FR2500955A1 - Contact electrique de longue duree et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES CONTACTS ELECTRIQUES PEU COUTEUX, DE LONGUE DUREE ET FIABLES. SELON L'INVENTION, LA SURVACE DE CONTACT 11 EST FORMEE PAR DES GRAINS FRITTES 13 D'UN METAL RELATIVEMENT PEU COUTEUX, TEL QUE LE CUIVRE. UN FLUIDE RETARDATEUR DE CORROSION 14 IMPREGNE LA MATIERE ET REMPLIT LES CAVITES DELIMITEES ENTRE LES GRAINS FRITTES. LORSQUE LA SURFACE 11 S'USE, DE NOUVEAUX GRAINS APPARAISSENT ET DE NOUVELLES POCHES DE FLUIDE SONT DISPONIBLES. LE CONTACT EST FABRIQUE PAR FRITTAGE ET IMPREGNATION. APPLICATION A LA FABRICATION DES CONTACTS POUR RELAIS, CONTACTEURS ET MOTEURS.
Description
La présente invention concerne un contact électri-
que perfectionné, du type habituellement utilisé dans les
relais de commutation et d'autres dispositifs analogues.
Bien que les contacts électriques de ce type puissent avoir des configurations très différentes, ils possèdent souvent une surface de contact permettant une coopération répétéee
avec un élément conducteur qui donne une condition de ferme-
ture ou d'ouverture.
Etant donné leur conductivité et leur résistance à l'oxydation et à la corrosion qui sont relativement bonnes, on a utilisé une classe de métaux précieux comprenant l'or, l'argent et le platine pour la formation de nombreux contacts électriques. Etant donné que le coût de ces métaux précieux a augmenté cependant, on a mis au point et utilisé un contact bimétallique. Un tel contact est souvent formé par utilisation d'un métal précieux pour la formation de la surface de contact ou de coopération, et d'un métal moins coûteux, tel que le cuivre, pour le reste du contact, notamment la tige utilisée
pour le maintien en place du contact.
Plus récemment, l'augmentation du coût des métaux
précieux a rendu peu intéressante au point de vue de la ren-
tabilité leur utilisation même pour la formation de la seule surface de contact d'un contact électrique, dans de nombreuses
applications. Cependant, les essais de fabrication d'un con-
tact électrique de haute qualité entièrement formé de cuivre
ou d'autres métaux très conducteurs et relativement peu coû-
teux, pose souvent de nombreux autres problèmes. Par exemple,
le cuivre et d'autres métaux analogues, lorsqu'ils sont ex-
posés à l'air ambiant, ont tendance à former des oxydes rela-
tivement rapidement. Ces oxydes, comme ils sont relativement mauvais conducteurs, ont tendance à former une couche isolante entre la surface de contact du contact électrique et l'élément conducteur qui est destiné à coopérer avec elle de façon répétée. On a déjà appliqué un lubrifiant retardateur de corrosion à la surface de coopération du contact électrique afin de réduire au minimum la formation d'oxyde. Bien que
cette disposition se soit révélée utile dans certaines appli-
cations, ces lubrifiants ne sont pas totalement efficaces
dans tous les cas. Par exemple, dans de nombreuses condi-
tions de fonctionnement, le lubrifiant a tendance à être essuyé après coopération répétée avec l'élément conducteur.
La croissance de l'oxyde peut alors se poursuivre sans ob-
stacle. L'invention remédie aux nombreux inconvénients présentés par les contacts connus et concerne un contact
électrique perfectionné qui est peu coûteux, qui a cepen-
dant une durée relativement longue, qui présente des carac-
téristiques fiables et dont le montage est commode. L'in-
vention concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel
contact électrique perfectionné.
Plus précisément, l'invention concerne un contact électrique qui a une surface de contact ou de coopération destinée à venir de façon répétée en coopération avec un élément conducteur. La surface de contact est relativement poreuse et se caractérise par la présence de poches ou de cavités. Dans un mode de réalisation, la surface de contact est formée par frittage de particules conductrices destinées
à constituer une surface caractérisée par de nombreuses pro-
tubérances qui jouent le rôle de points d'application de
pression assurant un contact électrique fiable avec l'élé-
ment conducteur. Selon une autre caractéristique de l'inven-
tion, des cavités contiennent un lubrifiant retardateur de corrosion et extincteur d'arc destiné à passer des cavités
à la surface de contact lorsque les protubérances de la sur-
face de contact sont arrachées ou s'usent du fait du contact
répété avec l'élément conducteur. En conséquence, le lubri-
fiant est appliqué automatiquement à la surface de contact, pratiquement dès qu'il est nécessaire, et il contribue-à l'extinction des arcs et à l'inhibition de la formation d'une couche d'oxyde qui ne peut donc pas interrompre le trajet conducteur formé entre la surface de contact et l'élément conducteur. Le contact électrique perfectionné peut être fabriqué par immersion d'un contact dans un lubrifiant retardateur de corrosion, et par exposition du contact à des pressions suffisamment différentes de la pression atmosphérique pour que l'air des cavités du contact poreux soit pratiquement
S remplacé par le lubrifiant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,
faite en référence au dessin annexé sur lequel
la figure 1 est une perspective d'un mode de ré-
alisation de contact électrique selon l'invention; la figure 2 est une coupe très agrandie d'une partie du contact électrique de la figure 1, suivant la ligne 2-2, représentant une surface de contact caractérisée par des cavités; la figure 2A représente la même partie du contact
électrique de la figure 2, dans laquelle le lubrifiant rem-
plit pratiquement les cavités formées dans la surface de contact; la figure 2B représente la même partie de contact électrique que la figure 2A, lorsqu'une portion a été retirée par usure du fait d'une utilisation répétée; la figure 3 est une perspective simplifiée, avec
des parties arrachées, d'un commutateur électrique en posi-
tion de fermeture et comprenant le contact de la figure 1; la figure 4 représente le même commutateur que la figure 3, en position d'ouverture; et la figure 5 est un diagramme synoptique représentant les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication
du contact électrique de la figure 1.
On se réfère maintenant aux figures et notamment à la figure 1 qui représente un contact électrique 10, dans
un mode de réalisation avantageux. Plus précisément, le con-
tact 10 a une tige 15 qui porte une surface 11 de contact, cette dernière étant décrite plus en détail dans la suite
du présent mémoire.
Dans ce mode de réalisation, la tige 15 et la sur-
face de contact 11 sont toutes deux formées d'un métal con-
ducteur tel que le cuivre. Dans une variante, celui-ci peut être allié à un agent de durcissement tel que l'indium, le cobalt, le titane, etc. Dans tous les cas, le contact électrique 10 n'est pas obligatoirement formé d'un métal précieux choisi dans la classe qui comprend l'or, l'argent et le platine, bien que l'homme du métier puissent aussi les choisir. Etant donné le coût relativement élevé de ces métaux précieux, la fabrication du contact électrique 10 à partir de matières autres que les métaux précieux peut permettre
des économies importantes dans la fabrication.
On se réfère maintenant à la figure 2 qui repré-
sente schématiquement, sous forme très agrandie, une por-
tion du contact 10, constituant une partie de la surface de contact 11. Le contact 10 est de préférence formée par frittage de particules ou grains individuels 13 deune poudre de cuivre. Des points hauts ou protubérances, constitués
par les grains frittés 13, caractérisent la surface.de con-
tact 11.
L'opération de frittage peut être réalisée de toute manière convenable, notamment 1) par compression de la poudre de cuivre afin que de la chaleur soit dégagée intérieurement en quantité suffisante pour qu'elle provoque une liaison,
2) par cuisson suffisante de la poudre pour qu'elle soit.
liée, ou 3) par combinaison d'opérations de compression et de cuisson. Ce processus de frittage donne couramment un
contact poreux 10 caractérisé par des poches ou cavités por-
tant la référence 12. La dimension des cavités 12 et la poro-
sité du contact 10 peuvent être réglées d'après la dimension granulaire, la pression de frittage et/ou la température de cuisson. Dans un mode de réalisation particulier, les dimensions des grains sont classées entre 0, 044 et 0,149 mm, un exemple de granulométrie étant le suivant plus de 0, 149 mm: 1 % entre 0,105 et 0,149 mm: 9,6 %
entre 0,074 et 0,105 mm: 22,4 % -
entre 0,044 et 0,074 mm: 25,4 %
moins de 0,044 mm: 42,5 % -
On peut utiliser des pressions de 13500 à 18000 bars et des températures de cuisson de 840 à 8850C. On obtient ainsi avantageusement un contact 10 dont 70 à 80 % du volume sont
formés de grains 13, le reste étant constitué par les cavi-
tés 12. Evidemment, les techniques et procédés de fabrica- tion décrits précédemment, ainsi que les paramètres indiqués
en référence, ne sont pas limitatifs, la portée de l'inven-
tion n'étant limitée que par les revendications.
On note sur la figure 2A que la surface 11 de contact
n'est pas lisse mais comporte en réalité des pics ou protubé-
rances, délimités par la couche supérieure des grains 13.
Ces protubérances forment avantageusement des points ou zones de pression élevée lors de la coopération avec un élément de contact. Ce phénomène assure à son tour un bon contact électrique entre l'élément de contact et la surface 11 de
contact et représente un perfectionnement important par rap-
port aux surfaces relativement plates de contact utilisées
jusqu'à présent dans ces contacts.
On considère maintenant une autre caractéristique de l'invention, apparaissant sur la figure 2A sur laquelle des cavités 12 formées dans le contact 10 sont imprégnées d'un fluide retardateur de corrosion. Ce fluide peut être tout lubrifiant convenable disponible dans le commerce, tel que "Cramolin" vendu par Kaig Laboratories. Le fluide 14 qui peut être maintenu dans les cavités 12 par la tension superficielle, peut aussi recouvrir la couche supérieure
des grains 13, y compris les protubérances qu'ils forment.
La coopération répétée de la surface 11 du contact
avec un élément conducteur a tendance à enlever par essu-
yage le fluide 14 appliqué à l'origine à la couche supérieure de grains 13 formant la surface 11 de contact. En outre, cette coopération répétée a tendance à casser progressivement ou user les protubérances qui dépassent de la surface originale 11 de contact si bien qu'une nouvelle surface de contact 11a représentée sur la figure 2B est formée. Dans ce cas cependant, les cavités non exposées jusqu'à présent à la surface 11, sont exposées à la nouvelle surface lia. Le
fluide 14 contenu par ces cavités peut alors s'échapper li-
brement sur la surface lia de contact. De cette manière, le fluide 14 est appliqué automatiquement à nouveau sur
la surface de contact lia. Ainsi, la corrosion de la sur-
face 11 de contact ou de la surface lia, le cas échéant,
est notablement retardée.
Les figures 3 et 4 représentent un exemple simpli-
fié de commutateur électrique 20 qui constitue l'une des nombreuses applications du contact 10. La figure 3 représente l'état de fermeture du commutateur 20 alors que la figure 4 représente l'état d'ouverture. Le commutateur 20 a un bottier 21 ayant une paroi supérieure 23 et deux parois latérales 24, 25. Une ouverture 22 formée dans la paroi supérieure
23 loge un bouton-poussoir 30. Celui-ci commande par l'in-
termédiaire d'un organe 31 rappelé élastiquement, un organe de manoeuvre, conducteur de l'électricité. Un contact électrique 10 est monté à une première extrémité de l'organe
de manoeuvre 40.
Deux éléments conducteurs de l'électricité 41, 42, formant des bornes, sont disposés dans chacune des parois latérales 24, 25 du commutateur 20 et dépassent à l'intérieur
du boîtier 21. L'élément 41 est en connexion électrique perma-
nente avec l'organe 40 de manoeuvre par l'intermédiaire d'une bande 44 de connexion électrique. Dans l'état de fermeture
de la figure 3, l'élément 42 coopère avec la surface du con-
tact 10. En conséquence, l'élément 42 est électriquement
relié à l'élément 41 par le contact 10, l'organe 40 de manoeu-
vre et la bande 44. Dans l'état de fermeture de la figure cependant, la surface du contact 10 s'est déplacée à dis- tance de l'élément 42 si bien que le circuit électrique est
interrompu entre les éléments 42 et 41.
Il apparaît sur les figures 3 et 4 que la transi-
tion entre les conditions de fermeture et d'ouverture ou
inversement est assurée simplement par enfoncement du bouton-
poussoir 30 qui provoque un déplacement de l'organe 40 de manoeuvre, avec le contact 10 qui y est fixé, vers le haut ou vers le bas. La surface de coopération du contact 10 peut ainsi venir de façon répétée au contact de l'élément 42. Il faut cependant noter que cette mise en coopération répétée peut avoir lieu non seulement par déplacement du contact 10 comme représenté dans ce mode de réalisation, mais aussi par déplacement de l'élément 42 ou par toute autre
opération mécanique donnant le résultat voulu.
La figure 5 représente schématiquement, sous forme
d'un diagramme synoptique, un procédé de fabrication du con-
tact 10. En particulier, un ou plusieurs contacts frittés du type décrit précédemment (de préférence des centaines ou des milliers) sont placés dans un récipient tel qu'un flacon sous vide (non représenté). Dans une opération de trempage (représentée par le rectangle 51), les contacts sont nettoyés et/ou dégraissés. Par exemple, ils peuvent être trempés dans du trichloréthane ou un solvant analogue de nettoyage ou de dégraissage, à une température d'environ
'C, pendant 2 h environ.
On utilise alors une opération de décantation re-
présentée par le rectangle 52. Dans cette opération, le sol-
vant est chassé et une pression absolue de 0,3 bar environ est maintenue pendant 2 h environ, à une température de 80'C
environ. Une opération d'imprégnation 53 suit la décantation.
Pendant l'imprégnation, la pression de 0,3 bar environ est maintenue et le fluide retardateur de corrosion, chauffé à environ 930C, est introduit. Les contacts restent immergés
dans le lubrifiant à cette pression pendant 2 h environ.
Etant donné la pression régnant dans le flacon sous vide, le fluide est aspiré dans le contact poreux 10, dans les
cavités 12, si bien que l'air contenu à l'origine y est no-
tablement remplacé.
Comme l'indique l'opération d'égouttage représen-
tée par le rectangle 54, les contacts sont retirés du flacon
sous vide après imprégnation (et de préférence après décan-
tation de l'excès de fluide) et sont placés dans un panier métallique souple ou analogue afin qu'ils s'égouttent. Cet égouttage est de préférence effectué à température ambiante
environ pendant 24 h environ.
8- Les contacts fabriqués par ce procédé non seulement
sont peu coûteux et retardent la corrosion, mais encore pré-
sentent de nombreux autres avantages, notamment ceux d'empê-
cher la formation des oxydes et des sulfures et d'assurer l'extinction des arcs. En outre, ces contacts permettent la commande fiable-de charges de faible intensité, par exemple de relais, d'électro-aimants, de contacteurs, de moteurs ou analogue, par des dispositifs de commutation n'utilisant
pas de métaux précieux.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments
constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.
1. prend
Claims (12)
- REVENDICATIONSContact électrique, caractérisé en ce qu'il com-une surface de contact (11) destinée à coopérer de façon répétée avec un élément conducteur et délimitée par des grains (13) d'une matière conductrice de l'électricité, plusieurs cavités (12) délimitées par les grains (13), et un fluide retardateur de corrosion (14) placé dans au moins certaines des cavités (12) et destiné à passer des cavités à la surface de contact lorsque celle-ci s'érodeaprès coopération répétée avec l'élément conducteur.
- 2. Contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de contact (11) est formée par frittagedes grains (13).
- 3. Contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide (14) est placé dans les cavités (12) par imprégnation sous
- 4. Contact ce que le fluide I par des forces de
- 5. Contact ce que les grains n'appartenant pas
- 6. Contact ce que la surface vide. selon la revendication 1, caractérisé en [14) est maintenu dans les cavités (12)tension superficielle.selon la revendication 1, caractérisé en (13) sont formés d'un métal conducteurà la classe des métaux précieux.selon la revendication 1, caractérisé en de contact (11) est délimitée par des gré iins(13) de cuivre allié à un agent de durcissement.
- 7. Contact électrique, du type qui comprend une surface de contact (11) destinée à être en coopération répétée avec un élément conducteur et délimitée par les grains frittés (13) d'une matière conductrice de l'électricité, ladite surface de contact (11) étant caractérisée en ce qu'elle comporte des protubérances délimitées par les grains (13), et l'élément conducteur est destiné à coopérer avec la surface de contact au niveau des protubérances si bien que celles-ci forment des points de compression qui assurentune conduction électrique importante entre l'élément con-ducteur et la surface de contact.
- 8. Contact selon la revendication 7, caractérisé en ce que les grains (13) délimitent en outre des cavités (12) formées dans le contact si bien que, après érosion de lasurface de contact (11), de nouvelles protubérances se for-ment et assurent une conduction électrique importante entrel'élément conducteur et la surface de contact.
- 9. Procédé de fabrication d'un contact électrique (10), caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un contact électrique (10) délimitant plusieurs cavités (12),l'immersion du contact (10) dans un fluide retarda-teur de corrosion (14), et l'exposition du contact électrique (10) à despressions suffisamment différentes de la pression atmosphé-rique pour que l'air descavités soit pratiquement remplacépar le fluide.
- 10. Procédé de fabrication d'un contact électrique, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un contact électrique (10) ayant une surface frittée (11) et délimitant des cavités (12),l'immersion du contact (10) dans un fluide retar-dateur de corrosion (14), etl'exposition du contact électrique (10) à une dé-pression importante de manière que l'air des cavités soitpratiquement remplacé par le fluide.
- 11. Procédé de fabrication d'un contact électrique, caractérisé en ce qu'il comprendla formation d'un contact électrique (10) délimi-tant plusieurs cavités (12), le trempage du contact électrique (10) dans un solvant, la séparation du solvant par décantation, l'immersion du contact dans un fluide retardateur de corrosion (14),l'exposition du contact électrique (10) à une dé-pression importante de manière que l'air présent dans les cavités soit pratiquement remplacé par le fluide (14), etla séparation de l'excès de fluide par décantation.
- 12. Procédé de fabrication d'un contact électrique, caractérisé en ce qu'il comprendla formation d'un contact électrique (10) délimi-tant des cavités (12), la disposition du contact électrique (10) dans un récipient qui peut être fermé de manière étanche,la disposition d'un fluide retardateur de corro-sion (14) dans le récipient et l'immersion du contact dans ce fluide,l'extraction pratiquement totale de l'air du réci-pient afin que l'air des cavités (12) soit pratiquement rem-placé par le fluide (14), etl'enlèvement de l'excès de fluide (14) du récipient.
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