Domaine technique

La présente invention concerne les techniques d'amélioration de la connexion électrique entre deux conducteurs métalliques, et concerne en particulier une poudre et une pâte pour améliorer la conductance de la connexion électrique entre deux conducteurs métalliques.

Etat de la technique

Dans tous les domaines où des connexions électriques métalliques sont utilisées, et en particulier dans le domaine de 1 ' électrotechnique de puissance, les connexions électriques dans lesquelles deux métaux sont mis en contact se dégradent au cours du temps. Il en résulte des pertes électriques importantes dues à la résistance électrique de plus en plus importante entre les conducteurs. Ceci induit des variations de la densité du courant à travers les surfaces des conducteurs. Il s'ensuit des pertes électriques par effet Joule et, en conséquence, une augmentation des températures. La dégradation des surfaces se trouvant en contact accélère la dégradation des connexions mais également des conducteurs et peut même entraîner leur fusion. Cette dégradation étant irréversible, il y a donc une perte de rendement préjudiciable pour les appareils comportant de telles connexions électriques.

Il y a aussi une détérioration de la connexion électrique lorsqu'une cosse est utilisée à l'extrémité d'un câble constitué de brins conducteurs. Cette détérioration est due à la dégradation du contact électrique entre la cosse et les brins extérieurs du câble et entre les brins eux-mêmes, ce qui entraîne alors une résistance importante. Comme mentionné précédemment, il s'ensuit un échauffement important de la connexion électrique et, parfois, la fusion de brins du câble . Dans le but d'améliorer la connexion électrique entre deux conducteurs métalliques, le brevet français publié sous le numéro 2.847.391 décrit un dispositif de contact comprenant un élément conducteur intercalaire en mousse d'argent entre les deux surfaces de contact de deux conducteurs d'une connexion électrique. Malheureusement, la mousse d'argent est particulièrement onéreuse.

Un autre brevet français publié sous le numéro 2.962.856 décrit également un dispositif de contact comprenant un élément conducteur intercalaire constitué d'un squelette de mousse de métal choisi dans le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert d'au moins un revêtement d'étain, d' indium ou un de leurs alliages.

Comme illustré sur la figure 1 de ce brevet, les deux conducteurs 12 et 14, sont séparés par un élément conducteur intercalaire 10 en mousse métallique de façon à ce que leurs surfaces entrent en contact avec la mousse. La connexion électrique entre les conducteurs 12 et 14 est réalisée par contact serré grâce à un moyen de serrage tel qu'un boulon de serrage 16 traversant les deux conducteurs ainsi que l'élément conducteur intercalaire.

Comme illustré sur la figure 2 du même brevet, l'élément intercalaire comporte de préférence un joint d'étanchéité périphérique 20 permettant de réduire la pénétration d'agents extérieurs dégradants en créant une barrière étanche à la périphérie du contact.

A noter que pour des raisons de coût principalement, les conducteurs en cuivre sont remplacés aujourd'hui dans toutes les connexions par des conducteurs en aluminium, métal qui possède une conductivité électrique très proche de celle du cuivre tout en étant beaucoup moins cher. Mais un inconvénient de l'aluminium est la formation d'une couche d'alumine qui, en augmentant la résistance entre les conducteurs, rend la connectivité délicate dans les connexions. Exposé de l'invention

Le but principal de la présente invention est donc de fournir des moyens de connexion électrique permettant d'améliorer la conductance électrique d'une connexion électrique et de ralentir la dégradation des surfaces en contact, en particulier lorsque la connexion est réalisée au moyen d'un câble comportant une pluralité de brins.

Un premier objet de l'invention est une poudre de connexion électrique constituée de particules de mousse à cellules ouvertes de métal choisi dans le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert d'au moins un revêtement d'étain, d' indium ou un de leurs alliages.

Un deuxième objet de l'invention est une pâte de connexion électrique comprenant la poudre ci-dessus et un liant dans lequel la poudre est dispersée.

Description brève des figures

D'autres buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels :

la figure 1 représente une coupe d'un mode de réalisation d'une connexion électrique décrite dans le brevet français publié sous le numéro 2.962.856;

la figure 2 représente un élément conducteur intercalaire décrit dans le brevet français publié sous le numéro 2.962.856; et

la figure 3 représente l'extrémité d'un câble de connexion électrique avec une vue éclatée d'une portion de la bague de sertissage.

Description détaillée de l'invention

Une connexion électrique selon les principes de l'invention peut être réalisée comme celle illustrée sur la figure 1. Comme dans le brevet français publié sous le numéro 2.962.856, la connexion peut comprendre un élément intercalaire conducteur 10 entre deux conducteurs 12 et 14, mais cet élément intercalaire est constitué de la poudre ou la pâte qui sont les objets de l'invention.

La connexion électrique entre les conducteurs 12 et 14 est réalisée par contact serré grâce à un moyen de serrage tel qu'un boulon de serrage 16 traversant les deux conducteurs ainsi que la couche conductrice intercalaire 10.

A noter que, lors du serrage des deux conducteurs entre eux, l'élément intercalaire est comprimé et son épaisseur diminue en partie du fait que des grains de poudre ou le liant de la pâte dans lequel est dispersée la poudre sont éjectés à la périphérie de l'élément intercalaire. Par conséquent, contrairement à la réalisation décrite dans le brevet publié sous le numéro 2.962.856, il est inutile de prévoir un joint d' étanchéité entourant l'élément intercalaire.

Il est préférable qu'un au moins des conducteurs soit en aluminium. Cependant, la présente invention ne se limite pas à ce cas et s'applique à tous les conducteurs, par exemple en cuivre .

La mousse métallique est une mousse à cellules ouvertes de type alvéolaire composée d'un squelette de mousse de métal choisi parmi le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert, par exemple directement, d'au moins un revêtement métallique tel qu'un revêtement en étain, indium ou un de leurs alliages.

L'obtention du squelette de mousse peut se faire par plusieurs méthodes qui ont été décrites dans le brevet français publié sous le numéro 2.962.856.

La structure de la mousse est alvéolaire et sa propriété physique est principalement une porosité et une déformabilité élevées, ce qui a pour effet de réduire la résistance électrique de la connexion, ainsi qu'une faible densité de l'ordre de 400 g/m.

Une caractéristique de l'invention est que le squelette de mousse métallique est recouvert, par exemple directement, d'un revêtement d'un autre métal, par électrolyse ou tout autre procédé (projection, immersion dans un bain...) de telle sorte que toute la surface alvéolaire est revêtue de cet autre métal. Contrairement au métal constituant le squelette, le métal de revêtement est de préférence un métal ductile tel que l'étain, l'indium ou un de leurs alliages, afin d'augmenter la surface de contact de chaque pointe du métal constituant le squelette, de pénétrer dans les stries de la surface du conducteur et d'améliorer la compatibilité électrochimique entre le squelette de mousse et le métal du conducteur.

On note que le premier revêtement peut être également recouvert d'un autre revêtement d'un métal différent de celui du premier revêtement, et ainsi de suite. Par exemple, si le premier revêtement est en étain, le deuxième revêtement peut être en indium. La mousse métallique est ensuite réduite en poudre par tout moyen approprié.

A noter que les grains ainsi obtenus ont de préférence un diamètre d'environ compris entre 0,5 mm et 5 mm, et de préférence entre un et deux millimètres, par exemple 1,6 mm.

La mousse métallique est ensuite réduite en poudre dont les particules ont une dimension comprise entre 1 et 2mm par tout moyen approprié permettant de conserver la structure alvéolaire. A noter que l'obtention de la poudre est faite par découpe de la mousse, de préférence une découpe au laser, ce qui n'altère pas la structure alvéolaire de la mousse et permet de conserver toutes les caractéristiques électriques et mécaniques de la mousse. En outre, la découpe au laser permet de créer des arêtes vives sur les petits fragments de mousse qui, ainsi, pénétreront plus facilement dans les conducteurs en contact.

La poudre obtenue est constituée en majeure partie de vide du fait de sa structure alvéolaire. De ce fait, la surface des particules de la poudre comporte une multitude de pointes de contact de l'ordre du micron dont le nombre atteint 30 pointes par mm ² . Grâce à ces pointes, l'élément intercalaire 10 possédant de nombreux contacts, présente une grande conductivité et donc une résistance faible.

Selon un deuxième aspect de l'invention, la poudre est dispersée dans un liant de manière à former une pâte qui, comme la poudre, permet d'améliorer la conductance électrique d'une connexion électrique. Ce liant, qui peut être de la graisse ou de la vaseline, remplit complètement les alvéoles des particules de mousse, ce qui empêche la pénétration de polluants ou d'agents susceptibles d'oxyder ou de dégrader les surfaces.

En outre, cette graisse peut incorporer des produits d' anti-oxydation et des particules métalliques de quelques microns augmentant sa durée de vie. Les particules peuvent être des particules d'argent, d'or ou tout autre métal bon conducteur de l'électricité. Selon une variante, la poudre de mousse peut aussi être imprégnée, ou chargée, d'un composant, destiné à réduire la formation d'une couche à résistivité élevée à la surface des conducteurs, telle que de l'alumine sur un conducteur d'aluminium, et/ou à décaper la surface des conducteurs.

La poudre et la pâte objets de l'invention peuvent être utilisées pour une connexion électrique ancienne ou pour une connexion électrique neuve.

Dans une connexion électrique neuve, le contact est d'autant plus important qu'il se situe à proximité du moyen de serrage ou boulon de serrage 16. Par conséquent, la résistance, et donc les pertes électriques de la connexion électrique constituée des conducteurs 12 et 14 en contact, est minimale près du moyen de serrage 16 et augmente plus on s'en éloigne. Cette répartition inhomogène du courant favorise une zone de concentration de courant plus élevé et donc une zone davantage sollicitée et donc dégradée plus rapidement. L'apport des particules conductrices de poudre ou de la pâte de la couche 10 augmente les points de contacts entre les deux conducteurs 12 et 14 et permet donc une répartition homogène du courant sur toute la surface de contact. Grâce à cette répartition homogène, il n'existe pas de zones de concentration de courant donc pas de zone davantage sollicitée et propice à une dégradation plus rapide .

La poudre et la pâte objets de l'invention peuvent également être avantageusement utilisées pour un contact d'une connexion électrique dégradée ou déformée. Cette dégradation est due à l'oxygène de l'air qui provoque la formation d'une couche d'oxyde. Ainsi, dans le cas des conducteurs en aluminium, cet oxyde, qui est de l'alumine, augmente la résistance de la connexion.

Dans l'élément intercalaire 10, les pointes situées à la surface des particules de la poudre percent également la couche d'oxyde tel que l'alumine qui se forment en permanence à la surface des conducteurs 12 et 14, ce qui permet d'améliorer la conductance électrique d'une connexion usagée, et cela même sans la nettoyer au préalable.

L'avantage d'utiliser la pâte décrite ci-dessus est primordial lorsque la connexion électrique est réalisée par un câble. En effet, un câble électrique étant composé d'une pluralité de brins conducteurs, son extrémité reliée à une cosse présente une résistance de plus en plus importante au cours du temps du fait les brins ne sont pas suffisamment reliés électriquement entre eux. Cette résistance est due, d'une part au contact dégradé des brins extérieurs du câble avec la bague de sertissage qui relie le câble à la cosse, et d' autre part au contact dégradé entre les brins extérieurs et les brins intérieurs du câble.

A noter qu'un autre avantage de la pâte selon l'invention est de procurer un revêtement des brins qui empêche leur oxydation.

La figure 3 représente une connexion électrique utilisant un câble. L'extrémité est formée d'une cosse 20 qui est généralement plate et comporte un trou 22 utilisé pour le serrage de la cosse sur un autre conducteur plat. L'amélioration du contact entre la cosse et l'autre conducteur est réalisée de la façon décrite ci-dessus par une couche intercalaire de poudre ou de pâte objets de l'invention.

La cosse 20 est reliée au câble 24 par une bague de sertissage 26 sur laquelle est exercée une forte pression lors du montage pour réaliser un bon contact électrique entre la cosse 20 et la câble 24.

Avant sertissage du câble 24 par la bague 26, on trempe le câble dans la poudre objet de la présente invention ou on enduit les brins du câble avec de la pâte objet de la présente invention, par exemple par pulvérisation, de manière à ce que la pâte rentre dans les interstices entre les brins du câble, par exemple l'interstice 36. Lorsque il y a sertissage du câble 24 par la bague 26, la poudre ou la pâte pénètre plus profondément dans les interstices grâce à la pression exercée

La poudre et la pâte objets de la présente invention sont d'autant plus avantageuses que leur efficacité augmente avec la température. En effet, la chute de potentiel d'une connexion de 1 dm ² utilisant la poudre ou la pâte selon l'invention provenant d'une mousse de nickel recouverte d' étain est de l'ordre de quelques mV pour un courant d'une intensité de 5000 A et à la température de 80°C. Cette particularité est due au fait que les pointes de la mousse se soudent sous l'effet de la température aux conducteurs avec lesquels elles sont en contact.

Comme déjà mentionné, la poudre et la pâte selon l'invention sont particulièrement avantageuses pour améliorer la conductance des connexions électriques dans lesquelles les deux conducteurs sont en aluminium, mais également lorsqu'un des deux conducteurs est en cuivre et l'autre en aluminium ou lorsque les deux conducteurs sont en cuivre.

Enfin, grâce à la diminution des pertes électriques qu'elles induisent, la poudre et la pâte objet de la présente invention,, sont particulièrement adaptées pour des courants de haute intensité, par exemple une intensité supérieure à 1000 A.

On note que l'utilisation de particules de mousse déformable de manière élastique présente aussi l'avantage de réduire l'impact d'un desserrage des moyens de serrage puisque, dans ce cas, les particules de mousse de détendent et continuent à épouser les surfaces de contact, au prix d'une pression plus faible sur ces surfaces de contact.

La poudre et la pâte qui font l'objet de l'invention trouvent application dans tous les domaines de l' électrotechnique qui font appel à des courants de forte intensité. Ainsi, dans le domaine des cuves d ' électrolyse et des fours d'aciérie, l'usure des connexions électriques qui sont soumises à des courants de haute intensité et à des températures élevées, se concrétise principalement par une déformation des surfaces de contact des connexions électriques. Il en résulte des pertes électriques importantes pouvant atteindre plusieurs KW par connexion et des variations de l'intensité du courant passant à travers ces surfaces en contact.

A noter que la poudre ou la pâte objets de l'invention peuvent aussi être utilisées pour améliorer les contacts glissants dans les industries lourdes comme les contacts d'anodes utilisées dans l' électrolyse de l'aluminium.

Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, on obtient une amélioration importante des connexions électriques présentant des surfaces de contact dégradées et déformées, même lorsqu'il s'agit de déformations de l'ordre du millimètre. En effet, la poudre ou la pâte objets de la présente invention épousent les contours des surfaces dégradées des conducteurs en contact et ainsi augmentent la surface de contact.