses sertissages, la tête de contact doit, au repos, venir en butée contre un épaulement de son puits de guidage. Ainsi le conduc-teur déformable n'est jamais en position d'allongement maximal.
Jusqu'alors tous les contacts élastiques connus utili- :
sent comme conducteur.deformable une tresse metallique tubulaire ou tresse creuse, dont la déformation par gonflement permet un ecrasement longitudinal important de l'ordre de 30~. Cependant, ~ :
un tel conducteur presente un certain nombre d'inconvenients.
La section utile est annulaire, sa valeur doit être choisie en fonction de l'intensité du courant suivant les normes .~ . .-adoptées et, bien évidemment, la struc:ture tubulaire fait que le diamètre de la partie médiane du conducteur au repos est bien supérieur à celui qu'aurai.t un câble non tubulaire de même section utile. Or toute augmentation du diametre du conducteur entraine :- .
l'augmentation du diamètre du ressort et du puits de guidage donc :~ ~ :
une augmentation de l'encombrement et du co~t de revient des ap- ~ ~
pareils. On est alors conduit à choisir pour la section utile la :~ ~:
valeur minimale compatible avec l'intensité du courant, ce qui .~
est en contradiction avec la recherche de la diminution des per- .
tes par effet Joule et aussi avec la recherche d'une resistance mecanique suffisante.
En dehors de la resistance mécanique globale qui de~
cro~t à chaque nouvelle manoeuvre, chaque brin s'affaiblissant en . :.
subissant une augmentation (à l'enclenchement) puis une diminution (a la separation) de son rayon de courbure, il faut encore tenir compte de l'usure par frottement variable d'un brin ~ l'autre.

f ~)73~65 En effet, d'une part, la partie médiane des brins extérieurs vient frotter sur les spires du ressort à chaque ~onflement, ~ moins bien entendu de prendre un ressort de diametre suffisamment grand, mais on retombe alors sur l'inconvénient de l'encombrement et de l'augmentation du coût de revient. Il arrive même parfois que des brins soient pincés et finalement coupés entre deux spires consé-cutives du re~sort. D'autre part, pour ces tresses creuses il s'agit toujours d'un véritable tressage a brins entrelacés et les brins frottent les uns sur les autres et certains plus que d'au-tres. Ainsi apres un certain nombre de manoeuvres successives, des brins sont sectionnes, ce qui, bien entendu, correspond a une augmentation de la resistance electrique du conducteur et a un accroissement de la chute de tension du courant qui le traverse.
On estime generalement qu'un contact cloit être mis au rebut lors-que l'augmentation de la résistance atteint 10%.
Dans les conditions optimales de matiere, du rapport longueur/diamètre et de flèche (différence entre la longueur au repos et la longueur en compression), les tresses tubulaires per-mettent environ 5000 manoeuvres avant que l'accroissement de la résistance électrique atteigne 10%.
Dans bien des cas ce nombre maximal de manoeuvres est insuffisant et, dans tous les cas on doit chercher a l'augmenter par simple souci de la recherche de la qualité.
Or il est apparu de facon quelque peu surprenante que le conducteur d~formable pouvait être constitué par ce que l'on appelle, împroprement d'ailleurs, une tresse pleine ou encore une ~ -tresse ronde sans âme et qui est en fait un câble métallique nat-té et que, ~ condition que ce dernier~présente certaines caracté-ristiques déterminées, llusure des brins est alors tras atténuée.
Il est evident que llemploi ~'un tel cable fait dispa-raitre tout d'abord llinconvenient de la tresse tubulaire en ce qui concerne le rapport section utile/diam~tre d'encombrement.

1 ' .' : ' ,. . .. ... . .

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Mais en outre, comme il sera explique ci-apres l'usure des brins est beaucoup plus lente et il est possible de porter le nombre maximal de manoeuvres ~ environ 20.000 et parfois meme plus de 25.000 avant d'atteindre un accroissement de 10% de la résistance. -~es cables nattes sont connus pour d'autres usages, même de conduction electrique, o~ l'on fait appel à leur souplesse mais ja~ais jusqu'à present a leur possibilite de deformation par ecrasement longitu~inal. Un certain nombre de brins sont reunis par retor-dage pour former un toron. Plusieurs torons sont reunis par retor-dage inverse pour former un fuseau. Enfin, plusieurs fuseaux sont `~
nattes entre eux pour former le câble.
Ce qui est important pour diminuer l'usure des brins c'est tout d'abord le pas du nattage c'est-à-dire l'angle que fait chaque fuseau avec une section droite du câble. Le meilleur resul-tat est obtenu lorsque cet angle est tras peu inferieur a 70.
Des resultats convenables sont obtenus des que cet angle est s~
perieur à 60 (mais inférieur à 75). -En outre, co~ne il a ete dil: ci-dessus, le conducteur ;
deformable n'est jamais en position dlallongement maximal grâce à
la but~e de la t~te de contact. ~u repos il est dejà ecrase lon- -gitudinalement. La valeur de cet ecrasement doit être comprise ;-entre 20 et 33% de sa longueur initiale.
Pour obtenir les meilleures performances il ~audra en-core, comm~ pour les tresses tubulaires traditionnelles, deter-miner la valeur optimale de cette longueur initiale en fonction 1,_ . . . - . .
de la section utile et de la flèche. Ce choix resultera d'une s~rie d'essais permettant d'etablir des abaques.
L'invention sera mieux comprise en se r~ferant au des- ~ -sin annex dans lequel:
- les ~igures 1~ et lB representent schematiquement un `
contact elastique respectivement avant et après montage dans son puits isolant de guidage, ., ~ ' ~, ''.

~ 73~65 - la figure 2 est une vue schématique à grande echelle d'un câble natte constituant le conducteur deformable du contact des figures lA et lB, - la figure 3 est une courbe montrant la variation du nombre de manoeu~res aboutissant a un accroissement de 10~ de la resistance du conducteur en fonction de l'angle de nattage des fuseaux, - la figure 4 est une courbe indiquant ce meme nombre de manoeuvres pour un angle de nattage de 70, une section utile de 4mm et une flèche de 7,5mm en fonction de la longueur initiale du conducteur.
Aux figures lA et lB un contact electrique elastique comprend de manière traditionnelle une tête de contact 1 munie d'une pastille de contact 2 et d'une cosse 3 de raccordemen-t à un conducteur electrique d'alimentation ou de depart.
La tete 1 et la cosse 3 sont reliées par un conducteur déformable 4 entouré par un ressort hélicoidal 5 qui prend appui, d'une part, sur un épaulement de ladite tate et sur un epaulement de ladite cosse. Ce contact est destine à être monté sur un appa-reil, par exemple dans le socle d'une prise de courant, dans unpuits de guidage 6 (figure IB). Dans ce puits, la cosse 3 est à
la base tandis qu'un épaulement interne 7 forme butée pour limiter le déplacement de la tate 1 vers le haut r le puits se poursuivant par un prolongement 6a de moindre diamètre destiné à rec~voir et a guider le contact antagoniste (non représenté). Le ressort 5 doit exercer même au repos une force élastique residuelle comme il a eté dit ci-avant, c'est-à-dir~e que la longueur indiquee par A sur la figure lA pour la partie libre (hors des Eûts de sertis-sage) du conducteur 4 est celle de cette partie en position d'ex-tension maximale, alors que le contact étant monte dans son puits(~igure lB), la tête I ~ient en butee contre l'epaulement 7 et la longueur B de ladite partie libre du conducteur est inférieure ..

- ' ~730~'~

~ A. Au-trement ~it, au repos, le conducteur déformable 4 presente un ecrasement initial qui slaccentue lorsque, au moment de l'en-clenchement, le contact antagoniste vient repousser la tete 1 jusqu'~ ce que la pastille 2 vienne au niveau indiqué en 2' sur la figure ls. On dit qu'en position active le contact a une "flèche" f (difference de niveau entre 2 et 2').
Tout ce qui vient d'être dit s~applique aux contacts elastiques traditionnels qui utilisent tous comme conducteur de-formable une tresse tubulaire, en notant toutefois que la longueur B est alors assez voisine de la longueur A, c'est-à-dire que ~ -l'ecrasement initial au repos du conducteur deformable est faible.
Selon l'invention, le conducteur deformable est un câble natté represente schematiquement en perspective à la figure 2 0 Par retordage de brins fins 7 (d'environ 0,05 mm de diamètre) sont formes des torons 8. Par retordage des torons, commis en sens inverse de celui des brins, sont Eormes des fuseaux 9 et ces der-niers sont nattes pour constituer le câble 4. Une solution satis-faisante pour obtenir les diverses sections utiles des câbles en -- fonction de l'intensite maximale prevue du courant admissible con-siste a prendre pour tous les câbles le même nombre de fuseaux, ~ ``
par ~xemple huit et pour tous les torons le même nombre de brins, par exemple soixante quatre et de faire varier uniquement le nom-bre de torons par fuseau. Avec des brins de 5/100 de mm de dia~
;mètre et les nombres de brins et de fuseaux sus-mentionnes, on obtiendra une section utile de 3,010 m~ avec trois torons par fuseau~(pour admettre jusqu'à 16A), 4,014 mm avec quatre torons par useau (intensite admissib1e 32A), 10,035 mm2 avec dix torons par fuseau (intensite admissible 63A) etc.
Pour que le câble 4 admette la deformation par yonfle-ment, il est necessaire qus l'~écrasement initial soit important, de l'ordre de 20 à 33~, c'est-à-dire que la longueur B soit com-prise entre 0,67 et 0,8 A. -~

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113736~5 Les manoeuvres successives du contact élastique finis-sent par amener le sectionnement des brins 7, ce qui détermine l'augmentation de la résistance électrique du câble 4 par réduction de sa section utile. Il est estimé que le contact doit être remplacé lorsque l'accroissement de la résistance atteint 10~.
Il a été trouvé que le nombre de manoeuvres nécessaires pour atteindre cet accroissement de 10% était tout d'abord fonction de l'angle de nattage du câble, c'est-a-dire de l'angle de chaque fuseau sur le plan perpendirulaire a l'axe du câble.
Sur la courbe représentée a la figure 3 sont portées en abcisse les valeurs de l'angle de nattage et en ordonnees le nombre de manoeuvres amenant cet accroissement de 10~, c'est-a-dire le nombre maximal de manoeuvres admises par le contact avant son rebut. On voit qu'il s'agit d'une ~ourbe d'allure générale , ~ , parabolique en cloche dont la branche descendante a une pente plus rapide que la branche montante. Le maximum est obtenu pour un --angle de nattage tras légèrement inférieur a 70 . Des 60 le resultat est satisfaisant. Il ne faut pas atteindre 75 car la chute est alors quasiment verticale.
Il est evident que pour une section et une fleche f donnees, le nombre maximal de manoeuvres est également fonction de la longue~r initiale A du cable. La courbe de la figure 3 cor-respond a un câble de 4 mm (pour 32A) avec une flache f de 7,5 mm et une longueur A de 28 mm. Mais ce qui est remarquable c'est que pour cette même fl~che et cette même section toutes les courbes etablies pour diverses longueurs indiquent pour le maxi~
mum la même valeur de 70 (ou plus exactement de 69) avec des nombres de manoeuvres pratiquement egaux pour 60 et 75 , les ~ ,, courbes sont simplement plus ou moins aplaties et c'est ainsi que le nomhre maximal de manoeuvres (toujours pour 70) est de 5000 pour une longueur de 21 mm, 13 500 pour 24 mm et 20 000 -,(figure 3) our 2~ mm.

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Il est alors utile, pour une angle de nattage de 70 et tous au-tres parametres (B, ~ et section utile) restant inchan-gés, d'établir la courbe donnant le nombre maximal de manoeuvres en fonction de la longueur initiale A. C'est une telle courbe qui est representee à la figure 4 pour B - 18mm, f - 7,5 mm et une section de 4 mm2. On retrouve bien les valeurs ci-dessus enoncees de 5000 pour 21 mm, 13 500 pour 24 mm et 20 000 pour 28 mm, qui constitue un maximum, la courbe "chutant" ensuite as-sez rapidement. Dans l'etat actuel des essais aucune loi n'a pû
être établie et la seule ressource consiste a etablir experimen- .
talement des abaques à double entree (B et f) par section utile, - :
- c'est-à dire par intensité admissible.
De toute facon, ce qui est certain et fait l'objet de la présente invention, c'est que le remplacement, dans un contact élastique, de la tresse tubulaire traclitionnelle par un câble .
natté permet de mu.ltiplier la fiabilité dudit contact par trois ou quatre.

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Claims (3)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Contact électrique élastique à pression en bout constitué par une tête de contact mobile dans un puits de gui-dage, reliée à une cosse de branchement située à la base du puits par un conducteur déformable et sollicitée contre une butée pré-vue vers la partie supérieure du puits par un ressort hélicôidal travaillant à la compression qui entoure le conducteur déformable et qui prend appui à chacune de ses extrémités respectivement sur la cosse et sur ladite tête de contact, caractérisé en ce que le conducteur déformable est constitué par un câble métallique ob-tenu par nattage d'une pluralité de fuseaux formés chacun par retordage de torons eux-mêmes composés par retordage inverse de brins fins.

2. Contact électrique élastique selon la revendica-tion 1, caractérisé en ce que le pas du nattage des fuseaux cons-tituant le conducteur déformable est tel que l'angle fait par chacun desdits fuseaux avec le plan de section droite du câble est compris entre 60 et 75° et, de préférence, très voisin de 70°

3. Contact électrique élastique selon l'une des reven-dications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur de câble natte déformable après montage, c'est-à-dire la longueur de la partie libre du câble lorsque la tête de contact est en position de butée, est égale à la longueur de cette même partie libre dans sa position d'extension maximale diminuée de 20 à 33% environ.