Brevet FR2497392A1 — publié le 19820702

Le secteur technique de l'invention est celui des câbles électro-tracteurs. On sait que de tels câbles ont une double fonc- tion. D'une part, ils supportent un effort de traction qui est appliqué à leurs deux extrémités ou au passage sur des poulies ou des tambours; d'autre part, ils transmettent de l'énergie électrique soit pour fournir de la puissance à un appareil situé à l'une des extrémités, soit pour acheminer des informations dans un sens ou dans l'autre. Pour les câbles à hautes performances et dans l'état actuel de la technique, chacune de ces deux fonc- tions est remplie par un composant du câble de type différent. Une bonne résistance à la traction est assurée par une armure ou nappe constituée de fils métalliques (acier, bronze) ou de fibres naturelles (chanvre, manille) ou synthétiques (verre, Aramide). Une bonne conductibilité électrique s'obtient avec des fils ou des tresses en cuivre ou en aluminium. On utlise également, pour la transmission d'informations, des fibres optiques (verre, silice) relayées à leurs extrémités par des coupleurs opto-électroniques. Des tresses métalliques réalisent en outre un blindage des conducteurs vis-à-vis des champs électro-magnétiques parasites. D'autres com- posants en matières plastiques assurent les isolements électriques, les propriétés diélectriques, la résistance à la corrosion et l'étanchéité nécessaire suivant les applications. Enfin, les câbles électro-tracteurs sont _30 équipés à leurs deux extrémités d'une part d'attaches mécaniques ("chaussettes", embouts) d'autre part de connecteurs électriques, éventuellement associés à des coupleurs opto-électroniques. Les câbles électro-tracteurs connus présentent des inconvénients. Au cours de leur utilisation, les câbles électro-tracteurs sont soumis, outre à l'effort de traction nominal, à des contraintes mécaniques qui peuvent être extremement sévères: passage sur des poulies ou des tambours créant des tensions et des flexions alternées en plusieurs directions, écrasement sur des tambours de stockage, à-coups de traction, vibra- tions de traction ou de flexion. Les câbles électro-traeteurs connirîs ont une constitution très hétérogène et généralement sans parfaite symétrie axiale. Si 'es compoants métalliques offrent sur leur épa,'seur ou leur diamètre des précisions de l'ordre du centième/millimètre, 2F composants plastiques sont au mieux dimensionnés au dixième de millimètre. Il en résulte que les nappes de fils ou fibres travaillent dans de mauvaises conditions et, par suite, protègent mal les conducteurs en cuivre ou aluminium. Les divers fils métalliques s'étirent, forment des boucles et se coupent. Les fils d'acier coupés percent les gaines prévues pour l'étanchéité. En conséquence, il est reconnu que les câbles électro-tracteurs ne présentent jamais une grande endurance. Or il ntest pas toujours possible de séparer les deux fonctions en deux câbles distincts: un câble électrique et un câble de traction. Dans beaucoup d'applications, les deux câbles doivent 8tre très proches l'un de l'autre et, qu'ils soient places dans l'air ou immergés, les risques d'emmêlement sont excessifs, particulièrement dans les cas o interviennent les vents ou les courants. D'autre part, dans de nombreux cas, les câbles électro-tracteurs sont utilisés immergés soit statique- ment soit en remorquage et ils sont ainsi soumis à des courants. La résistance hydrodynamique, qui est la principale cause de l'effort de traction dans ces câbles, est proportionnelle à leur diamètre et l'on constate qu'elle est souvent trop élevée pour les câbles connus. L'invention a pour but de créer un câble électro-tracteur qui ne présente pas les inconvénients mexitionnés et se distingue par une grande endurance mécanique et une faible résistance hydrodynamique. L'invention a donc pour objet un câble électro-tracteur conçu pour transmettre des efforts de traction mécanique et des courants électriques et comportant au moins une nappe de fils métalliques (pouvant être câblés en toron") /qui lui confère sa resistance mécanique vis-à-vis desdits efforts de traction et est reliée mécaniquement, à chaque extrémité du câble, à un embout terminal d'ancrage. Selon l'invention, un tel câble est caracté- risé par le fait que chaque nappe de fils qu'il ren- ferme est électriquement isolé, que sa liaison mécanique respecte son isolement électrique et qu'elle peut véhiculer un courant électrique, étant reliée électri- quement, à chaque extrémité du câble, à un conducteur électrique d'entrée ou de sortie dudit courant électrique. Ainsi, dans un câble selon l'invention, ce sont les mêmes éléments constitutifs du câble, savoir les nappes de fils métalliques (par exemple en acier) qu'il contient, qui remplissent la double fonction du câble: supporter l'effort de traction et transmettre le courant électrique. Des conducteurs spéciaux en cuivre ou en aluminium deviennent donc inutiles pour acheminer le courant électrique que doit transporter le câble. De la suppression de ces conducteurs résulte un câble de très grande endurance, du fait de son homogénéité, de structure très ample et compacte et de coût réduit. L'utilisation du câble selon l'invention impose une condition. Les câbles électro-tracteurs connus comportent en général un grand nombre de conduc- teurs en cuivre isolés les uns des autres pour iemplir des fonctions distinctes, les unes d'alimentation électrique, les autres de transmission de divers signaux. Avec seulement deux nappes de fils. ou guère plus, il est nécessaire, pour assurer ces fonctions multiples, d'utiliser, aux deux extrémités du câble, des équipements électroniques de logique séquentielle ou de multiplexage. Mais ces techniques sont désormais bien connUes. La conductibilité électrique de l'acier, environ dix fois inférieure à celle du cuivre, n'est pas un inconvénient, car on a dans le câble une section d'acier beaucoup plus que dix fois supérieure à celle que l'on aurait avec des conducteurs en cuivre. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, il importe, dans le câble électro-tracteur selon l'invention, que les attaches mécaniques nécessaires à ses extrémités y assurent la séparation électrique entre les diverses nappes conductrices du câble, par ailleurs isolées par des couches de matière isolante sur toute la longueur de celui-ci. Dans le cas d'un câble comportant une ou plusieurs nappes dont la liaison mécanique s'effectue par coincement fils ou et auto-serrage des extrémités des/torons métalliques entre la surface interne de forme conique qu'offre l'embout terminal d'ancrage et une pièce conique centrale engagée à force, il convient que la ou les nappes soient cylin- driques et disposées coaxialement dans le câble (disposition d'ailleurs avantageuse dans tous les cas), que chaque nappe soit électriquement isolée et que les extrémités de ses fs ou torons soient insérées entre une pièce conductrice en forme de c8ne mâle et une pièce isolante en forme de cône femelle, le conducteur de liaison électrique correspondant (qui assure l'entrée ou la sortie du courant) étant connecté à ladite pièce conductrice. Dans une forme d'exécution particulière, un câble selon l'invention comporte alors deux nappes cylin- driques coaxiales de fils métalliques, isolées électri- quement l'une de l'autre, dont chacune est reliée mécani- quement et électriquement à chaque extrémité du câble par un ensemble de liaison comprenant, de l'extérieur vers l'inté- rieur, l'embout d'ancrage mécanique, une première douille conique isolante, l'extrémité de la nappe externe dénudée et déployée en cône, une douille conique conductrice, une deuxième douille conique isolante, l'extrémité de la nappe interne également dénudée et déployée en cène, et un cône conducteur constitué par la pièce conique eentrale précitée, les deux conducteurs de liaison électrique correspondants étant connectés respectivement à ladite douille conique conductrice et à ladite pièce conique centrale. Dans une première variante d'un ensemble de liaison mécanique et électrique du cable, on ne fait pas appel à des douilles coniques d'autoserrage, mais l'extrémité de chaque nappe de fils du câble est sertie ou soudée une bague qui assure une liaison électrique entre les fils de la nappe et à laquelle est connectée le conducteur de liaison électrique correspondant et, en vue de la liaison mécanique du câble, les fils,à ______ épanouis et formés en crochets, sont emprisonnés dans une matière isolante liée à l'embout terminal d'ancrage. Dans une autre variante de réalisation, l'agen- cement de liaison mécanique est distinct de l'agencement de liaison électrique. Les extrémités des fils du câble sont reliées seulement électriquement et, en vue de sa liaison mécanique, le câble est entouré sur une grande longueur par de gros fils métalliques préformés en hélice et attachés dans l'embout terminal d'ancrage par coincement entre la surface interne de forme conique qu'offre ledit embout et une pièce conique centrale engagée à force. De préférence, le ou les conducteurs de liaison électrique à la nappe ou aux nappes de fils du cible sont issus d'un câble électrique prolongeant le câble électro-tracteur et fixé mécaniquement à l'embout terminal d'ancrage. Dans le cas o le câble doit transmettre un débit d'informations très élevé, par exemple pour des images de télévision, des nappes conductrices de gros diamètre ne conviennent pas. L'impédance caractéristique du câble, qui contient relativement peu de matériau diélectrique, est faible et l'atténuation serait excessive. Pour une telle utilisation, le câble est avantageusement complété par une ou plusieurs fibres optiques contenues à l'intérieur d'une gaine. Le câble peut alors comporter axialement un câble optique à une ou plusieurs fibres qui traverse coaxialement la pièce conique centrale éventuellement utilisée et se prolonger dans ledit câble électrique soit par un autre câble optique, avec interpo- sition d'un coupleur optique, soit par des conducteurs électriques, avec interposition d'un coupleur optô- éledtraUque logé dans l'embout terminal. La description qui va suivre, en regard de la planche unique de dessins annexés à titre d'exemple nor. limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique, tout en indiquant de multiples variantes possibles. La figure 1 représente en section transversale un cfble conforme à l'invention dans un mode de réalisation préféré. La figure 2 représente en coupe longitudinale, à échelle deux fois plus petite, un embout mécanique de ce câble, également conforme à l'invention et dans un mode de réalisation préféré. Le câble 5 représenté comporte, du centre à la périphérie, une armure ou nappe interne 1 constituée par exemple par 7 torons de chacun 19 fils en acier galvanisé, en acier inoxydable ou en bronze, une couche d'isolation 2 en matière plastique tel que polyéthylène, polypropylène, PVC, polyuréthane, polytétrafluoréthylène, etc, une armure ou nappe externe 3 constituée par exemple par 25 torons de chacun 19 fils métalliques, comme ci-desEus mais moins gros, et ung gaine extérieure 4 isolante et protectrice en matière plastique, comme ci-dessus. Dans le cas représenté, les surfaces en section des deux nappes sont égales, de telle sorte que ces dernières offrent sensiblement la même résistance mécanique en traction et la même conductance électrique. Les deux nappes 1 et 3 sont assemblées de préférence en hélice de sens opposés, de telle manière qu'un effort de traction appliqué au câble 5 ne se traduise pas par un couple de torsion (câble "anti-giratoire"). Si le câble doit être immergé, la gaine extérieure 4 est de préférence étanche pour conserver dans ce cas ses qualités d'isolation. S'il doit être immergé en mer, le câble 5 peut se limiter à la nappe interne 1 et à la couche isolante 2, le retour électrique se faisant par l'eau de mer, à l'aide d'électrodesconsommables. A l'opposé, la nappe interne 1 peut être remplacée au moins partiellement par des conducteurs simples, des coaxiaux, des paires ou des quartes, assemblés de diverses manières. Une disposition intéressante consiste à remplacer le toron central la la nappe interne 1 par un câble optique lb. Celui-ci peut comporter une fibre ou plusieurs fibres séparées optiquement, formant chacune une hélice et coulissant librement à l'intérieur d'une gaine, pour supporter sans contraintes les allongements et flexions de l'ensemble du câble. Un câble 5 ainsi constitué, avec des fibres optiques au centre, peut supporter des efforts de traction et des contraintes mécaniques importantes, en étant antigiratoire, et trans- mettre de la puissance électrique et des informations à basse fréquence par ses deux nappes de torons 1 et 3 et des informations à base fréquence et haute fréquence dans les deux sens par ses fibres optiques axiales. La figure 2 montre l'ensemble de liaison placé à une extrémité du câble 5 pour en assurer la liaison mécanique et la liaison électrique. Le câble 5 est engagé dans un embout terminal 6 auquel il est attaché, comme on va l'expliquer, afin d'appliquer l'effort de traction du câble à une structure ou à un véhicule. A l'autre extrémité de l'embout 6 sort un câble prolongateur 7 électrique ou opto-électrique, qui permet de transmettre l'énergie électrique ou les signaux qu'émet ou reçoit un appareil supporté par la structure ou le véhicule. L'embout 6, qui assure la liaison mécanique du câble 5, est fixé à la structure ou au véhicule par vissage, soit directement, soit de prérérence d'une manièr articulée au moyen de deux vis prenant appui dans des alvéoles 8 situés diamétralement sur l'embout, ou par l'intermédiaire d'un anneau de Cardan. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les torons ou les fils des nappes 1 et 3, dénudés sur une certaine longueur, sont attaches à l'embout 6 par auto- serrage entre deux cènes suivant une disposition. connue; toutefois, selon une particularité propre à l'invention, ils ne sont pas tous mis ainsi par serrage au même potentiel que la masse métallique de l'embout 6, mais au contraire chaque nappe reste isolée. Le corps de l'embout 6 constitue un cene femelle dans lequel est enfilée une douille conique isolante 9 en matériau plastique dur tel oue "RILSAN", "NYLON" technique "HOSTAFORM", "DELP2IN" tc. La tenue de cette douille dans le cCne peut 9tre améliorée par collage ou par striage de la surface du crne, La nappe externe 3 est serrée entre ce cène femelle ainsi isolé et une douille conique mixte 10/Il. La douille mixte est constituée par une douille métallique 10, de préférence en bronze, dans laquelle est enfilée une douille en matériau plastique dur 11. La tenue de la douille plastique dans la douille métallique est assurée par la pression due à l'enfoncement; elle est éventuellement améliorée par collage ou par striage de la surface intérieure de la douille métallique 10. La nappe interne 1 est serrée entre la douille mixte 10/ll et un cène mâle 12 métallique, de préférence en bronze. Ce c8ne peut comporter un canal axial pour laisser passer soit un câble optique lb, soit le toron métallique central la du câble. Dans ce dernier cas, le c8ne 12 comporte une ou deux fentes 13 pour assurer l'auto-serrage du toron central. L'opération de montage d'un embout 6 de liaison mécanique à chaque extrémité d'un câble 5 se déroule de préférence de la manière suivante. Le câble est dépouillé sur les longueurs voulues de ses gaines d'isolation extérieure 4 et intérieure 2. L'embout 6, préalablement équipé intérieurement de la douille isolante 9, est enfilé sur l'extrémité du câble. L'ensemble est maintenu vertical comme indiqué sur la figure 2 et l'embout 6 repose simplement sur la gaine extérieure 4 du câble. Les divers torons de la nappe externe 3 sont accrochés à un outillage spécial approprié tel qu'en appliquant un effort de traction vertical entre l'outil- lage et le câble 5 on soumet chaque toron à une même tension. La douille mixte 10/11 est ensuite enfilée entre la nappe externe 3 et la nappe interne 1 et, à l'aide d'un tube, elle est enfoncée avec un maillet à l'intérieur de la nappe externe 3 qu'elle applique fortement contre la surface intérieure formant c8ne femelle de l'embout 6. Ensuite, le c8ne mule 12 est enfoncé de la même manière à l'intérieur de la nappe interne 1, ses torons étant maintenus en tension par l'outillage spécial, en laissant passer le toron axial la ou le câble optique lb. La tenue mécanique de l'ensemble est éprouvée en décrochant les torons de l'outillage spécial et en appliquant l'effort de traction directement à l'embout mécanique 6, par exemple par deux vis vissées dans une structure et prenant appui dans les trous 8. La connexion électrique ou opto-électrique du câble électro-tracteur 5 est réalisée de la manière suivante. Les divers torons métalliques sont coupés au ras de l'embout 6 et leurs extrémités débordant des divers cônes sont recouvertes de gaines isolantes 14, par exemple en matière thermo-rétractable. Le câble prolon- gateur 7 peut être soit un câble existant comportant des conducteurs isolés 15, des gaines d'isolation et de protection 16 et 18 et éventuellement une tresse de tenue en traction 17, soit un câble de même type fabriqué spécialement au cours du montage, en particulier à l'aide de gaines thermorétractables. Dans le cas o le câble électrotracteur 5 comporte un câble optique central lb, celui-ci peut se continuer dans le câble prolongateur 7 conçu spécialement à cet effet, comme représenté, ou se terminer par un coupleur opto-é1ectronique logé dans l'embout mécanique 6 et connecté -à plusieurs conducteurs électriques du prolongateur 7o 4 Une rondelle isolante 20 et une rondelle métal- tsolee sur son pouroi lique épaulée 22/, percéei-e trous en nh-obre vouiu, sont enfilées sur les extrémités des torons des nappes 1 et 3 préalablement isolés et des conducteurs 15 préelablement dénudés à leurs extrémités. Les conducteurs 15 sont brases les uns dans dez trous aménages au bord de la partie métallique 10 de la douille mixte, les autres dans des trous semblablement amenages dans le c8ne mâle 12, de telle sorte qu'une continuité électrique à faible résistance est réalisée d'une part entre la nappe interne 1 du câble électro- tracteur 5 et un ou plusieurs conducteurs 15 du câble prolongateur 7, d'autre part entre la nappe externe 3 et un ou plusieurs autres conducteurs 15. Le câblage étant ainsi fait, un raccord 22 est vissé dans l'embout 6 pour venir appuyer la rondelle métallique 21 par son épaulement central sur le c8ne mâle 12 et assurer de cette façon que les divers cnes ne puissent pas, sous l'effet de chocs ou de vibrations, s'éloigner les uns des autres et libérer les torons du câble. Pour empocher un entraînement en rotation de la rondelle 21 quand on visse le raccord 22, celle-ci est dotée soit d'un ergot central en "tournevis" ancré dans une rainure du cène mrle 12, soit d'un ergot latéral coulissant dans une rainure aménagée en direction axiale dans le taraudage de l'embout 6. L'étanchéité entre l'embout 6 et le raccord 22 peut être assurée par un joint torique 23. Si le câble prolongateur 7 comporte une tresse de tenue en traction 17, celle-ci peut 8tre reliée soli- dement à l'embout mécanique 6. Selon un procédé connu, les fils de la tresse sont pincés entre, d'une part, une bague 24 et section semicirculaire entourant la gaine intérieure 16 du prolongateur et, d'autre part, des il portées coniques du raccord 22 et d'un grain de pression , le serrage étant effectué grâce à un écrou 26 vissé sur le raccord 22. Le montage de l'ensemble de liaison mécanique et électrique étant ainsi achevé, on peut injecter par deux orifices 28 une matière adhésive, tel que de l'Ariate, pour former une masse d'enrobage isolante 27 à l'intérieur de l'embout 6 de manière à améliorer la tenue mécanique, assurer l'étanchéité et la protection contre la corrosion et freiner les deux liaisons vissées. Aux extrémités du câble électro-tracteur 5 et du câble prolongateur 7, on confectionne avantageusement, selon un procédé connu, des manchons surmoulés 29 en matière plastique souple, tel que du polyuréthane, pour compléter l'étanchéité des cables 5, 7 et de l'embout mécanique 6 et protéger les câbles contre l'effet de flexic excessives. Tout en conservant le principe nouveau de la transmission électrique par une nappe de traction métalliqi on peut mettre en oeuvre l'invention d'une manière différen de celle qui est représentée sur le dessin. Les diverses douilles coniques et le c8ne mile peuvent être supprimés; des bagues sont serties ou soudée sur les divers torons des nappes 1 et 3 de manière, d'une part, à réaliser des shunts entre les torons d'une même nappe, d'autre part, à assurer la continuité électrique avec des conducteurs 15. En outre, selon une disposition connue, les fils de chaque toron sont épanouis et formés en crochets pour prendre appui directement dans la masse d'adhésif 27. Dans une autre variante, le câble 5 est entouré sur une grande longueur par des gros fils métalliques préformés en hélice et jointifs, qui sont attachés dans l'embout mécanique 6 par auto-serrage entre deux c8nes tels que 6 et 10. Le eâble prolongateur 7 est muni à son autre extrémité d'un connecteur électrique ou opto-électronique éventuellement étanche, permettant de raccorder le cible à un appareil, une structure ou un véhicule lié mécaniquement à l'embout mécanique 6. REVENDICATIONS 1.- Câble électro-tracteur conIU pour transmettre des efforts de traction mécanique et des courants élec- triques et comportant au moins une nappe de fils métal- on tre jblés entrorns liqu q rsaul connere sa réslsance mécanique vis-àvis desdits efforts de traction et est reliée mécaniquement, à chaque extrémité du câble, à un embout terminal d'ancrage, câble caractérisé par le fait que chaque nappe de fils - qu'il renferme est électriquement isolée, que sa liaison mécanique respecte son isolement électrique et qu'lle peut véhiculer un courant électrique, étant reliée électriquement, à chaque extrémité du câble, à un conduc- teur électrique d'entrée ou de sortie dudit eourant électrique. 2.- Câble électro-tracteur selon la revendi- cation 1, comportant une ou plusieurs nappes dont la liai- son mécanique s'effectue par coincement des extrémités fils ou des/torons métalliques entre la surface interne de forme conique qu'offre l'embout terminal d'ancrage et une pièce conique centrale engagée à force, caractérisé par le fait y1nc4r i qua2.. que la ou les nappes sont disposees coaxialement dans le câble, que chaque nappe est électriquement isolée et filsyou que les extrémités de ses/torons sont insérées entre une pièce conductrice en forme de cène mâle et une pièce isolante en forme de cène femelle, le conducteur de liai- son électrique correspondant étant connecté à ladite pièce conductrice. 3. - Câble selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte deux nappes/coaxiales de fils métalliques, isolées électriquement l'unede l'autre, dont chaclune est reliée mécaniquement et électriquement à enaque extrémité du câble par un ensemble de liaison comprenant, de l'extérieur vers l'intérieur, l'embout d'ancrage mécanique, une première douille conique isolante, l'extrémité de la nappe externe dénudée et déployée en c8ne, une douille conique conductrice, ure deuxième douille conique isolante, l'extrémité de la nappe interne également dénudée et déployée en cane, et un c8ne conducteur constitue par la pièce conique centrale précitée, les deux conducteurs de liaison électrique correspondants étant connectés respectivement à ladite douille conique conductrice et à ladite pièce conique centrale. 4.- Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'àl'extrémité de chaque nappe de fils est sertie ou soudée une bague qui assure une liaison électrique entre les fils de la nappe et à laquelle est connectée le conducteur de liaison électrique correspondant et que, en vue de la liaison mécanique du câble, les fils, ------------ épanouis et formés en crochets, sont emprisonnés dans une matière isolante liée à l'embout terminal d'ancrage. 5.- Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les extrémités de ses fils sont reliées seulement électriquement et que, en vue de sa liaison mécanique, il est entouré sur une grande longueur par de gros fils métalliques préformés en hélice et attachés dans l'embout terminal d'ancrage par coincement entre la surface interne de forme conique qu'offre ledit embout et une pièce conique centrale engagée à force. 6.- Câble selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que le ou les conduc- teurs de liaison électrique sont issus d'un câble électrique prolongeant le câble électro-tracteur et fixé mécaniquement à l'embout terminal d'ancrage. 7.- Câble selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte axialement un câble de trans- mission optique à une ou plusieurs fibres qui traverse coaxialement la pièce conique centrale éventuellement utilisée et se prolonge dans ledit câble électrique soit par un autre câble optique, avec interposition d'un coupleur optique, soit par des conducteur électriques, avec interposition d'un coupleur opto-électronique logé dans l'embout terminal.