FR2614143A1

FR2614143A1 - METHOD FOR RIGID FIXATION OF A METAL PART ON A THERMOPLASTIC SUPPORT AND ELECTRICAL CONTACT IN METAL AND THERMOPLASTIC

Info

Publication number: FR2614143A1
Application number: FR8705657A
Authority: FR
Inventors: Pierre Vincent
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1987-04-17
Filing date: 1987-04-17
Publication date: 1988-10-21
Anticipated expiration: 2007-04-17
Also published as: EP0287423B1; DE3886580T2; ES2049261T3; FR2614143B1; DE3886580D1; EP0287423A1

Abstract

UNE PIECE METALLIQUE 14 EST LOGEE DANS UNE ENCOCHE MENAGEE DANS UN SUPPORT EN UN MATERIAU THERMOPLASTIQUE 12, ET L'ENSEMBLE EST ASSEMBLE EN CHAUFFANT LA PIECE METALLIQUE 14 PAR EXEMPLE, SUR UNE MACHINE A SOUDER PAR RESISTANCE. LE CHAUFFAGE DE LA PIECE METALLIQUE 14 PROVOQUE UNE FUSION LOCALE DE LA MATIERE THERMOPLASTIQUE QUI ENROBE LA PIECE METALLIQUE 14 ET REALISE UNE FIXATION PAR INCRUSTATION. LA DUREE DE CHAUFFAGE ET LA PRESSION DE SERRAGE DES PIECES A ASSEMBLER SONT DETERMINEES EN FONCTION DE LA NATURE ET DES DIMENSIONS DES MATERIAUX A ASSEMBLER. L'INVENTION EST EGALEMENT RELATIVE A UN CONTACT ELECTRIQUE REALISE SELON CE PROCEDE.A METAL PART 14 IS LOCKED IN A NOTCH CARRIED OUT IN A SUPPORT MADE OF A THERMOPLASTIC MATERIAL 12, AND THE ASSEMBLY IS ASSEMBLED BY HEATING THE METAL PART 14 FOR EXAMPLE, ON A RESISTANCE WELDING MACHINE. THE HEATING OF THE METAL PART 14 CAUSES A LOCAL FUSION OF THE THERMOPLASTIC MATERIAL WHICH COVERS THE METAL PART 14 AND ACHIEVES A FASTENING BY INCH. THE HEATING DURATION AND THE TIGHTENING PRESSURE OF THE PARTS TO BE ASSEMBLED ARE DETERMINED BY THE NATURE AND DIMENSIONS OF THE MATERIALS TO BE ASSEMBLED. THE INVENTION IS ALSO RELATIVE TO AN ELECTRICAL CONTACT MADE ACCORDING TO THIS PROCESS.

Description

PROCEDE DE FIXATION RIGIDE D'UNE PIECE METALLIQUE SUR UN SUPPORTMETHOD FOR RIGID FIXING OF A METAL PART ON A SUPPORT

THERMOPLASTIQUE ET CONTACT ELECTRIQUE EN METAL ET EN THERMOPLASTIC AND ELECTRICAL CONTACT IN METAL AND

THERMOPLASTIQUE.THERMOPLASTIC.

L'invention est relative à un procédé de fixation rigide d'une pièce métallique aplatie sur un support thermoplastique, notamment d'un contact électrique basse tension sur un bras de contact en matière plastique, dans lequel le support thermoplastique présente une encoche d'insertion à plat et sans The invention relates to a method of rigid fixing of a flattened metal part on a thermoplastic support, in particular of a low voltage electrical contact on a plastic contact arm, in which the thermoplastic support has an insertion notch flat and without

jeu de l'extrémité de la pièce métallique. end play of the metal part.

Pour allier les avantages des pièces métalliques, notamment de solidité et de conduction électrique avec ceux des pièces thermoplastiques, notamment d'isolation électrique et de facilité de moulage, on a été amené à créer des assemblages rigides pour constituer une pièce monobloc en métal et en thermoplastique. Les procédés connus de fixation font appel soit au collage ou surmoulage, soit à la soudure aux ultra sons. La manipulation des colles et des adhésifs est délicate et elle nécessite des installations compliquées et coûteuses. Le surmoulage nécessite des moules spéciaux permettant l'introduction de la pièce métallique à l'intérieur du moule, ce qui complique l'opération de moulage de la pièce thermoplastique. La soudure aux ultra sons engendre des vibrations préjudiciables aux pièces voisines et aux états des surfaces. La présente invention a pour objet un procédé de fixation rigide utilisant des outils standards et assurant un To combine the advantages of metal parts, in particular of solidity and electrical conduction with those of thermoplastic parts, in particular of electrical insulation and ease of molding, we have been led to create rigid assemblies to constitute a single piece of metal and thermoplastic. The known fixing methods use either bonding or overmolding, or ultrasonic welding. The handling of glues and adhesives is delicate and it requires complicated and expensive installations. Overmolding requires special molds allowing the introduction of the metal part inside the mold, which complicates the molding operation of the thermoplastic part. Welding using ultrasound generates vibrations which are detrimental to neighboring parts and to surface conditions. The subject of the present invention is a rigid fixing method using standard tools and ensuring a

positionnement parfait des deux pièces. perfect positioning of the two parts.

Le procédé de fixation selon l'invention est caractérisé en ce qu'on chauffe la pièce métallique après son insertion dans l'encoche pour l'incruster dans le support thermoplastique en provoquant une surfusion locale du matériau thermoplastique et The fixing method according to the invention is characterized in that the metal part is heated after its insertion into the notch in order to embed it in the thermoplastic support by causing a local supercooling of the thermoplastic material and

une fixation rigide.rigid fixing.

La surfusion du matériau thermoplastique est obtenue en chauffant par effet Joule, la pièce métallique à l'aide d'une machine à souder par résistance. Cette surfusion est maîtrisée par le règlage de l'amplitude du courant et du temps de passage à travers la pièce métallique et éventuellement par la pression de serrage des deux pièces. Il est également possible d'utiliser une soudeuse à décharge capacitive. La très bonne liaison mécanique entre les deux pièces est obtenue grâce à la fusion localisée du matériau thermoplastique sur toute la périphérie de la pièce métallique insérée dans l'encoche. La légère pénétration de la pièce métallique dans le support thermoplastique provoque une remontée du thermoplastique en fusion qui colmate tous les interstices entre la pièce métallique et l'encoche pour obtenir un assemblage comparable à un surmoulage. Les deux pièces peuvent être parfaitement positionées l'une par rapport à l'autre sur la machine à souder, par exemple à l'aide de cales ou de vérins de serrage, The supercooling of the thermoplastic material is obtained by heating the metal part by Joule effect using a resistance welding machine. This supercooling is controlled by adjusting the amplitude of the current and the time of passage through the metal part and possibly by the clamping pressure of the two parts. It is also possible to use a capacitive discharge welder. The very good mechanical connection between the two parts is obtained thanks to the localized melting of the thermoplastic material over the entire periphery of the metal part inserted in the notch. The slight penetration of the metal part into the thermoplastic support causes a rise in the molten thermoplastic which clogs all the interstices between the metal part and the notch to obtain an assembly comparable to an overmolding. The two parts can be perfectly positioned relative to each other on the welding machine, for example using shims or clamping cylinders,

préalablement à l'opération de fixation ou de soudage. prior to the fixing or welding operation.

Selon un développemnt important de l'invention, l'opération d'incrustation est combinée au soudage d'un conducteur sur la pièce métallique, ce soudage étant réalisé par la machine à souder pendant le chauffage de la pièce métallique réalisant l'incrustation. Dans l'application préférentielle du procédé selon l'invention à la fabrication de contacts électriques, notamment des contacts mobiles d'appareils de coupure de courant basse tension, le conducteur électrique peut être une tresse souple de connexion. Le soudage de cette tresse est réalisé en appliquant l'extrémité à souder sur la face libre de la pièce métallique en l'insérant entre cette pièce et l'électrode de soudage. Pour améliorer la qualité du contact électrique entre les électrodes de la machine à souder et la pièce métallique, il est avantageux d'utiliser des pastilles de contact ayant une faible résistivité et une forte tenue à l'érosion telles que des pastilles en molybdène ou en carbure de tungstène. Le procédé de fixation selon l'invention peut être facilement automatisé et According to an important development of the invention, the inlaying operation is combined with the welding of a conductor on the metal part, this welding being carried out by the welding machine during the heating of the metal part carrying out the inlaying. In the preferred application of the method according to the invention to the manufacture of electrical contacts, in particular movable contacts of low voltage current cut-off devices, the electrical conductor can be a flexible connection braid. The welding of this braid is carried out by applying the end to be welded to the free face of the metal part by inserting it between this part and the welding electrode. To improve the quality of the electrical contact between the electrodes of the welding machine and the metal part, it is advantageous to use contact pads having a low resistivity and a high resistance to erosion such as pellets made of molybdenum or of tungsten carbonate. The fixing method according to the invention can be easily automated and

la fixation est définitive dès la fin de l'opération de soudage. fixing is final at the end of the welding operation.

L'invention est également relative à un contact électrique fabriqué selon le procédé inventif, ce contact étant par exemple, le contact mobile d'un disjoncteur électrique basse tension. Le support thermoplastique présente l'avantage d'une isolation électrique du contact électrique et une facilité de The invention also relates to an electrical contact manufactured according to the inventive method, this contact being for example, the movable contact of a low voltage electrical circuit breaker. The thermoplastic support has the advantage of electrical insulation from the electrical contact and ease of

choix des formes due au moulage de cette pièce thermoplastique. choice of shapes due to the molding of this thermoplastic part.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus Other advantages and features will emerge more

clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en clearly from the following description of a mode of implementation

oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en plan d'un contact électrique selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation de la machine à souder pendant la phase de soudage du contact selon la figure 1; - la figure 3 est une vue de côté du contact selon la figure 1; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 montrant les pièces avant leur assemblage, le support thermoplastique work of the invention given by way of nonlimiting example and shown in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic plan view of an electrical contact according to the invention; - Figure 2 is an elevational view of the welding machine during the contact welding phase according to Figure 1; - Figure 3 is a side view of the contact according to Figure 1; - Figure 4 is a view similar to that of Figure 3 showing the parts before their assembly, the thermoplastic support

étant représenté en coupe.being shown in section.

Sur les figures, un contact électrique 10, notamment le contact mobile d'un disjoncteur électrique, est constitué par un support 12 en un matériau thermoplastique moulé et une pièce métallique 14. La pièce métallique 14 de forme aplatie et allongée est assemblée par l'une 16 de ses extrémités au support thermoplastique 12 tandis que l'extrémité opposée 18 porte une pastille de contact 20 susceptible de coopérer avec un contact fixe en position de fermeture de l'appareil de coupure. Le contact électrique 10 est monté à pivotement sur un axe 22 traversant perpendiculairement le support thermoplastique 12 de forme aplatie et allongée. A la pièce métallique 14 est soudée une tresse 24 de connexion électrique. La pièce métallique 14 s'étend dans le prolongement du support thermoplastique 12 et son extrémité 16 est insérée dans une encoche 26 ménagée dans le support 12. Un tel contact électrique est bien connu en soi, et il est inutile de le décrire plus en détail. La fixation de la pièce métallique 14 sur le support thermoplastique 12 est réalisée selon l'invention par chauffage de la pièce métallique 14 de manière à provoquer une surfusion du matériau thermoplastique et In the figures, an electrical contact 10, in particular the movable contact of an electrical circuit breaker, consists of a support 12 made of a molded thermoplastic material and a metal part 14. The metal part 14 of flattened and elongated shape is assembled by the one 16 of its ends to the thermoplastic support 12 while the opposite end 18 carries a contact pad 20 capable of cooperating with a fixed contact in the closed position of the breaking device. The electrical contact 10 is pivotally mounted on an axis 22 passing perpendicularly through the thermoplastic support 12 of flattened and elongated shape. To the metal part 14 is welded a braid 24 for electrical connection. The metal part 14 extends in the extension of the thermoplastic support 12 and its end 16 is inserted in a notch 26 formed in the support 12. Such an electrical contact is well known per se, and it is unnecessary to describe it in more detail . The metal part 14 is fixed to the thermoplastic support 12 according to the invention by heating the metal part 14 so as to cause an overcooling of the thermoplastic material and

une incrustation de la pièce métallique 14 dans l'encoche 26. an inlay of the metal part 14 in the notch 26.

Cette opération est réalisée sur une machine à souder, schématiquement représentée sur la figure 2, le support thermoplastique 12 avec la pièce métallique 14 insérée dans l'encoche 26 étant placé sur une électrode inférieure 28 de la machine à souder. Le support 12 est posé à plat sur la face de l'électrode 28, l'encoche 26 avec la pièce métallique 14 étant orientée vers le haut en direction de l'électrode supérieure 30 de la machine à souder. L'électrode inférieure 28 porte une pastille de contact 32 faisant saillie de la face de l'électrode 28 pour porter l'extrémité 18 de la pièce métallique 14. La hauteur de la pastille 32 compense le décalage entre le support 12 et la pièce métallique 14. La pièce métallique 14 est maintenue au contact mécanique et électrique de la pastille 32 par un système de serrage, schématiquement représenté par un bras 34 d'un vérin qui appuie sur la face supérieure de la pièce métallique 14 en regard de la pastille 32. L'électrode supérieure 30 porte une pastille de contact 36 amenée au contact de l'extrémité 16 de la pièce métallique 14. L'épaisseur de la pièce métallique 14 est légèrement supérieure à la profondeur de l'encoche 26 pour réaliser une faible saillie de la pièce 14, sur laquelle vient s'appliquer la pastille 36 pour l'opération de soudage. L'opération de soudage est réalisée par rapprochement des électrodes 28,30, et par passage du courant de l'électrode 30 à travers la pastille 36, la pièce métallique 14 et la pastille 32. L'échauffement par effet Joule de la pièce métallique 14 provoque une fusion locale du matériau thermoplastique au contact de la pièce métallique 14, et une incrustation de l'extrémité 1 6 de la pièce métallique 14 dans l'encoche 26. Cette incrustation peut s'accompagner d'une légère pénétration dans l'encoche 26 amenant la pièce métallique en affleurement du support thermoplastique 12 ou éventuellement en faible retrait, si l'on prend soin d'utiliser une pastille 36 de dimension inférieure à celle de l'encoche 26, pour maintenir le contact électrique avec la pièce métallique 14. La durée de chauffage et la pression appliquée par les électrodes 28,30 sont déterminées en fonction de la nature des matériaux à assembler. L'opération de soudage ne modifie pas le positionnement relatif du support 12 et de la pièce métallique 14, ce positionnement étant réalisé par tout moyen approprié notamment par des cales ou des empreintes ménagées sur les électrodes 28,30. Le faible jeu prévu entre la pièce métallique 14 et l'encoche 26 compense les imprécisions de fabrication, une compensation additionnelle pouvant résulter de la plasticité du support 12. La forme de l'encoche 26 est bien entendu conjuguée à celle de l'extrémité 16 de la pièce métallique 14 pour réaliser une fixation sur l'ensemble des This operation is carried out on a welding machine, schematically represented in FIG. 2, the thermoplastic support 12 with the metal part 14 inserted in the notch 26 being placed on a lower electrode 28 of the welding machine. The support 12 is placed flat on the face of the electrode 28, the notch 26 with the metal part 14 being oriented upwards in the direction of the upper electrode 30 of the welding machine. The lower electrode 28 carries a contact pad 32 projecting from the face of the electrode 28 to carry the end 18 of the metal piece 14. The height of the pad 32 compensates for the offset between the support 12 and the metal piece 14. The metal part 14 is held in mechanical and electrical contact with the pad 32 by a clamping system, schematically represented by an arm 34 of a jack which presses on the upper face of the metal piece 14 opposite the pad 32 The upper electrode 30 carries a contact pad 36 brought into contact with the end 16 of the metal part 14. The thickness of the metal part 14 is slightly greater than the depth of the notch 26 to produce a slight projection of the part 14, on which the pad 36 is applied for the welding operation. The welding operation is carried out by bringing the electrodes 28, 30 together, and by passing the current from the electrode 30 through the patch 36, the metal part 14 and the patch 32. The Joule effect heating of the metal part 14 causes a local melting of the thermoplastic material in contact with the metal part 14, and an inlay of the end 1 6 of the metal part 14 in the notch 26. This inlay may be accompanied by a slight penetration into the notch 26 bringing the metal part flush with the thermoplastic support 12 or possibly slightly shrinking, if care is taken to use a pad 36 of dimension smaller than that of the notch 26, to maintain electrical contact with the metal part 14. The heating time and the pressure applied by the electrodes 28,30 are determined according to the nature of the materials to be assembled. The welding operation does not modify the relative positioning of the support 12 and of the metal part 14, this positioning being carried out by any appropriate means, in particular by wedges or imprints made on the electrodes 28, 30. The small clearance provided between the metal part 14 and the notch 26 compensates for manufacturing inaccuracies, additional compensation being able to result from the plasticity of the support 12. The shape of the notch 26 is of course combined with that of the end 16 of the metal part 14 for fixing on all of the

faces de l'extrémité 16 logée dans l'encoche 26. faces of the end 16 housed in the notch 26.

La fixation de la tresse 24 sur la pièce métallique 14 peut être réalisée lors d'une opération suivante de soudage sur la même machine ou sur une autre machine, mais selon l'invention, cette opération de soudage est réalisée simultanément en insérant l'extrémité 38 de la tresse 24 entre la pastille 36 de l'électrode supérieure 30 et l'extrémité 16 de la pièce métallique 14. La pastille 36 de l'électrode supérieure 30 vient s'appliquer sur l'extrémité 38 de la tresse 24 et lors du passage du courant soude cette extrémité 38 sur la pièce métallique 14 de la manière usuelle. L'extrémité 38 peut bien entendu avoir été étamée au préalable. L'emploi d'une même machine et la réalisation simultanée du soudage de la tresse 24 et de la fixation de la pièce métallique 14 sur le support thermoplastique 12, permettent une économie appréciable de The braid 24 is fixed to the metal part 14 can be carried out during a following welding operation on the same machine or on another machine, but according to the invention, this welding operation is carried out simultaneously by inserting the end 38 of the braid 24 between the pad 36 of the upper electrode 30 and the end 16 of the metal part 14. The pad 36 of the upper electrode 30 is applied to the end 38 of the braid 24 and during the passage of the current welds this end 38 on the metal part 14 in the usual manner. The end 38 can of course have been tinned beforehand. The use of the same machine and the simultaneous welding of the braid 24 and the fixing of the metal part 14 on the thermoplastic support 12, allow an appreciable saving of

coût et de temps de fabrication.cost and manufacturing time.

Le contact électrique 10 est prêt à être monté dans l'appareil électrique et ne nécessite aucun traitement ultérieur notamment The electrical contact 10 is ready to be mounted in the electrical device and does not require any further treatment, in particular

de nettoyage ou de rectification.cleaning or rectification.

L'invention est bien entendu nullement limitée à la fabrication d'un contact électrique et elle est utilisable à toute fixation d'une pièce métallique sur une pièce en un matériau thermopiastique. The invention is of course in no way limited to the manufacture of an electrical contact and it can be used for any attachment of a metal part to a part made of a thermopiastic material.

Claims

1. A method of rigid attachment of a flattened metal part (14) on a thermoplastic support (12), in particular of a low voltage electrical contact on a plastic contact arm, in which the thermoplastic support (12) has a notch (26) for insertion flat and without play of the end of the metal part (14), characterized in that the metal part (14) is heated after its insertion in the notch (26) for the embedded in the thermoplastic support (12) causing local supercooling of the thermoplastic material and

rigid fixing.

2. Fastening method according to claim 1, characterized in that a pressure for holding the metal part (14) in the notch (26) is exerted on the metal part during the heating operation to cause a rise in the material

thermoplastic in fusion and an inlay.

3. A fixing method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal part (14) is flush with or is slightly recessed from the edges of the notch (26) after fixing on the thermoplastic support (12) of elongated shape, extending the room

metallic inlaid.

4. Fastening method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the heating of the metal part (14) is carried out by Joule effect on a resistance welding machine, one (30) of the electrodes (28 , 30) of the machine being kept in contact with the free face of the part

metal (14) at the notch (26).

5. Fastening method according to any one of claims

previous, characterized in that the heating operation of the metal part (14) contributes to the welding of a conductor

electric (24) to said metal part.

6. Fastening method according to claim 5, characterized in that between the two electrodes (28,30) of a resistance welding machine are arranged the thermopiastic support (12) carrying the metal part (14) and the electrical conductor (24) pressed against the free face of the metal part at the level of the notch (26) and only after bringing the electrodes (28, 30) together to grip the electrical conductor (24), the metal part (14) and the thermoplastic support (12), the heating is carried out by Joule effect by passage of the current of an electrode

towards each other through the metal part.

7. Method of fixing according to any one of claims

previous, characterized in that the heating operation is

performed on a capacitive discharge welding machine.

8. Fastening method according to any one of claims

previous, characterized in that relative positioning means (32) hold the metal part (14) and the thermoplastic support (12) in a predetermined position

during the heating operation.

9. A fixing method according to any one of claims

previous, characterized in that the electrodes (28,30) of the resistance welding machine, ensuring the heating of the metal part, are made of a material with low resistivity and high resistance to erosion such as pellets (32 , 36) in

molybdenum or tungsten carbon.

10. Contact of an electrical device manufactured by the process

according to any one of the preceding claims,

characterized in that one end of the metal part (14) carries the contact surface, the other end (16) being housed in the notch (26) of the thermoplastic arm (12) to which

said other end is fixed by inlay.