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CA 02619224 2008-02-12
WO 2007/028882 PCT/FR2006/002026
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Insert destiné à être rapporté dans un élément, pour la fixation et la mise en
contact
électrique d'une cosse de raccordement électrique.
L'invention concerne un insert destiné à être rapporté dans un élément, pour
la fixation et la mise en contact électrique d'une cosse de raccordement
électrique, et
notamment dans l'âme d'un rail de voie ferrée.
L'invention concerne aussi un procédé de mise en place d'un tel insert.
Il est connu d'enfoncer à force dans un perçage de l'âme d'un rail une
cheville
à tête tronconique munie d'une tige filetée extérieurement, la cosse étant
maintenue
sur ladite tige, par exemple au moyen d'un écrou.
On a aussi imaginé dans le document DE-19847361 A1 un dispositif sous
forme d'un insert destiné à être rapporté dans un trou calibré d'un élément
pour la
fixation et la mise en contact électrique d'une cosse de raccordement
électrique, et qui
est constitué, d'une part, par une bague électriquement conductrice présentant
un
manchon qui est solidaire d'une collerette et, d'autre part, par une vis qui
est munie
d'une tige destinée à s'introduire dans la bague et d'une tête facilitant son
vissage et
permettant en outre d'enserrer la cosse, entre elle-même et la collerette de
la bague
dont le manchon a été préalablement introduit dans ledit trou de l'élément.
Toutefois, dans un tel dispositif, le manchon présente des fentes
longitudinales pour former plusieurs ailes de contact tandis que la vis est
vissée dans
un taraudage de la collerette particulièrement épaisse à cet effet et qu'un
prolongement de la tige de la vis permet d'obtenir un écartement élastique
desdites
ailes.
Ce dispositif à déformation élastique présente notamment l'inconvénient
d'une conduction électrique réduite du manchon dans le trou calibré du fait
des fentes,
même si l'on rajoute, comme décrit dans ce document, une pièce de contact
rapportée
dans le trou calibré.
Pour les mêmes raisons, un tel dispositif n'offre pas une bonne étanchéité, ce
qui entraîne des risques de corrosion. Ces risques constituent un problème
majeur
pour un dispositif soumis aux intempéries comme c'est le cas pour
l'application
précitée.
On a aussi imaginé un insert selon le document EP-0 507 259 A1 qui
préconise une déformation plastique d'une bague au moyen d'une tête
tronconique
d'une cheville, ladite bague ayant un alésage également tronconique.
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Grâce à la déformation de la matière, la bague n'a pas besoin d'être fendue
comme dans le cas précédent, d'où les avantages d'un bon contact électrique et
d'une
bonne étanchéité.
Si un tel insert donne satisfaction, il nécessite cependant une mise en oeuvre
assez longue et un outillage de pose sophistiqué.
C'est pourquoi les inventeurs ont imaginé un nouvel insert facile à poser
comme dans le document DE-19847361 A1, mais efficace électriquement avec une
bonne conduction électrique et une bonne étanchéité comme dans le document EP-
0507259A1.
L'insert selon l'invention comporte de la manière décrite ci-avant à propos du
document précité DE-19847361 A1, d'une part, une bague électriquement
conductrice
présentant un manchon qui est solidaire d'une collerette et, d'autre part, une
vis munie
d'une tige et d'une tête, mais qui est par contre notamment remarquable en ce
que le
manchon et la collerette de la bague ne présentent aucune fente et possèdent
une
surface intérieure lisse et en ce que la vis est une vis autotaraudeuse
dimensionnée
pour pouvoir à la fois tarauder la surface intérieure du manchon de la bague
tout en
déformant par expansion la matière constitutive dudit manchon dont la surface
extérieure peut ainsi venir s'appliquer avec force sur la paroi interne du
trou de
l'élément.
Les inventeurs ont su trouver une application nouvelle à une vis
autotaraudeuse qui, non seulement taraude de manière classique un alésage
comme
par exemple dans le document DE-4404057 A1, mais déforme en même temps de
manière plastique la bague, ce que ne peut pas faire une vis classique
coopérant avec
un filetage préformé.
Dans le document DE-4404057 Al par exemple, la vis utilisée déforme
élastiquement une pièce fendue de par sa forme tronconique, tandis que
l'utilisation
d'une vis autotaraudeuse dans ce dispositif n'entraîne aucune déformation
supplémentaire et elle n'est préconisée que pour éviter de manière classique
la
formation préalable d'un taraudage.
Par exemple, entre la cosse et la tête de la vis, est interposée au moins une
rondelle.
Pour assurer un bon contact électrique et une bonne fixation, le diamètre
intérieur du manchon de la bague présente une valeur inférieure à celle
préconisée
par le fabricant de la vis autotaraudeuse pour une utilisation- classique de
celle-ci et en
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particulier, le diamètre intérieur du manchon de la bague est inférieur à
ladite
dimension préconisée d'environ 10 à 15%.
II est connu, par exemple pour une vis autotaraudeuse d'un diamètre de
mm 0,1 de prévoir, pour une utilisation classique dans un objet d'une dureté
de
5 40 à 50 da NImm2, un perçage de 9,3 mm 0,1.
Avantageusement, le manchon de la bague présente un diamètre intérieur
qui est inférieur au diamètre de la vis autotaraudeuse d'environ 16 à 22% et à
titre
d'exemple, la vis autotaraudeuse présente un diamètre d'environ 10 mm 0,1 et
le
manchon de la bague un diamètre intérieur d'environ 8,10 mm 0,1, tandis que
la
10 dureté de la matière constitutive du manchon de la bague est comprise dans
une
fourchette d'environ 20 à 30 da Nlmmz. Le diamètre intérieur du manchon et la
dureté
de ce dernier sont évidemment choisis pour que l'effort exercé par la vis
autotaraudeuse entraîne le gonflement diamétral extérieur voulu dudit manchon.
Selon un mode de réalisation, l'orifice d'entrée de la bague du côté de sa
collerette est chanfreiné pour former un évasement vers l'extérieur afin
d'assurer un
meilleur guidage de la vis autotaraudeuse et avantageusement, la collerette de
la
bague présente des moyens de prise pour un outil afin de faciliter son
maintien en
rotation par ledit outil.
De préférence, la vis autotaraudeuse est du type multilobée et en particulier
trilobée.
Selon un mode de réalisation, la surface intérieure du manchon de la bague
est cylindrique, ou encore au moins en partie légèrement tronconique.
Notamment pour une fixation dans un trou traversant l'élément, le manchon
de la bague est débouché à ses deux extrémités.
En outre, le manchon de la bague présente une section extérieure circulaire
ou polygonale destinée à coopérer avec un trou de l'élément ayant une forme
correspondante.
Selon un mode de réalisation, la vis autotaraudeuse présente une gorge au
voisinage de sa tête, destinée à loger la cosse à raccorder qui est introduite
sur la tige
de la vis autotaraudeuse par vissage au moyen d'un filetage intérieur dont la
cosse est
pourvue à cet effet, ou d'un filetage intérieur réalisé par la vis
autotaraudeuse elle-
même.
L'invention a aussi pour objet une utilisation privilégiée, mais non
obligatoire,
dudit insert, celui-ci étant avantageusement utilisé pour la mise en contact
électrique
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d'un conducteur relié à la cosse avec un rail de voie ferrée dont l'âme
constitue
l'élément dans lequel l'insert est rapporté.
L'invention a en outre également pour objet un procédé de mise en place d'un
tel insert qui consiste à:
- positionner la bague de l'insert en introduisant son manchon dans le trou
calibré préalablement ménagé dans l'élément à équiper,
- disposer la cosse sur la vis autotaraudeuse, notamment par vissage,
- tarauder la surface intérieure du manchon de la bague en vissant la vis
autotaraudeuse tout en maintenant la bague dans le trou de l'élément,
- déformer par expansion le manchon de la bague au cours de son
taraudage,
- assurer le contact électrique de la cosse en serrant la vis autotaraudeuse
dont la tête vient enserrer ladite cosse, directement ou non, entre elle-même
et la
collerette de la bague.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et
qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente en élévation un insert selon l'invention, mis en
place
dans l'âme d'une voie ferrée,
- la figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1 (la coupe de la vis
n'étant
pas représentée pour raison de clarté),
- les figures 3 à 6 montrent en coupe (la coupe de la vis n'étant pas
représentée pour raison de clarté) les phases successives de mise en place
de l'insert dans un élément tel que l'âme d'un rail de voie ferrée représenté
sur les figures 1 et 2.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'insert selon l'invention
est
disposé dans l'âme d'un rail 1 de voie ferrée.
Toutefois, comme déjà dit, il est clair que l'insert selon i'invention peut
être
utilisé dans tout autre élément ou support conducteur de l'électricité (y
compris des
composites carbone), muni d'un trou 2 calibré traversant l'élément comme dans
l'exemple représenté, ou d'un trou borgne.
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En conséquence, dans les figures 3 à 6, on a repris la référence 1 pour
l'élément qui peut être une partie du rail 1 des figures 1 et 2 ou un autre
élément.
Sur les figures, on peut voir un insert qui est constitué, d'une part, par une
bague 3 électriquement conductrice, en cuivre ou en aluminium par exemple,
5 comportant un manchon 3a solidaire d'une collerette 3b, la bague étant de
préférence
d'une seule pièce et, d'autre part, par une vis 4 munie d'une tige 4a et d'une
tête 4b et
dont il sera question ci-après.
Le manchon 3a présente une surface intérieure cylindrique lisse et une
sectiôn extérieure ici circulaire (elle pourrait être polygonale).
L'insert (3,4) est destiné à fixer en assurant un bon contact électrique, une
cosse 5 de raccordement électrique, elle-même connectée de manière connue et
non
représentée à un conducteur ou similaire pour une mise à la terre par exemple.
Dans l'exemple représenté, le manchon 3a est plus long que le trou 2 du rail
1 de telle sorte qu'après avoir été introduit dans ledit trou, ledit manchon
fait
légèrement saillie du côté de l'élément opposé au côté par lequel il a été
introduit. Les
diamètres respectivement extérieur du manchon et intérieur du trou sont bien
sûr
ajustés l'un par rapport à l'autre.
On remarquera aussi que dans cet exemple, le manchon 3a est débouché à
ses deux extrémités et qu'à son extrémité tournée vers la collerette 3b, il
présente un
chanfrein 3c évasé vers l'extérieur.
La vis 4 est du type autotaraudeuse ou encore selon les appellations,
autoformeuse et plus particulièrement encore, du genre trilobée.
Le diamètre de la tige 4a de la vis 4 par rapport au diamètre intérieur du
manchon 3a, de même que la matière utilisée pour fabriquer la bague 3 sont
choisis
de manière telle que la vis autotaraudeuse 4, lorsqu'elle est vissée dans
ladite bague,
taraude celle-ci tout en la déformant (déformation de la matière) de manière à
entraîner un gonflement de son diamètre extérieur.
Par ailleurs, avant le commencement du vissage de la vis 4, comme
représenté sur la figure 1 et dans ce mode de réalisation, on profite du
filetage de
ladite vis pour mettre en place la cosse 5 qui est, soit munie à cet effet
d'un filetage
intérieur conjugué, soit avantageusement constituée d'une matière adéquate et
présentant un diamètre interne apte à subir un taraudage par ladite vis 4 elle-
même,
tandis qu'une gorge 4c est ménagée sous la tête 4b de la vis pour recevoir
ladite
cosse 5 en fin de vissage, celle-ci étant ainsi rendue pratiquement
imperdable.
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Au préalable et de manière facultative, on peut prévoir au moins une rondelle
antifriction 6 entre la tête 4b de la vis et la cosse 5.
Par exemple, la vis présente un diamètre d'environ 10 mm 0,1 et le
manchon un diamètre intérieur d'environ 8,10 mm 0,1 et d'une manière plus
générale, le diamètre intérieur du manchon est inférieur d'environ 16 à 22%
par
rapport au diamètre de la vis autotaraudeuse, soit inférieur d'environ 10 à
15% au
diamètre préconisé par le fabricant de la vis autotaraudeuse pour une
utilisation
classique.
Toujours à titre d'exemple, la dureté de la matière utilisée pour la bague est
d'environ 20 à 30 da N/mm2.
Les inventeurs on en effet trouvé qu'en choisissant les bons diamètres et la
bonne matière, on pouvait tarauder et en même temps déformer la bague.
A partir de la figure 1, qui montre le début du vissage de la vis 4 dans la
bague 3, facilité au début par le chanfrein 3c de la bague qui assure un
guidage de la
vis, on poursuit le vissage et comme le montrent les figures 4 et 5, la bague
se
déforme progressivement et gonfle pour venir s'appliquer avec force sur la
paroi
intérieure du trou 2 du rail 1.
En outre, au fur et à mesure de cette déformation obtenue grâce à la vis
autotaraudeuse, l'épaisseur du manchon 3a diminue et en fin de vissage (figure
6),
lorsque la tige 4a débouche de l'autre côté du rail 1, celle-ci repousse la
matière de la
bague à l'extérieur axialement et radialement comme le montre bien ladite
figure 6. De
cette manière, on assure une parfaite conduction de la connexion électrique
ainsi
réalisée tout en renforçant le maintien de la bague 3 dans le trou 2.
Pour faciliter le maintien en rotation de la bague 3 au cours du vissage de la
vis 4, la collerette 3b présente sur son pourtour des stries ou au moins deux
pans
coupés ou encore une forme polygonale de manière à pouvoir être maintenue en
rotation par un outil telle une clé plate, sachant qu'au fur et à mesure de la
progression de la vis, le couple de vissage augmente et la bague est vite
bloquée
sans qu'il soit nécessaire de la maintenir plus longtemps.
Pour bien assurer un contact étroit de la cosse 5 sur la collerette 3b, on
applique un couple de serrage prédéfini (par exemple 40 N/m), ce qui peut être
aisément obtenu au moyen d'une clé dynamométrique.
En décrivant l'insert selon l'invention, on a en même temps décrit le procédé
de mise en place tel que mentionné ci-avant et dans les revendications.
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On comprend qu'un tel insert peut être posé de manière simple, dans un trou
éventuellement borgne, sans qu'il soit nécessaire d'avoir accès aux deux côtés
de
l'élément, tout en assurant un excellent contact électrique et un assemblage
réversible
de la vis dans la bague. Par ailleurs, on obtient une bonne tenue aux
vibrations et au
desserrage.
De nombreuses applications sont possibles en dehors de celle décrite ci-
avant à titre d'exemple et notamment dans le domaine de la mise à la masse et
du
blindage de boîtiers électriques ou électroniques.
