Brevet FR2353121A1 — publié le 19771223

L'invention concerne un câble électrique a structure coaxiale. Un tel câble est constitué par une âme métallique entourée par une enveloppe isolante ou "manchon" généralement constituée par un haut polymère organique tel que le polyéthylene ou le po2ytétraf luoéthylène, beaucoup plus déformable que les métaux nais peu compressible. Ce manchon est entouré par une gaine qui peut être constituée par une tresse métallique facilement dilatable mais l'invention s 'applique au cas où elle est constituée par un tube métallique peu dilatable dans les conditions habituelles.De tels câbles peuvent être utilisés à divers usages tels que la transmission de signaux électriques, notamment de haute fréquence, I'impédance du dMie devant alors être bien constante, et le chauffage par résistance, l'rne étant alors faite d'un métal résistif et le manchon isolant ne devant pas présenter une trop forte résistance à l'écoulement du flux thermique de Ne jusqu'au tube métallique. Dans tous les cas ozt l'on utilise des tronçons de câbles courts, il est souhaitable que les divers éleents du câble soient fermement solidarisés les uns des autres dans le sens longitudinal. Pour obtenir notamment une bonne solidarisation du tube métallique sur le manchon, on fait subir a ce tube un rétreint, c' est-ad ire une legere diminution de diamètre qui l'applique fermement contre la surface externe du manchon et entraîne, par serrage, une solidarisation longitudinale suffisante. Encore faut-il pour cela que le manchon présente une résistance suffisante a la diminution de diamètre, ce qui est le cas lorsqu'il est plein. I1 n'en est pas de même dans le cas des câbles de télécommunication dits "aérés" dont le manchon isolant comporte une forte proportion d'air, par exemple 70%, destinée à augmenter la vitesse de propagation des signaux. La constante diélectrique de l'air est en effet beaucoup plus faible que celle des polymeres organiques utilisés comne isolants. De tels câbles présentent en outre l'incon dénient de s'écraser facilement notamnent lorsqu'on les courbe. I1 serait certes possible d'éviter cet écrasement en choisissant une forte rigidite pour la gaine métallique, mais cela empêcherait de courber le câble. La présente invention ne s'applique pas a de tels câbles.Elle s'applique seulement a des cibles qui peuvent être facilement courbés sans risque d'écrasement et dans lesquels la vitesse de propagation des signaux élecriques est pratiquement déterminée par la nature du polymere organique constituant le manchon, de la mye manière que dans les cables a manchon isolant plein. Ces derniers présentent d'autres inconvénients : Lorsqu'ils s'échauffent, par exemple lors d'une surintensité, ou lors d'une soudure, la dilatation du polymère organique du manchon est beaucoup plus forte que celle de la gaine métallique.Il peut en résulter, si le cable est court, un fluage plastique de ce polymère organique, qui sort alors par les deux extrémités du câhle. La déformation est irreversible et, anres refroidissement, les caractéristiques électriques du câble restent définitivement altérées. Si le câble est long, il peut être détruit par éclatement de la gaine metaXlique. Un autre inconvénient tient à la difficulté de fabrication d'un tel cable si l'on veut obtenir en tous points une honne adhérence du tube constituant la gaine métallique sur le nanchon isolant. On ne peint éviter des irrépularitss de d trie pour le manchon, de titane que pour le tube métallique qui Ce tube doit avoir au départ un dianètre interne lég rement supérieur à celui du manchon de faucon à pouvoir être enfilé autour. Il subit ensuite un rétreint qui l'amène à son diamètre final souhaité. Si ce diamètre final est choisi trop grand nar rapport au diamètre du manchon, la gaine n'adhérera pas sur le manchon. S'il est choisi trop netit le matériau du manchon dera s'écouler plastiquement selon la longueur du cable et il en résultera d'autres inconvénients : - l'âme métallique risque d'être sollicitée au point de se rétrécir, voire de se rompre, - la forte pression interne existant déjà à température ambiante deviendra rap i- dement dangereuse par échauffement, provoquant des gonflements et éclatements prématurés. On est donc emmené à déterminer les diamètres du manchon isolant du tube métallique avec une grande précision, ce qui est coûteux. La présente invention a pour but la réalisation simple d'un cable électrique à structure coaxiale qui comporte une gaine constituée d'un tube métallique et qui puisse être facilement courbé sans risque d'écrasement, tout en étant capable de supporter sans détérioration un échauffement important, par exemple jusqu a 2500C et ce sans altération permanente appréciable des caractéristiques (géométriques, mécaniques, électriques) après retour à température ambiante. Elle a pour objet un cable électrique à structure coaxiale comportant - une âne métallique - un manchon isolant facilement déformable entourant cette âme, la périphérie de ce manchon étant creusée d'au moins une dépression parcourant la longueur du cable, - une gaine métallique plus difficilement déformable en forme de tube a section circulaire entourant ce manchon et s'appuyant sur la partie de la périphérie de celui-ci dépourvue de dépression de telle sorte qu'un intervalle vide subsiste dans chaque dépression entre son fond et la surface interne de ce tube, caractérisé par le fait que le ou l'ensemble desdits intervalles vides occupe une fraction comprise entre 1% et 10% de la section intérieure de la gaine. Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'un cable électrique a structure coaxiale comportant les étapes suivantes - on met en place un manchon isolant autour d'une âme métallique, ce manchon étant constitue d'un matériau à déformation plastique facile, - on enfile autour de ce manchon un tube métallique a déformation plus difficile, - et on rétreint ce tube de manière à diminuer son diamètre jusqu'à sa valeur finale, et à le mettre en appui par sa surface intérieure contre la surface extérieure du manchon, et à constituer ainsi une gaine solidaire de ce manchon, procédé caractérisé par le fait que lorsqu'on met en place le manchon isolant, on lui donne une forme dans laquelle des plats ou des dépressions sont réparties sur sa périphérie en étant séparées par des protubérances, le fond de ces dépressions étant à une distance de l'axe inférieure au rayon intérieur de la gaine métallique du cable fini, le sommet de ces protubérances étant à une distance de l'axe supérieure à ce même rayon intérieur, de manière à ce que lorsqu'on rétreint ensuite le tube métallique il en résulte un écrasement permanent, quoique partiellement réversible des protubérances sans changement sensible de l'aire de la section du manchon isolant entourant l'ane métallique. A l'aide des figures schématiques I et 2 ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif un mode de mise en oeuvre de l'invention. Les éléments qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont désignés par les mêmes signes de référence. La figure I représente une vue en coupe d'un câble selon l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe du cable de la figure 1 au cours de sa fabrication, avant l'opération de rétreint qui doit l'amener à son diamètre final. Le câble représenté à titre d'exemple non limitatif sur la figure 1 est destiné à la transmission de signaux à des fréquences qui peurent être, par exemple, de plusieurs-gigahertz et à une vitesse qui peut être sans inconvénient inférieure à celle des ondes radioélectriques dans l'air.La vitesse dans ce cable est environ 210 000 km/Sec. il est constitué par une âme de cuivre (argenté) 2, d'un diamètre de 1,65 mm entourée par un manchon isolant 4 constituée de polytétrafluoréthylène. Ce matériau peut en effet supporter des températures relativement élevées, telles que 250 C. Ce manchon est lui-mXme entouré par une gaine constituée par un tube de cuivre 6 à section circulaire d'un diamètre intérieur après rétreint voisin de 5,3 et d'une épaisseur de 0,5 mm environ. Le manchon 4 est creusé à sa périphérie par six dépressions telles que 8, régulièrement réparties autour de l'axe du câble et laissant entre elles des zones de contact telles que 10 au niveau desquelles le manchon est serré par le tube 6. Ces zones de contact occupent ewiron le tiers du périmètre intérieur du tube. Elles pourraient en occuper une fraction plus grande ou moins grande qui semble cependant devoir être de préférence comprise entre trois quarts et un quart. Les intervalles 12 subsistant dans les dépressions 8 entre le tube 6 et le manchon 4 contiennent de l'air (qui peut être évacué sous vide) et occupent moins de 102 de l'aire de la section intérieure du tube 6, par exemple 5x. L'aire totale à froid de ces intervalles est choisie de manière à ce que, lorsque le cable est porté à la température maximale prévisible, la dilatation thermique du manchon 4 les remplisse à peu près complètement. La profondeur des dépressions 8 est de préférence inférieure à 10% du rayon du cercle intérieur du tube 6. Les dépressions 8 peuvent s'étendre en ligne droite parallèlement à l'axe du câble. Elles peuvent cependant aussi s'étendre selon des hélices tournant autour du manchon 4. Le câble qui vient d'être décrit peut être fabriqué de la manière suivante on dispose d'abord un manchon isolant 14 (figure 2) autour de l' me conductrice 2, par extrusion de polytétrafluoréthylène dans des conditions convenables, selon une technique bien connue. On donne à ce manchon, à l'extrusion ou par usinage ultérieur, une forme comportant six dépressions telles que 16 séparées par six protubérances telles que 18. Le rayon définissant la position des sommets de ces protubérances c 'est-à-dire leur distance à l'axe du cable, peut être supérieur d'environ 104 à celui du fond des dépressions 15, lui-nême plutôt inférieur à celui du fond des dépressions 8 du câble fini.On voit que cette différence de 10% est égale au double de la différence de 5X entre le rayon des zones de contact 10 et celui du fond des dépressions 8, dans le cable fini (figure 1). Ce rapport entre ces différences semble devoir être approximativement respecté dans d'autres modes de réalisation de l'invention. La forme du manchon 14 peut être obtenue en réalisant I'extrnsion de ce manchon à travers une filière de forme convenable. Il est également possible de réaliser une forme différente mais équivalente en ce qui concerne la mise en oeuvre de l'invention, en réalisant l'extrusion du manchon à travers une filière circulaire et en usinant ensuite des facettes planes ou des sillons à la périphérie du manchon. Quelque soit le mode de réalisation du manchon 14, l'aire de sa section est choisie égale à celle du manchon 4 du cable fini. On enfile ensuite un tube de cuivre 20 autour du manchon 14. Ce tube a un diamètre suffisant pour permettre cette opération, c'est-à-dire que ce diamètre est supérieur à celui du tube 6 du cable fini. On réalise enfin par une technique bien connue, (étirage, martelage...) un rétreint de ce tube, c'est-à-dire que l'on diminue son diamètre afin de réaliser le câble représente sur la figure 1. Cette opération produit une déformation du matériau isolant permanente, partiellement réversible lors des échauffements ultérieurs, les protubérances 18 s'écrasent, de manière à former des zones de contact 10 avec une aire suffisante pour éviter que le cable fini ne s'écrase lorsqu'on le courbe dans les conditions habituelles. Ce procédé de fabrication permet d'assurer de façon simple et en tout point la solidarisation longitudinale du tube 6 sur le manchon 4. Il est fréquemment nécessaire que le câble fini présente les mêmes caractéristiques électriques qu'un cable classique à manchon isolant plein dont la gaine métallique serait constituée par un tube de mânes dimensions que le tube 6. Dans ce cas on choisit, selon l'invention, une tme 2 de diamètre un peu supérieur à celle de l'aine du cable classique afin de conserver la nême valeur de l'impédance du câble.Les formules classiques de calcul d'impédance montrent la faible section d'air et sa situation périphérique permettent de satisfaire les tolérances d'impédance d'un câble construit de manière classique, moyennant des modifications de géométrie pratiquement imperceptibles et autorisant l'interchangeabilité. Si l'impédance d'un cable fini apparait un peu trop forte il est facile de l'ajuster en réalisant une nouvelle opération de rétreint pour diminuer un peu le diamètre du tube 6. Les câbles selon l'invention sont donc facilement compatibles avec les appareils et connecteurs correspondant aux normes habituelles. Le câble selon l'invention présente les avantages suivants, en plus de ceux de câbles classiques à manchons isolants pleins - facilité de fabrication, - facilité d'ajustement de l'impédance, - absence de gonflement de la gaine pouvant entraîner l'éclatement et d'écoulement plastique de l'isolant au soudage ou à température de service élevée (jusquà 2500C éventuellement). - reversibilité de l'impédance et de l'adhérance dans une large plage de température. Il en résulte une grande fiabilité non seulement dans la fabrication, mais aussi dans de nombreux emplois notamment dans les engins spatiaux où l'absence d'atmosphère gazeuse entraîne une mauvaise évacuation de la chaleur et par conséquent des zchauffements particulièrement forts. Le procédé décrit ci-dessus permet également de réaliser un câble chauffant dans les mêmes conditions, en choisissant une âme résistive, et sans tenir compte des caractéristiques relatives à la transmission des signaux liées au rapport des diamètres de l'amie et de la gaine. REVEND ICAT IONS il Cable électrique à structure coaxiale comportant - une âme métallique (2) - un manchon isolant facilement déformable (4) entourant cette âme (2), la périphérie de ce manchon étant creusée d'au moins une dépression (8) parcourant la longueur du cable - une gaine métallique plus difficilement déformable en forme de tube a section circulaire (6) entourant ce manchon (4) et s'appuyant sur la partie de la péri phérie de celui-ci depourvue de dépression de telle sorte ou'un intervalle vide subsiste dans chaque dépression entre son fond et la surface interne de ce tube, caractérisé par le fait que l'ensemble desdits intervalles vides (12) occupe une fraction comprise entre 1t et 10X de la section intérieure de la gaine (6). 2/ Cible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la profondeur de chaque intervalle (12) mesurée radialement est inférieure à 10% du rayon intérieur de la gaine métallique (6). 3/ Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la gaine métallique (6) s' appuie sur le manchon isolant (4) par au moins le quart de son périmètre interne. 4/ Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que plusieurs intervalles (12) sont régulièrement répartis autour du manchon (4), la gaine métallique (6) s'appuyant par au moins le quart de sa surface interne sur les zones de contact (10) subsistant entre ces intervalles (12). 5/ Câble selon la revendication 4, dans lequel le manchon (4) est constitué de polytétrafluoréthylène et la gaine métallique (6) de cuivre. 6/ Câble selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le diamètre de l'3me (2) est inférieur au tiers du diamètre intérieur de la gaine (6). 7/ Procédé de fabrication d'un câble électrique à structure coaxiale comportant les étapes suivantes - on met en place un manchon isolant (14) autout d'une âme métallique (2), ce manchon étant constitué d'un matériau à déformation plastique facile, - on enfile autour de ce manchon (10) un tube métallique (20) a déformation plus difficile, - et on rétreint ce tube (20) ce manière à diminuer son diamètre jusqu'à sa valeur finale, et à le mettre en appui par sa surface intérieure contre la surface extérieure du manchon (14) et à constituer ainsi une gaine (6) solidaire de ce manchon (4), procédé caractérisé par le fait que lorsqu'on met en place le manchon isolant (14), on lui donne une forme dans laquelle des plats ou des dépressions (16) sont réparties sur sa périphérie en étant séparées par des Drotuhérances (18), le fond de ces dépressions (16) étant à une distance de l'axe inférieure au rayon intérieur de la gaine métallique (6) du cable fini, le sormet de ces protubérances (18) étant à une distance de l'axe supérieure à ce mne rayon intérieur, de manière à ce que lorsqu'on rétreint ensuite le tube métallique (20) il en résulte un écrasement des protubérances (18) sans changement sensible de l'aire de la section du manchon isolant (14, 4) entourant -l'âme métallique (2). 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'aire de la section du manchon isolant (14) entourant l'âme métallique (2) est choisie entre 905 et 99% de l'aire de la section intérieure de la gaine métallique (6) du câble fini. 9/ Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit manchon (14) est constitué de polytétrafluoréthylène et ledit tube métallique (20) de cuivre.