Brevet FR2551252A1 — publié le 19850301

Cable de transport d'énergie électrique à un ou plu sieurs torons avec armature La présente invention concerne un câble électrique à un ou plusieurs torons, notamment de type flexible pour l'alimentation en courant d'utilisateurs à distance variable, comportant une armature placée pardessus l'âme, et un tressage ou un enveloppement de fils ainsi qu'un enrobage extrudé par-dessus comme gaine extérieure. Les câbles électriques de transport d'éner- gie comportent souvent, par-dessus l'ame une enveloppe dénommée "armature". Ces armatures constituées, par exemple, de bandes ou fils d'acier, ou également des couches tissées concentriques ont des rôles mécaniques les plus divers ainsi qu'un rôle électrique.Cette armature est ainsi destinée à protéger l'âme du câble et son enveloppe contre un endommagement par des chocs ou des pressions au cours du transport ou de la pose, mais également pour assurer qu'une sollicitation de traction trop élevée ne provoque pas un endommagement de l'âme. En outre, une armature a également parfois un rôle de bouclier, par exemple de protection contre l'induction afin d'éviter, dans des câbles ou installations juxtaposés, des tensions de courants de défaut ou de protéger un conducteur de sécurité. La protection mécanique de l'âme du câble est particulièrement difficile à réaliser, lorsque les câbles ou canalisations électriques doivent alimenter en énergie des utilisateurs éloignés. En effet, dans ce cas, les câbles ou canalisations sont soumis à des charges mécaniques les plus sévères, fortement variables, qui ne peuvent être contrôlées que difficilement, et ne sont pas toujours prévisibles. A cela s'ajoute le fait que l'armature ne doit pas influencer, ou du moins que d'une manière négligeable, la flexibilité du câble ou des canalisations. De tels cas sont, par exemple, les canalisations d'alimentation en courant pour des grues, des engins de levage, pelles mécaniques ou analogues, mais également des câbles pour des appareils de mines déplaçables pour lesquels sont imposées des conditions spéciales, par exemple du point de vue de leur résistance au déchirement avec une grande flexibilité. C'est ainsi que de telles canalisations d'alimentation sont soumises, en permanence en service, à des enroulements et des déroulements sur tambour, déviées par des poulies ou sinon guidées de manière imposée.En conséquence dans leur mode de réalisation habituel, les câbles ou canalisations sont pourvus d'armatures, par exemple sous la forme de nappes tressées concentriques ou de fils d'acier câblés en cordons, disposés par dessus l'âme, qui, dans le cas de forte sollicitation mécanique doivent éviter une sollicitation excessive des conducteurs et de l'ame. Tandis que des nappes de fibres tissées présentent, effectivement une grande résistance au déchirement et sont en mesure également de supporter des sollicitations en direction axiale, elles n'ont aucun effet à l'égard de sollicitations de chocs ou d'à-coups en direction radiale, de telle sorte que pour des câbles flexibles sollicités par des chocs et à-coups il est encore toujours nécessaire d'utiliser des armatures en fils d'acier. La couche de fils d'acier peut être recouverte par un bandage, par exemple constitué par une bande de laine de verre résistante à la flamme.Cependant, de telles bandes de laine de verre ne satisfont pas toujours, en raison de leur tendance aux cassures, aux conditions exigées, et cela indépendamment du fait que l'enveloppe de matière synthétique qui est prévue par-dessus ce bandage est disposée sans liaison sur l'armature et peut facilement éclater et s' ouvrir lors de contraintes de flexion du câble ou de la canalisation. La présente invention a en conséquence pour but de réaliser une possibilité pour s' opposer à des dégradations de câbles et canalisations résultant des contraintes importantes alternatives de flexion, traction ou torsion. Ce problème est résolu conformément à l'invention, caractérisée en ce que l'armature métalli- que, la nappe tressée ou le câblage d'enroulement sont reliés mécaniquement rigidement à la surface intérieure de l'enveloppe au moyen d'un produit d'adhérence. La liaison de forces sûre ainsi obtenue entre l'enveloppe extérieure et l'armature est atteinte grâce à la possibilité de choisir le produit d'adhérence, d'après les matériaux utilisés, par exemple pour la nappe tressée et pour l'enveloppe, et, le cas échéant, de l'adapter aux conditions spéciales imposées. La liaison par force entre l'armature et l'enveloppe peut être réalisée conformément à une appli cation de l'invention en disposant dans la structure de composition du câble, en-dessous de l'armature, notamment en-dessous de la nappe tressée, une bande adhésive, par exemple un adhésif collant par fusion. Cette bande peut consister elle-même en un support avec une couche d'adhésif sur un des côtés, ou sur chacun des côtés, ou constituée entièrement en matériau adhésif par fusion. Suivant une autre forme avantageuse de réalisation de l'invention, on utilise, comme moyen d'adhérence, une couche de caoutchouc non vulcanisé, disposée au-dessous de la nappe tressée ou du bandage de fils, avant ltapplication de l'enveloppe par extrusion. Cette couche en caoutchouc naturel ou de synthèse peut être disposée, comme couche extrudée par-dessus l'rame du câble, mais elle peut également consister en une bande enroulée sur l'âme. Dans ce dernier cas, il est particulièrement avantageux de prévoir que l'enroulement de bande est constitué en un caoutchouc auto-vulcanisant. Indépendamment de la constitution de cette couche de caoutchouc elle-même, il se produit, lors de l'apport de l'enveloppe extérieure sur la nappe tressée, sans la couche intermédiaire, un soudage du matériau de l'enveloppe avec la couche de caoutchouc disposée au-dessous de la nappe tressée ou de l'enroulement de fil, de telle sorte que la nappe ou l'enroulement sont enrobés par force. Pour cela le matériau de l'enveloppe et celui de la couche sont choisis pour s'accorder entre eux dans leurs propriétés. Dans le cas où le câble de l'invention est pourvu d'une enveloppe en caoutchouc pouvant être réticulé il est également prévu, conformément à l'invention, un produit de réticulation ajouté, comme moyen d'adhérence au mélange constituant l'enveloppe. Dans le cas d'apport de l'enveloppe par extrusion, les espaces intermédiaires de l'armature métallique sont alors remplis totalement avec le matériau de l'enveloppe. Lors de la vulcanisation ou de la réticulation du matériau de l'enveloppe effectuées ensuite, par réaction simultanée d'adhérence, du produit d'adhérence additionné au matériau de l'enveloppe, dans le cas par exemple, d'un surdosage de soufre dans le caoutchouc, l'armature se trouve intégrée par effet de force et de forme dans la partie inférieure de l'enveloppe.La liaison par exemple entre l'enveloppe et une nappe tressée métallique est alors tellement intense que le "tuyau souple" de la nappe ne peut plus être dilaté, de sorte qu'une réduction de son diamètre intérieur sous une contrainte de traction n'est plus possible. Mais ainsi, l'amie du câble peut se mouvoir librement dans une large mesure dans ce "tuyau souple protecteur" formé par la combinaison nappe tressée enveloppe, et en conséquence, suivre les flexions imposées au câble. La sécurité de fonctionnement du câble est ainsi considérablement accrue, même dans le cas de très fortes contraintes mécaniques, ainsi que sa flexibilité et sa possibilité d'enroulement sur tambour. Pour cette raison, de tels câbles conviennent particulièrement pour la mise en service dans des conditions sévères, par exemple pour l'alimentation en énergie dans les mines. Dans ce cas des endommagements au câble impliquant le remplacement de celui-ci sont la source de dépenses élevées, de telle sorte que ces câbles exigent une haute qualité et une longue durée de service. Un câble constitué conformément à l'invention apporte ainsi une contribution importante à la sécurité. Au lieu d'une nappe tressée, il est possible de prévoir, dans le même but, un enroulement avec des fils métalliques. Fréquemment, il peut également être avantageux de prévoir une couche de fil en forme de méandre ou de spires pour une incorporation rigide dans le matériau d'enveloppe, ou pour une liaison rigide avec celui-ci. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, l'enveloppe est constituée en un matériau stratifié essentiellement cohérent dont les couches sont soudées entre elles par fusion, et dont la couche la plus intérieure tournée vers l'armature concentrique remplit les intervalles libres de cette armature. La qualité et la durée de service d'un câble ou d'une canalisation ainsi constitués sont alors considérablement accrues. La couche d'enveloppe qui se trouve incorporée dans l'armature agit, entre les éléments individuels, par exemple les fils ou les bandes de cette couche, comme un produit lubrifiant. La production de gonflements locaux dans l'enveloppe lors d'une flexion du câble est évitée et la force de blocage entre enveloppe et armature, par exemple nappe tressée, qui est nécessaire pour permettre la traction de câble soumis à des sollicitations mécaniques élevées, reste conservée. Un autre avantage de l'enrobage, par exemple, d'une nappe tressée de fils métalliques, d'une armature dans une partie du matériau de l'enveloppe réside en ce qu'il ne se produit plus d'arrachement des fils de nappe ou des torons en leurs points de croisement sous l'effet de contraintes mécaniques permanentes. De tels fils individuels ainsi arrachés peuvent en effet pénétrer avec leurs extrémités dans l'rame du câble et donner lieu à des courts-circuits élastiques. En vue de satisfaire dans une mesure suffisante aux conditions exigées du point de vue flexibilité et possibilité d'enroulement sur tambour, il est prévu, conformément à l'invention, que l'enveloppe est composée de deux couches, soudées entre elles par fusion, constituées de caoutchouc naturel ou synthétique, et que les éléments individuels de l'armature concentrique sont enrobés dans la couche d'enveloppe qui est tournée vers l'armature. On obtient ainsi un effet particulièrement intense de lubrification, par exemple des fils de nappe. En conséquence, de tels câbles conviennent particulièrement à la mise en oeuvre dans des conditions de service très sévères, par exemple pour l'alimentation en énergie dans des exploitations minières. Dans ce cas, des endommagements de câbles qui impliquent un échange de ceux-ci, sont la cause de frais importants, de sorte que sont exigés des câbles de haute qualité et de longue durée de service. Un câble constitué conformément à l'invention avec une nappe métallique enrobée dans l'enveloppe en caoutchouc contribue considérablement à la satisfaction de ces exigences. Une canalisation décisive pour l'obten- tion des avantages apportés par le câble réside dans la fabrication de celui-ci. Conformément à l'invention, il est prévu, pour la solution de ce problème, que l'enveloppe, constituée en un matériau thermoplastique ou élastomère ou caoutchouc thermoplastique, est apportée sous la forme de deux couches, auquel cas la viscosité de fusion de la couche intérieure tournée vers l'armature est égale environ au tiers de la viscosité de fusion de la couche d'enveloppe extérieure.Lors de l'extrusion des couches d'enveloppe, avantageusement, en une seule opération avec un extrudeur à double tête, la masse fondue à viscosité la plus faible, pénètre facilement, par exemple dans la nappe métallique tressée utilisée comme armature, remplit tous les interstices libres, et assure en même temps une liaison intime avec la couche d'enveloppe extérieure elle-même. En vue d'assurer cette liaison, entre la couche d'enveloppe intérieure de remplissage de la nappe tressée d'armature et la couche extérieure de l'enveloppe, il est judicieux que les matériaux des deux couches soient constituées sur la base d'un même polymère. Les différences dans la constitution du mélange, qui conférent à la couche extérieure une plus grande résistance à l'usure de friction contre l'influence de forces mécaniques extérieures, sont insignifiantes. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention réside en ce que 1 'enveloppe en thermoplastes, ou élastomères, ou en caoutchouc thermoplastique est appliquée en deux couches, la viscosité de fusion de la couche intérieure tournée vers l'armature étant égale au tiers de la viscosité de fusion de la couche extérieu re d'enveloppe ;les couches d'enveloppe sont apportées en une seule opération de travail par un extrudeur à double tête. L'invention est expliquée ci-après à l'aide de deux exemples de câbles à tension moyenne représentés aux dessins annexés, respectivement dans les figures 1 et 2. Les conducteurs 1 du câble, constitué comme conducteur à torons, qui sont, en vue de l'accroissement de la flexibilité, câblés entre eux avec des petits tours de spires en spires égales, pour servir au transport d'énergie sont entourés par l'isolation 2, qui est constituée, par exemple, en un caoutchouc naturel ou de synthèse, ou encore en un caoutchouc du type thermoplastique. Dans le cas d'un câble à tension moyenne le conducteur 1 comprend la couche dite couche conductrice intérieure 3. Pour des câbles ou conducteurs à basse tension, cette mesure est superflue pour les problèmes de lissage de conducteurs prévus pour des motifs électriques. Par-dessus l'isolation se trouve la couche conductrice extérieure 4, qui est soudée intimement avec la surface extérieure de l'isolation s'ils'agit de câble à moyenne tension, ou qui est simplement extrudée sans liaison avec la surface de support s'il s'agit de câble ou canalisation à basse tension. La couche conductrice elle-meme peut être constituée par exemple en un copolymère d'acétate éthylène-vinyle, rendu conducteur par addition de suie. La référence 5 désigne des conducteurs de sécurité ou de surveillance constitués par un toron conducteur 6 et une enveloppe conductrice 7. Les éléments supplémentaires 8 qui servent à compléter la forme ronde ou l'rame sont constitués en caoutchouc ou matériau analogue au caoutchouc. En vue d'améliorer la flexibilité et d'accroltre la sécurité de fonctionnement, les espaces libres à l'intérieur de l'âme, c'est-à-dire les interstices entre les conducteurs d'énergie, les conducteurs de protection, les éléments complémentaires et analogues, sont remplis avec une graphite par exemple additionné de 2 % d'huile plastifiante, pouvant se répandre lors de son introduction et assurer une bonne adhérence. L'âme est entourée par une nappe de fibres conductrice 10 qui est de préférence lisse sur son côté tourné vers l'âme, en vue de permettre une certaine mobilité de l'âme. L'a me du câble est entourée par une couche, dite enveloppe intérieure li constituée par exemple en un mélange de caoutchouc réticulé. En outre, une nappe tressée 12 de fil d'acier à haute résistance est disposée sur l'âme, éventuellement après enroulement d'une bande constituée en une feuille de matière synthétique appropriée. Afin que les fils métalliques individuels de la nappe tressée ne se séparent pas, lors de grandes sollicitations de flexion et de traction en service, et que leurs extrémités endommagent le câble, l'enveloppe 13 qui entoure la nappe tressée 12 est constituée, par exemple, en un caoutchouc de type chloroprène, en deux couches 14 et 15 qui sont appliquées l'une sur l'autre en raison de la similitude de leur matériau de base et de leur soudage par fusion, de la manière non représentée, mais indiquée seulement par la ligne séparatrice en traitspoints. L'important est que la couche 14 a pénétré dans la nappe tressée 12 et que, par conséquent, les fils métalliques sont enrobés dans le caoutchouc agissant ainsi également comme moyen de lubrification.En vue de réaliser cette condition, on utilise, pour cette couche un caoutchouc à viscosité plus faible que celle de la couche extérieure. Ainsi, par exemple, la viscosité de la couche intérieure peut être égale à 50 à 90 Pa.s et celle de la couche extérieure à 140 à 180 Pa.s. Etant donné que les deux couches sont extrudées simultanément, il se produit déjà pendant l'extrusion un soudage de fusion entre les deux courants injectés pour réaliser une enveloppe "unitaire". La résistance mécanique et la flexibilité sont obtenues par le traitement ultérieur de réticulation du caoutchouc. La présente invention n'est pas limitée à des câbles ou conducteurs électriques avec enveloppe en caoutchouc. I1 est également possible de l'appliquer à des câbles avec du polychiorure de vinyle ou autres polymères, y compris le-urs copolymères. L'important est que la viscosité de la première couche d'enveloppe permette directement une pénétration dans l'armature et que la seconde couche d'enveloppe soit fondue ou soudée avec la première, afin que l'enveloppe et l'armature participent de la même manière à la transmission des forces. La figure 2 montre une forme de réalisation dans laquelle les éléments identiques sont pourvus des mêmes références que dans la figure 1. Au lieu des éléments complémentaires 8, peuvent être prévus éventuellement d'autres conducteurs dans la structure câblée. Les conducteurs ainsi insérés dans les espaces libres peuvent également être des groupes câblés, par exemple par paires. En vue d'assurer une liaison par pénétration de force et également dans une large mesure par engagement de forme entre la nappe tressée de fils métalliques 12 et l'enveloppe 13, constituée par exemple en caoutchouc chloroprène, il est prévu, directement endessous de la nappe tressée de fils 12, un enroulement d t une bande ou d'une feuille 16 constituée en un adhésif par fusion, ou une bande contenant un tel adhésif, par exemple en caoutchouc non vulcanisé, ou éventuellement en caoutchouc à auto-vulcanisation. Une autre variante de réalisation de l'invention consiste à renoncer à la couche 16 et, au lieu d'elle, de prévoir un matériau d'enveloppe avec un produit de réaction qui, après la pénétration dans la nappe tressée, par le matériau de l'enveloppe, assure, lors de la vulcanisation ultérieure, une liaison solide entre l'enveloppe et la nappe tressée quasi enrobée. REVENDICATIONS 10) Cable électrique à un ou plusieurs torons, notamment de type flexible, pour l'alimentation en courant d'utilisateurs à distance variable, avec une armature disposée au-dessus de l'âme, ainsi qu'une enveloppe extrudée par-dessus comme gaine extérieure, cable caractérisé en ce que l'armature métallique, c'està-dire la nappe tressée (12) ou l'enroulement ou le câblage de fils métalliques, est reliée rigidement avec la surface intérieure de l'enveloppe (13), mécaniquement au moyen d'un élément d'adhérence intermédiaire. 20) Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) est constituée en plusieurs couches (14, 15) de matériau essentiellement unitaire, les couches étant assemblées -entre elles par fusion et la couche d'enveloppe (13) tournée vers l'armature (12) remplissant les intervalles libres de l'armature. 30) Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'adhérence est constitué par une bande adhésive éventuellement sur ses deux faces, disposée au-dessous de la nappe tressée métallique (12). 40) Câble suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la bande adhésive est une bande auto-adhésive; 50) Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'adhérence disposé audessous de l'armature métallique (12) est constitué par une couche de caoutchouc non vulcanisée avant 1 'extrusion de l'enveloppe. 60) Câble suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de caoutchouc est constituée par l'enroulement d'une bande. 70) Câble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la bande de l'enroulement est constituée en un matériau de caoutchouc auto-vulcanisant. 80) Câble suivant la revendication 1, avec une enveloppe en caoutchouc réticulable, caractérisé en ce que le moyen d'adhérence est constitué par des pro- duits de réaction ajoutés au mélange de l'enveloppe. 90) Câble ou conducteur suivant la revendication 2 du type flexible, caractérisé en ce que l'enveloppe se compose de deux couches (14, 15) soudées entre elles par fusion, en caoutchouc naturel ou synthétique, et les éléments individuels de l'armature (12) concentrique sont enrobés dans la couche d'enveloppe (13) tournée vers l'armature. 100) Procédé de fabrication d'un câble ou canalisation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (13) en thèrmoplastes, ou élastomères, ou en caoutchouc thermoplastique est appliquée en deux couches (14, 15), la viscosité de fusion de la couche intérieure tournée vers l'armature (12) étant égale au tiers de la viscosité de fusion de la couche extérieure d'enveloppe. 110) Procédé de fabrication suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les couches d'enveloppe sont apportées en une seule opération de travail par un extrudeur à double tête.