FR3092032A1

FR3092032A1 - Insert pour une pièce en matière plastique et procédé de réalisation de liaisons électriques entre l’insert et la pièce

Info

Publication number: FR3092032A1
Application number: FR2000606A
Authority: FR
Inventors: Andreas Kugler; Claudia Kruse; Eduard Reimer; Emilia Schwindt; Mareen Rosenkranz; Matthias Mahlich; Philipp Scheiner; Thomas Dittert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: KR20200093456A; FR3092032B1; DE102019201036A1; CN111497118A

Abstract

TITRE : Insert pour une pièce en matière plastique et procédé de réalisation de liaisons électriques entre l’insert et la pièce Insert (10) intégré dans une pièce en matière plastique (42). Cet insert est un composant métallique ou électronique, relié par un montage flottant (40) par au moins une liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) avec la pièce en matière plastique (42). Figure 2

Description

Insert pour une pièce en matière plastique et procédé de réalisation de liaisons électriques entre l’insert et la pièce

La présente invention se rapporte à un insert intégré dans de la matière plastique, l’insert étant un composant métallique ou électronique.

L’invention a également pour objet un procédé de réalisation de liaisons électriques entre l’insert et la pièce en matière plastique.

Le document DE 10 2018 208 491 A concerne un système de contact pour une batterie modulaire. Le système de contact est pour une batterie de structure modulaire c’est-à-dire composée de plusieurs cellules. Le système de contact comprend un élément de support en une première matière plastique pour positionner au moins une pièce essentielle au fonctionnement pour la gestion de la batterie ainsi qu’un ensemble de chemins électro-conducteurs pour brancher les cellules de la batterie. L’élément de support est revêtu de chemins conducteurs.

Lors de la réalisation par exemple d’une batterie, en plus du système de mise en contact évoqué ci-dessus, on utilise différents matériaux ainsi que différents procédés. Du fait de la nature différente des matériaux par exemple une matière plastique et un métal, on a des retraits et des dilatations différentes par exemple celles d’une soudure. Il en résulte que les degrés de retrait et de dilatation différents des divers matériaux utilisés, génèrent des tensions propres, différentes, et des variations de longueur de sorte que les liaisons par la matière peuvent se casser par exemple avant que ne se produise le retrait et avant le refroidissement. Dans les cas extrêmes cela se traduit par la défaillance du composant. Si par exemple dans le cadre de la technique de construction et de branchement consistant à utiliser des contacts électriques en une matière de soudure avec les inserts, on utilise des inserts métalliques ou des inserts électroniques, et si lors de la mise en contact de ceux-ci, on utilise une soudure, les combinaisons de matières déjà différentes augmentent d’autant à cause de ces autres composants. La multiplicité des matières utilisées signifie que la durée de vie des contacts électriques des inserts peut devenir critique.

EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION

L’invention a pour objet un insert intégré dans une pièce en matière plastique, cet insert étant un composant métallique ou électronique, caractérisé en ce qu’il est relié par un montage flottant par au moins une liaison souple avec la pièce en matière plastique.

L’insert est relié à la pièce matière plastique par un montage pivotant par l’intermédiaire d’au moins une liaison souple. Cette liaison souple passant entre l’insert métallique ou électronique et le composant en matière plastique permet de recevoir les efforts et de compenser les mouvements relatifs générés par le retrait, par exemple de la matière plastique ou la dilatation du composant métallique. Cette liaison souple selon l’invention entre l’insert et la pièce en matière plastique qui le reçoit, tient compte des extensions de longueur produit par les effets évoqués ci-dessus de sorte que d’une part les liaisons de la matière restent intactes et d’autre part les mouvements relatifs à l’intérieur de la combinaison restent sans dommage.

En outre la solution selon l’invention permet de réduire les cadences car les phases de retrait ou d’extension occasionnées par la chaleur ne sont pas critiques et peuvent se faire au cours de la phase de refroidissement des combinaisons de matières nouvellement réalisées car les matières concernées ne subissent aucun dommage grâce à la solution de l’invention.

Suivant un développement, la liaison souple entre l’insert et la pièce en matière plastique est sous la forme d’une entretoise en matière plastique. La matière plastique offre en tant que telle une plus grande souplesse propre par comparaison aux métaux.

Suivant une autre caractéristique, la liaison souple entre l’insert et la pièce en matière plastique qui le reçoit ou l’entoure, se présente sous une forme de méandre ou sous une forme rectangulaire. En variante on peut envisager une forme de demi-cercle ou une forme de rayon. La réalisation de la liaison souple sous une forme de méandre ou sous une forme de rectangle permet de compenser les variations de longueur produites par les phases de retrait ou de dilatation en température, pour la combinaison de matières différentes et la liaison réalisée ne subit pas de dommage. La forme de méandre ou la forme de rectangle de la liaison souple crée un excédent de matière qui est utilisé le cas échéant lors des variations de longueurs produites par une augmentation de longueur dans la combinaison de matières, par exemple pour compenser la variation de l’intervalle entre l’insert et la pièce en matière plastique.

La liaison souple porte une liaison électrique, par exemple réalisée sous la forme d’une soudure et qui est reliée par une liaison par la matière avec le contact réalisé sur l’insert, par exemple sous la forme d’un plot. Le point de contact peut également être réalisé par une traversée (perçage traversant) qui reçoit de la matière de soudure pour réaliser le contact ; le point de contact peut également être une broche qui sera entourée par la matière de la soudure. Dans le cas de l’utilisation d’inserts métalliques, le contact à plat se fait directement sur le métal. L’insert est par exemple un composant LED, une plaque de circuit, un capteur ou un connecteur ou encore une liaison de cellules.

Les matières utilisées, (la matière plastique, la soudure, l’insert en particulier au niveau des points de contact) doivent avoir des coefficients de dilatations thermiques analogues pour réduire les contraintes.

L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d’une liaison électrique entre l’insert et la pièce ou composant en matière plastique. Ce procédé est caractérisé ce qu’il consiste à effectuer les opérations suivantes :

a) injecter un composant en matière plastique dans un outil pour former une matière de support,

b) placer un insert métallique ou électronique dans la matière de support

c) fixer l’insert avec le composant en matière plastique selon l’étape de procédé (a) et injecter au moins une liaison souple sur l’insert et la pièce en matière plastique,

d) mettre en contact l’insert par l’application d’une soudure sur au moins une liaison souple et au moins un point de contact de l’insert.

Selon un développement du procédé, l’insert est logé dans une cavité par exemple en forme de cuvette dans la pièce en matière plastique par le montage flottant. Pour compenser les effets de retrait et les variations de longueur induites par la température, le montage flottant est extrêmement avantageux car il évite que des contraintes propres se développent dans la combinaison de matières. Selon une variante de l’ordre des étapes du procédé, on peut placer directement l’insert dans l’outil et le fixer mécaniquement, directement dans le métal de support par l’injection de la matière plastique.

Le procédé permet également de fixer l’insert, qu’il s’agisse d’un insert métallique ou électronique, dans la matière plastique si bien que par exemple dans le cas d’un insert en forme de plaque de circuit ayant des fibres libres, en particuliers des fibres de verre, libres, on dispose d’une surface rugueuse qui améliore la liaison entre l’insert et la matière plastique autour. La largeur de l’entretoise de cette liaison souple peut varier ce qui permet de la concevoir directement en fonction des contraintes. Une entretoise large réalise une liaison souple plus solide qu’une largeur d’entretoise réduite. En outre la géométrie de la liaison souple peut s’adapter à chaque utilisation. La liaison souple ne s’applique pas directement à l’insert mais correspond à une compensation de longueur directement dans l’outil de mise en forme. Cela se fait lors de la conception pour les cas dans lesquels le chemin conducteur (chemin de soudure) entre les points de fixation et les inserts qu’ils soient électroniques ou métalliques, sont sollicités mécaniquement ou thermiquement.

Le procédé selon l’invention applique les étapes (a-d) dans le cadre d’une injection intégrée métal-matière plastique.

La solution selon l’invention offre l’avantage de réaliser une liaison souple en au moins un endroit, entre l’insert qu’il soit métallique ou électronique et la pièce en matière plastique. Cela réduit considérablement les efforts s’exerçant sur la liaison électrique. La réalisation de la liaison entre l’insert et la pièce en matière plastique, par exemple sous la forme d’une entretoise en matière plastique, permet de réaliser la liaison électrique et celle-ci suit les mouvements relatifs de la liaison souple. La solution selon l’invention évite que des contraintes importantes se développent dans la combinaison de matières et en particulier les effets de retrait de la matière plastique et les dilatations dues à la température par des variations de température ou des chocs thermiques.

La solution selon l’invention permet d’améliorer considérablement la robustesse de la combinaison de matières ou la liaison électrique entre un insert et la pièce en matière plastique qui le reçoit ou l’entoure ; cette amélioration fait que la pièce composite ne présente pas de défaut à priori.

La solution selon l’invention permet notamment d’appliquer le procédé d’injection intégré métal-matière plastique (procédé IMKS) selon lequel dans une première étape, on injecte un composant de matière plastique dans un outil. On forme ainsi une matière de support avec des rainures dans lesquelles on injecte une matière de soudure comme second composant à côté des composants de matière plastique. Cela permet de réaliser un composant ou une pièce électrique avec des chemins conducteurs. Le procédé permet d’intégrer des inserts électroniques ou métalliques qui viennent directement au contact électrique avec la matière de la soudure.

Comme insert, on envisage par exemple les diodes LED, les plaques de circuit, les capteurs, les connecteurs et les liaisons de cellules en technique de batteries. Ces inserts sont tout d’abord fixés à l’aide des composants de matière plastique, puis on introduit la matière de soudure dans l’outil d’injection de façon à mettre directement en contact électrique les inserts mécaniques ou électroniques. La mise en contact des inserts réalise une liaison souple pour éviter les contraintes dans la combinaison de pièces. Pour cela les inserts sont reliés les uns aux autres par les entretoises en matière plastique souple comme cela a été évoqué ; les inserts en matière plastique souple sont par exemple sous la forme de méandre ou une forme de rectangle, de demi-cercle ou de rayon. L’entretoise en matière plastique souple permet la mise en contact de la matière de la soudure qui constitue la liaison électrique aux points de contact respectifs (plots) de l’insert.

Du point de vue de la possibilité d’application à des batteries, la liaison souple d’un insert qu’il soit métallique ou électronique, offre un avantage pour que la phase de charge et de la phase de décharge des cellules de la batterie, car les cellules gonflent puis se réduisent de nouveau. Cette variation de volume peut générer des tensions mécaniques qu’il faut absorber. L’invention concernant les liaisons souples, permet de répondre à ce problème. La même remarque s’applique aux contraintes mécaniques exercées de l’extérieur et auxquelles les batteries peuvent être exposées, par les vibrations ou les chocs.

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide des dessins annexés dans lesquels :

représentation schématique d’une entretoise en matière plastique souple, injectée sur l’arête d’un insert, et

vue de dessus d’un insert carré placé dans une cavité ou dans un évidement d’une pièce en matière plastique et qui est relié à celle-ci par plusieurs liaisons souples.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION

Dans la description suivante de modes de réalisation de l’invention on utilisera les mêmes références pour des éléments identiques ou analogues ; la description de ces éléments ne sera pas systématiquement répétée.

Les figures ne montrent l’invention que de façon schématique.

La représentation de la figure 1 est une vue en perspective d’une liaison souple injectée sur un insert.

La figure 1 représente un insert 10 ainsi qu’une entretoise en matière plastique 20 injectée sur celle-ci avec la matière plastique ; cette entretoise constitue une liaison souple 18. L’insert 10 est un composant métallique ou un composant électronique, par exemple un circuit, une ou des diodes LED, des capteurs, des connecteurs ou aussi des organes de liaison de cellules dans le domaine des batteries. L’insert 10 a une arête 12 reliée par contact par la liaison souple 18 constituée par l’entretoise en matière plastique 20. De façon préférentielle, la liaison souple 18 a la forme d’une entretoise en matière plastique 20 sur laquelle l’insert 10 est fixé par injection. Le côté supérieur de l’insert 10 comporte au moins un point de contact 14, par exemple un patin 16.

La figure 1 montre que la liaison souple 18 constituée par l’entretoise en matière plastique 20 a un tracé en forme de méandre 22 avec une excroissance 24 entre un premier segment droit 26 et un autre second segment droit 28. La réalisation de l’entretoise en matière plastique 20 sous la forme de méandre 22 permet à l’entretoise 20 de compenser les variations de longueur ou les effets d’un retrait car la forme en méandre 22 de l’entretoise en matière plastique 20 offre un degré d’élasticité et de souplesse propre. L’excroissance 24 est réalisée sous la forme d’un arrondi dans la représentation de la figure 1.

Le côté supérieur de l’entretoise en matière plastique 20 porte une liaison électrique 30 réalisée par de la matière de soudure 32. La matière de soudure 32 passe sur le côté supérieur de l’entretoise en matière plastique 20 également sous la forme d’un méandre 22 ; la matière de soudure 32 du point de contact 14 en forme de patin 16 sur le côté supérieur de l’insert 10 est ainsi mise en contact électrique. La liaison électrique 30 appliquée sur le côté supérieur de l’entretoise en matière plastique 20 participe au mouvement d’équilibrage ou de compensation comme la liaison souple 18 en forme d’entretoise en matière plastique 20 de sorte que la liaison électrique 30 reste conservée même pendant les mouvements relatifs entre l’insert 10 et le composant en matière plastique 42 non représenté à la figure 1 (voir la représentation de la figure 2).

La vue en perspective de la figure 1 montre en outre que la soudure 32 a un tracé courbe ou cintré 34 correspondant à la forme de méandre 22 de l’entretoise en matière plastique 20.

La référence 31 de la figure 1 montre la surface limite entre l’insert 10 et l’entretoise en matière plastique 20. Les différentes matières se rencontrent à cette surface limite de sorte que pour avoir une bonne liaison, on améliore la liaison par exemple en utilisant des fibres de verre libres.

La figure 2 est une vue de dessus de l’insert 10 relié par plusieurs liaisons souples 18 à une pièce en matière plastique.

Dans la représentation de la figure 2, l’insert 10 qui est un composant métallique ou électronique, est placé dans une cavité 44 en forme de cuvette dans la pièce en matière plastique 42. En variante, on peut réaliser un évidement dans la pièce en matière plastique 42 dans lequel on place l’insert 10. De façon préférentielle l’insert 10 est une pièce en matière plastique 42 installée avec un montage flottant 40 qui permet des mouvements relatifs entre l’insert 10 et la pièce en matière plastique 42 et compense ces mouvements relatifs. Pour compenser les variations de longueur occasionnées par la température ou par des retraits différents selon la matière de l’insert 10 et la matière plastique du composant 42, l’insert 10 est relié par plusieurs liaisons souples 50, 52, 54, 56. Une liaison électrique 30 réalisée en une matière de soudure 32 passe sur chacune des liaisons souples 50, 52, 54, 56 en étant reliée électriquement à une extrémité avec chaque point de contact 14 sur le côté supérieur de l’insert 10. Comme le montre la vue de dessus de la figure 2, les liaisons souples 50, 52, 54, 56 de la variante de la figure 2 chevauchent l’intervalle 60 entre la limite 48 de la cavité en forme de cuvette 44 de la pièce en matière plastique 42 et l’arête 12 de l’insert 10. Le montage flottant 40 de l’insert 10 et la flexibilité des quatre liaisons souples 50, 52, 54, 56, permettent les mouvements relatifs de l’insert 10 par rapport à la pièce en matière plastique 42 et les liaisons souples 50, 52, 54, 56 compensent ces mouvements.

Selon la représentation de la figure 2, dans cette variante de réalisation, les liaisons souples 50, 52, 54, 56 ont une forme rectangulaire 58 alors que la liaison souple 18 de la représentation de la figure 1 a une excroissance 24 de forme arrondie. L’excroissance 24 permet de compenser les variations de longueur générées par les contraintes thermiques ou mécaniques. Dans la représentation de la figure 2, les liaisons souples 50, 52, 54, 56 ont une forme rectangulaire 58 et de façon analogue à la figure 1 selon une représentation en perspective, les liaisons souples 18 ont un premier segment droit 26 et un second segment droit 28.

Même si dans la représentation de la figure 2, les liaisons souples 50, 52, 54, 56 s’étendent entre l’arête 12 et la limite 48 de la pièce en matière plastique 42, ces liaisons peuvent également être tournées de 90° entre les arêtes hautes 12 de l’insert 10 et la limite 48 de la cavité en forme de cuvette 44 de la pièce en matière plastique 42.

A la place des quatre liaisons souples 50, 52, 54, 56 présentées à la figure 2, on peut également utiliser un angle plus grand ou plus petit pour de telles liaisons souples 50, 52, 54, 56.

La solution selon l’invention, du fait des retraits différents et des dilatations thermiques différentes, induites, par comparaison aux efforts agissant sur la matière de soudure, permet de compenser les différentes contraintes propres et les variations de longueur par les liaisons souples 50, 52, 54, 56 représentées à la figure 2 de façon à ne pas détruire les liaison électriques 30 sous l’effet des mouvements relatifs.

Les liaisons souples 50, 52, 54, 56 telles que représentées peuvent compenser les différents efforts en liaison avec les retraits et les variations de longueur par dilatation thermique de sorte que le point de contact 14 avec la matière de soudure 32 de la liaison électrique 30 reste maintenu et exclut toute défaillance prématurée du composant.

La solution selon l’invention s’applique avantageusement à l’injection intégrée métal-matière plastique comme procédé de réalisation. Comme première étape, on injecte le composant en matière plastique dans un outil. Le composant en matière plastique constitue une matière de support dans laquelle on forme des cavités ou des rainures ou des formes analogues dans lesquelles on injecte le second composant qui est la matière de soudure 32. On réalise ainsi un composant électrique avec des chemins conducteurs. Cela se fait par l’insertion de composants, par exemple électroniques ou métalliques qui constituent chaque fois un insert 10 et qui peuvent être mis en contact directement pendant le procédé d’assemblage. Comme insert 10, il y a par exemples les diodes LED, les plaques de circuit, les capteurs, les connecteurs et les organes de liaison. Ces inserts 10 sont tout d’abord fixés mécaniquement à l’aide de la matière plastique. Puis on injecte la matière de soudure dans l’outil d’injection pour mettre en contact directement les inserts 10. La mise en contact des inserts 10 utilise les liaisons souples 18 ou 50, 52, 54, 56 pour appliquer sur celles-ci la matière de soudure 32 réalisant la liaison électrique 30 et les points de contact 14 sous la forme de plots 16 sur le côté supérieur de l’insert 10 pour réaliser le contact électrique. Il est possible d’installer l’insert 10 sous la forme d’un montage flottant 40 qui permet en outre d’utiliser comme insert 10 des plaques de circuit dont les arêtes ont des fibres de verre, à nu, ce qui permet un meilleur accrochage à la surface rugueuse par la matière plastique injectée.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

10 Insert

12 Arrête de l’insert

14 Point de contact

16 Plot

18 Liaison souple

20 Entretoise en matière plastique

22 Forme de méandre

24 Excroissance

26 Premier segment droit

28 Second segment droit

30 Liaison électrique

32 Soudure

40 Montage flottant

42 Pièce en matière plastique

44 Cavité en forme de cuvette

48 Délimitation

50, 52, 54, 56 Liaison souple

58 Forme rectangulaire

60 Intervalle

Claims

Insert (10) intégré dans une pièce en matière plastique (42), cet insert (10) étant un composant métallique ou électronique,
insert caractérisé en ce qu’
il est relié par un montage flottant (40) par au moins une liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) avec la pièce en matière plastique (42).
Insert (10) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) est sous la forme d’une entretoise en matière plastique (20).
Insert (10) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) a un tracé en forme de méandre (22) ou un tracé rectangulaire (58).
Insert (10) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) chevauche l’intervalle (60) entre l’insert (10) et la pièce en matière plastique (42).
Insert (10) selon la revendication 1,
caractérisé par
une liaison électrique (30) passant sur au moins la liaison souple (18, 50, 52, 54, 56) et mise en contact avec un point de contact (14) de l’insert (10).
Insert (10) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l’insert (10) est une LED, une plaque de circuit, un capteur, un connecteur ou une liaison de cellules.
Procédé de réalisation de liaisons électriques (30) entre un insert (10) et une pièce en matière plastique (42) comprenant les étapes de procédé suivantes consistant à :
a) injecter un composant en matière plastique dans un outil pour former une matière de support,
b) placer un insert métallique ou électronique (10) dans la matière de support,
c) fixer l’insert (10) avec le composant en matière plastique selon l’étape de procédé (a) et injecter au moins une liaison souple (50, 52, 54, 56) sur l’insert (10) et la pièce en matière plastique (42),
d) mettre en contact l’insert (10) par l’application d’une soudure (32) sur une liaison souple (18, 50, 53, 54, 56) et un point de contact (14) de l’insert (10).
Procédé selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
les inserts (10) sont logés dans une cavité (44) de la pièce en matière plastique (42) avec un montage flottant (40).
Procédé selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
les inserts (10) sont fixés par la matière plastique aux fibres notamment aux fibres de verre laissées dégagées sur leurs bords.
Procédé selon la revendication 7,
caractérisé en ce qu’
on effectue les étapes de procédé (a-d) dans le cadre de l’injection de matière plastique sur du métal intégré.