EP1909361A1 - Assemblage barreau-brins de conducteur à feuillard intercalé - Google Patents

Assemblage barreau-brins de conducteur à feuillard intercalé Download PDF

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EP1909361A1
EP1909361A1 EP07291201A EP07291201A EP1909361A1 EP 1909361 A1 EP1909361 A1 EP 1909361A1 EP 07291201 A EP07291201 A EP 07291201A EP 07291201 A EP07291201 A EP 07291201A EP 1909361 A1 EP1909361 A1 EP 1909361A1
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EP
European Patent Office
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bar
strip
assembly according
aluminum
copper
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07291201A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Koupaia Henry
Laurent Vivet
Jose Moly
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Leoni Wiring Systems France SAS
Original Assignee
Valeo Electronique et Systemes de Liaison SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/62—Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • H01R4/625—Soldered or welded connections

Definitions

  • the present invention relates to an assembly forming an electrical connection comprising a bar made of a first metallic material, in particular aluminum, and at least one multi-strand cable made of a second metallic material, in particular made of copper, fixed by welding, in particular by ultrasound or by friction, the bar, in particular at least one end of the bar.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the prior art by proposing an assembly as described above, the fixing by welding at the interface between the two metallic materials is better.
  • the bar in a first metallic material and at least one strand of the multi-strand cable in a second metallic material to have a strip in a third metallic material
  • the third material may be similar to the first material or a metallic material whose electrochemical potential is intermediate between the electrochemical potential of the first metallic material and the electrochemical potential of the second metallic material, the strip being fixed by welding to the bar and to one or more strands of the multi-strand cable.
  • the proposed solution has the effect of opposing the migration of water between the strands of the cable to the Cu / Al interface (in the case of copper strands and an aluminum bar), causing the formation of an electrochemical cell and oxidation of aluminum. Fixing at the interface is now less sensitive to electrochemical corrosion.
  • the strip is welded on one side to the bar and on the other side to the at least one strand.
  • the strip is substantially planar.
  • the bar has a flat surface in contact by welding with the flat strip.
  • the strip has a thickness of between 0.1 mm and 1 mm.
  • the strip does not surround the entire bar, in particular is in contact with the bar on one side thereof.
  • the strip does not surround the strand or strands of the cable to which it is fixed and in particular is in contact with this or these strands only along a generatrix of each strand.
  • the strand or strands of the multi-strand cable is / are made of copper, the bar is made of aluminum and the strip is made of copper or a copper alloy.
  • the strand or strands of the multi-strand cable is / are made of aluminum, the bar is made of copper, and the strip is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a sleeve of a heat-shrinkable material enveloping at least parts in contact with the multi-strand cable and the bar.
  • the strip has dimensions such that it exceeds both ends of the cable and the bar.
  • an electrical connection can be seen between a bar 4 made of a first material, here made of aluminum, and a multi-strand cable 2 comprising a plurality of strands 1 which are stripped at the end at which the bar 4.
  • the bar 4 comprises, with a view to this attachment, a portion 3 flat to which will be fixed the strands of the multi-strand cable.
  • a strip 5 of a third material here of iron or iron alloy.
  • the length and width dimensions of the strip 5 are chosen to prevent direct contact between the strands 1 and the flat part 3.
  • the thickness of the strip 5 is chosen so that it is not possible when performing the ultrasonic welding (see FIG. 2) that portions of the strip are pierced to allow contact between the bar 3 and the strands 1.
  • the strip 5 extends widely in width and length of the two lateral ends of the flat portion 3 of the bar 4 and its end in length.
  • the strip 5 may extend over a larger width than the multi-strand strands 1 as a whole.
  • FIG 3 shows a sectional view of the assembly once the weld performed.
  • Ultrasonic welding remains a surface weld, having two solder joints 8, 9 where the metals have interdiffused and recrystallized, which are located, respectively, at the junction between the bare end of the strands of the multi-strand copper cable and the upper face of the strip 5 and, secondly, at the junction between the lower face of the strip 5 and the flattened end of the aluminum bar.
  • the thickness of the strip is sufficient so that the two solder joints are distinct and do not come into contact. This lack of contact between the two welded joints is favored by the low penetration of the ultrasonic weld.
  • FIG. 4 a front sectional view is shown showing a heat-shrinkable sheath providing lateral sealing on the strip 2 and preventing the passage of water between the upper part and the strands 1 and the lower part with the bar 4.
  • FIG 5 there is shown a longitudinal section.
  • the seal is obtained by the deformation of the heat-shrinkable sheath.
  • the shape of the assembly allows the sheath to reach the edges on the strip 2 to seal.
  • a variant according to the invention provides for filling the remaining cavities 10 around the welded assembly of an insulating material of polyurethane, hot melt or other type.
  • FIG 6 there is shown a longitudinal section with a new variant of the geometry of the strip 2.
  • the strip has two front plies 11 and 12 to ensure just contact with the heat-shrinkable sheath.
  • the heat-shrunk sheath on the strip divides the assembly into two sealed insulated parts.
  • the water which reaches the upper part through the strands can not pass in the lower part in contact with the other material of the bar.
  • the strip is made in such a way that its edges are blunted and the corners rounded so as not to attack and perforate the heat-shrinkable sheath.
  • the electrochemical potential of copper is 0.52 V and the electrochemical potential of aluminum is -1.66 V.
  • the electrochemical potential of iron is about -0.44 V, which is intermediate between the electrochemical potential of copper and that of aluminum. It is also possible to choose a metal other than iron having an intermediate electrochemical potential, for example -0.57 V.
  • the materials of the cable and the strip are chosen so that they have very close electrochemical potentials, preferably with a difference between them ⁇ 0.4 V.

Landscapes

  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Assemblage formant liaison électrique comportant un barreau (4) en un premier matériau métallique, notamment en aluminium, et au moins un câble (2) multi-brins en un deuxième matériau métallique, notamment en cuivre, caractérisé en ce qu'il est prévu entre le barreau (4) et au moins un brin (1) du câble (2) multi-brins, un feuillard (5) en un troisième matériau métallique, soudé d'un côté au barreau et de l'autre au au moins un brin, le troisième matériau étant semblable au premier matériau ou en un matériau métallique dont le potentiel électrochimique est intermédiaire entre le potentiel électrochimique du premier matériau métallique et le potentiel électrochimique du deuxième matériau métallique.

Description

  • La présente invention se rapporte à un assemblage formant liaison électrique comportant un barreau en un premier matériau métallique, notamment en aluminium, et au moins un câble multi-brins en un deuxième matériau métallique, notamment en cuivre, fixé par soudure, notamment par ultrason ou par frottement, au barreau, notamment à au moins une extrémité du barreau.
  • Il s'avère que réaliser la fixation par une soudure de ce genre du câble multi-brins à une extrémité du barreau présente des difficultés qui font que la fixation tient mal notamment, par exemple, lorsque les deux éléments à fixer l'un à l'autre sont respectivement en cuivre et en aluminium.
  • La présente invention vise à surmonter les inconvénients de l'art antérieur en proposant un assemblage comme décrit précédemment, dont la fixation par soudure au niveau de l'interface entre les deux matériaux métalliques soit meilleure.
  • Suivant l'invention, il est prévu entre le barreau en un premier matériau métallique et au moins un brin du câble multi-brins en un deuxième matériau métallique, de disposer un feuillard en un troisième matériau métallique, le troisième matériau pouvant être semblable au premier matériau ou en un matériau métallique dont le potentiel électrochimique est intermédiaire entre le potentiel électrochimique du premier matériau métallique et le potentiel électrochimique du deuxième matériau métallique, le feuillard étant fixé par soudure au barreau et à un ou des brins du câble multi-brins.
  • On s'est ainsi aperçu qu'en prévoyant un tel feuillard intermédiaire entre le câble multi-brins et le barreau on améliore grandement la qualité et la résistance de la soudure, notamment à ultrasons, réalisée pour fixer le barreau au câble multi-brins.
  • La solution ainsi proposée a pour effet de s'opposer à la migration d'eau entre les brins du câble jusqu'à l'interface Cu/Al (dans les cas de brins en cuivre et d'un barreau en aluminium), provoquant la formation d'une pile électrochimique et l'oxydation de l'aluminium. La fixation au niveau de l'interface est maintenant moins sensible à la corrosion électrochimique.
  • De préférence, le feuillard est soudé d'un côté au barreau et de l'autre côté au au moins un brin.
  • De préférence, le feuillard est sensiblement plan.
  • De préférence, le barreau comporte une surface plane en contact par soudure avec le feuillard plan.
  • Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le feuillard a une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
  • De préférence, le feuillard n'entoure pas la totalité du barreau, notamment n'est en contact avec le barreau que sur une face de celui-ci.
  • De préférence, le feuillard n'entoure pas le ou les brins du câble au(x)quel(s) il est fixé et notamment n'est en contact avec ce ou ces brins que le long d'une génératrice de chaque brin.
  • Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le ou les brins du câble multi-brins est/sont en cuivre, le barreau est en aluminium et le feuillard est en cuivre ou en un alliage de cuivre.
  • Suivant un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le ou les brins du câble multi-brins est/sont en aluminium, le barreau est en cuivre, et le feuillard est en aluminium ou en un alliage d'aluminium.
  • Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu un manchon en un matériau thermo rétractable enveloppant au moins des parties en contact du câble multi-brins et du barreau.
  • Suivant un autre mode de réalisation possible de l'invention, il est prévu un surmoulage enveloppant au moins des parties en contact du câble multi-brins et du barreau.
  • Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le feuillard a des dimensions telles qu'il dépasse à la fois des extrémités du câble et du barreau.
  • On décrit maintenant à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention en se reportant aux dessins, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue d'ensemble d'un assemblage mis en place avant la soudure d'un barreau et d'un câble multi-brins ;
    • la figure 2 est une vue en coupe de l'assemblage de la figure 1 pendant la phase de soudure ;
    • la figure 3 est une vue en coupe de l'assemblage à l'état soudé ; et
    • les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe de l'assemblage recouvert par une gaine en un matériau thermo rétractable.
  • A la figure 1, on peut voir un assemblage formant liaison électrique entre un barreau 4 en un premier matériau, ici en aluminium, et un câble 2 multi-brins comportant une pluralité de brins 1 qui sont dénudés au niveau de l'extrémité à laquelle va être fixé le barreau 4. Le barreau 4 comporte, en vue de cette fixation, une partie 3 méplate à laquelle vont être fixés les brins du câble multi-brins.
  • Entre les brins 1 du câble 2 multi-brins et la partie 3 méplate du barreau 4 rigide, de préférence, il est disposé un feuillard 5 en un troisième matériau, ici en fer ou en alliage de fer. Les dimensions en longueur et largeur du feuillard 5 sont choisies pour empêcher un contact direct entre les brins 1 et la partie 3 méplate.
  • En outre, on choisit l'épaisseur du feuillard 5 de telle manière qu'il n'est pas possible lors de la réalisation de la soudure par ultrasons (voir figure 2) que des parties du feuillard soient percées pour permettre un contact entre le barreau 3 et les brins 1. Comme on peut le voir à la figure 1, le feuillard 5 déborde largement en largeur et en longueur des deux extrémités latérales de la partie méplate 3 du barreau 4 ainsi que de son extrémité en longueur. De même, suivant une variante de l'invention, le feuillard 5 peut s'étendre sur une plus grande largeur que les brins 1 multi-brins dans leur ensemble.
  • A la figure 2, on voit une vue en coupe de l'assemblage pendant la phase de réalisation de la soudure par l'intermédiaire d'une sonotrode. L'extrémité dénudée des brins 1 du câble multi-brins en cuivre est placée sous la sonotrode 6 de la machine de soudure à ultrasons, tandis que l'extrémité aplatie 3 du barreau d'aluminium est placée contre l'enclume 7 de la machine de soudure à ultrasons. Les ultrasons sont introduits horizontalement par la sonotrode 6. La sonotrode 6 exerce aussi sur l'ensemble des trois éléments (barreau, feuillard et brins) à souder un effort statique vertical. L'enclume 7 joue son rôle en exerçant un contre effort qui permet de répercuter la pression exercée par la sonotrode sur les trois éléments à souder. Lorsque cette pression est suffisante pour entrer dans le domaine de déformation plastique des trois éléments à souder ensemble, la soudure se produit. Les ultrasons sont là pour chauffer les pièces et les ramollir, c'est-à-dire réduire l'effort nécessaire à leur déformation plastique.
  • La figure 3 représente une vue en coupe de l'assemblage une fois la soudure réalisée. La soudure à ultrasons reste une soudure de surface, ayant deux joints de soudure 8, 9 où les métaux ont interdiffusé et recristallisé, qui sont situées, respectivement, à la jonction entre l'extrémité dénudée des brins du câble multi-brins en cuivre et la face supérieure du feuillard 5 et, d'autre part, à la jonction entre la face inférieure du feuillard 5 et l'extrémité aplatie du barreau en aluminium. L'épaisseur du feuillard est suffisante pour que les deux joints de soudure soient distincts et n'entrent pas en contact. Cette absence de contact entre les deux joints soudés est favorisée par la faible pénétration de la soudure à ultrasons.
  • A la figure 4, on voit une vue en coupe frontale qui montre une gaine thermo-rétractable assurant l'étanchéité latérale sur le feuillard 2 et interdisant le passage d'eau entre la partie supérieure avec les brins 1 et la partie inférieure avec le barreau 4.
  • A la figure 5, il est représenté une coupe longitudinale. L'étanchéité est obtenue par la déformation de la gaine thermo-rétractable. La forme de l'ensemble permet à la gaine d'atteindre les arêtes sur le feuillard 2 pour assurer l'étanchéité. Pour assurer l'étanchéité avec la gaine thermo-rétractable, une variante suivant l'invention prévoit de remplir les cavités 10 restantes autour de l'ensemble soudé d'une matière isolante de type polyuréthane, hot melt ou autre.
  • Enfin, à la figure 6, il est présenté une coupe longitudinale avec une nouvelle variante de la géométrie du feuillard 2. Cette fois, le feuillard présente deux plis frontaux 11 et 12 pour assurer simplement le contact avec la gaine thermo-rétractable. La gaine thermo-rétractée sur le feuillard divise l'ensemble en deux parties isolées étanches. L'eau qui parviendrait dans la partie supérieure à travers les brins ne peut pas passer dans la partie inférieure en contact avec l'autre matière du barreau. Le feuillard est réalisé de manière que ses arêtes soient émoussées et les angles arrondis pour ne pas agresser et perforer la gaine thermo-rétractable.
  • On a ici réalisé le barreau en aluminium, les brins du câble multi-brins en cuivre et le feuillard en fer ou en alliage de fer. Le potentiel électrochimique du cuivre est de 0,52 V et le potentiel électrochimique de l'aluminium est de -1,66 V. Le potentiel électrochimique du fer est d'environ -0,44 V, qui est intermédiaire entre le potentiel électrochimique du cuivre et celui de l'aluminium. On pourrait également choisir un métal autre que le fer ayant un potentiel électrochimique intermédiaire, par exemple -0,57 V. De préférence, les matériaux du câble et du feuillard sont choisis de sorte qu'ils aient des potentiels électrochimiques très proches, de préférence avec une différence entre eux < 0,4 V.

Claims (13)

  1. Assemblage formant liaison électrique comportant un barreau (4) en un premier matériau métallique, notamment en aluminium, et au moins un câble (2) multi-brins en un deuxième matériau métallique, notamment en cuivre, caractérisé en ce qu'il est prévu entre le barreau (4) et au moins un brin (1) du câble (2) multi-brins, un feuillard (5) en un troisième matériau métallique, le troisième matériau étant semblable au premier matériau ou en un matériau métallique dont le potentiel électrochimique est intermédiaire entre le potentiel électrochimique du premier matériau métallique et le potentiel électrochimique du deuxième matériau métallique, le feuillard étant fixé par soudure au barreau et à un ou des brins du câble multi-brins.
  2. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le feuillard est soudé d'un côté au barreau et de l'autre au au moins un brin.
  3. Assemblage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les soudures sont des soudures à ultrason, par friction ou analogue.
  4. Assemblage suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce le feuillard (5) a une épaisseur comprise entre 0,025 mm et 2 mm, notamment entre 0,1 mm et 1 mm.
  5. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble (2) multi-brins est en cuivre, le barreau (4) est en aluminium et le feuillard (5) est en cuivre ou en un alliage de cuivre ou en un alliage ayant un potentiel chimique intermédiaire entre le cuivre et l'aluminium.
  6. Assemblage suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le câble multi-brins est en aluminium, le barreau est en cuivre, et le feuillard est en aluminium ou en un alliage d'aluminium ou en un alliage ayant un potentiel chimique intermédiaire entre le cuivre et l'aluminium.
  7. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un manchon en un matériau thermo rétractable enveloppant au moins les parties du câble multi-brins et du barreau, en contact avec le feuillard.
  8. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un surmoulage enveloppant au moins les parties du câble multi-brins et du barreau, en contact avec le feuillard.
  9. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard a des dimensions telles qu'il dépasse à la fois des extrémités du câble et du barreau.
  10. Assemblage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que tous les brins du câble multi-brins sont soudés au feuillard.
  11. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard est plan.
  12. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barreau comporte une surface plane soudée au feuillard.
  13. Assemblage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le feuillard n'entoure pas le barreau ni le ou les brins auxquels il est soudé.
EP07291201A 2006-10-03 2007-10-03 Assemblage barreau-brins de conducteur à feuillard intercalé Withdrawn EP1909361A1 (fr)

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