Brevet FR2696580A1 — publié le 19940408

TITRE DE L'INVENTION PROCEDE DE FABRICATION DE CABLES ELECTRIQUES EN PAIRES TORSADEES POSSEDANT DES CONDUCTEURS DE LONGUEURS EGALES/ ET CABLES ELECTRIQUES AINSI OBTENUS. CHAMP DE L'INVENTION Cette invention concerne les procédés de fabrication de paires torsadées de conducteurs électriques isolés. CONTEXTE DE L'INVENTION Dans l'art de la fabrication des câbles électriques, une paire torsadée est définie comme un câble constitué d'une paire de conducteurs électriques isolés torsadés ensemble l'un autour de l'autre, sans enveloppe commune d'isolant Chaque conducteur est isolé individuellement séparément avant le procédé de torsade. Les paires torsadées sont utilisées pour la transmission des signaux électriques, à la fois analogiques et numériques, et peuvent être utilisées pour des interconnexions en mode non-différentiel ou en mode différentiel. Le câblage de signaux, configuré en mode non- différentiel utilise un conducteur pour connecter la sortie d'un dispositif à l'entrée d'un autre dispositif. Si les dispositifs connectés sont des dispositifs à grande vitesse, le conducteur doit être une interconnexion à impédance contrôlée Ceci peut être accompli en plaçant des fils de masse près du fil de signal ou en prévoyant un blindage global tel qu'avec un câble coaxial Lorsqu'une paire torsadée est utilisée pour un câblage non- différentiel, l'un des conducteurs connecte la sortie tandis que l'autre conducteur fournit un chemin de retour habituellement référencé comme masse Pour ce type d'interconnexion, il n'est pas important que les deux conducteurs de la paire soient de longueurs électriques égales. Les systèmes numériques à hautes performances utilisent fréquemment des signaux à commande différentielle Les signaux différentiels fournissent un chronométrage plus précis, une meilleure immunité au bruit, et une plus grande fidélité du signal Avec un câblage différentiel, le signal réel et son complément logique sont envoyés au dispositif de réception Le dispositif de réception mesure la tension différentielle entre les deux lignes de signaux Comme pour les systèmes non-différentiels, si les signaux numériques proviennent de dispositifs à grande vitesse, les fils de signaux doivent être placés dans un environnement à impédance contrôlée Il existe plusieurs avantages à utiliser ce type d'interconnexion Dans une configuration à paires torsadées, les lignes de signaux fonctionnent à proximité immédiate les unes des autres. Puisque les signaux commutent directement de façon inverse l'un par rapport à l'autre, les champs générés par ces signaux qui commutent s'annulent, générant ainsi très peu de rayonnement électromagnétique Pour la même raison, tous les champs électromagnétiques rayonnés affectant ce système d'interconnexion sont captés de façon égale par les deux lignes, et puisque le dispositif de réception ne mesure que la tension différentielle entre les deux signaux, ce bruit en mode commun est ignoré par le récepteur Un inconvénient des interconnexions à commande différentielle est que deux conducteurs sont alors nécessaires pour chaque signal. Une construction à paires torsadées est parfaitement adaptée à la transmission d'un signal à commande différentielle Pour assurer un fonctionnement correct, chaque conducteur doit être bien adapté en impédance caractéristique et en retard. Si les retards des deux conducteurs ne sont pas bien adaptés, le signal réel et son complément logique sont reçus à des instants différents, limitant ainsi la longueur physique utile de l'interconnexion qui peut être utilisée avant que la fidélité du signal soit compromise Pour que les retards des deux conducteurs soient bien adaptés, deux conditions doivent être remplies simultanément Premièrement, chaque conducteur doit posséder la même constante diélectrique, E, car la vitesse de propagation (Vp), et donc le retard, du conducteur est déterminée par la relation: Vp = 1/|E. Deuxièmement, les longueurs physiques des deux conducteurs doivent être adaptées. On a constaté qu'il devient de plus en plus difficile de satisfaire aux besoins nécessaires aux systèmes numériques à commande différentielle à grande vitesse avec des câbles en paires torsadées, en partie parce qu'il n'est pas facile d'obtenir des conducteurs isolés possédant des longueurs exactement égales et des vitesses de transmission de signal égales d'une extrémité à l'autre Si l'on déroule une longueur de câble en paire torsadée fabriqué par les différents procédés connus de l'art et que l'on coupe un tronçon de câble du rouleau, on constate que les conducteurs de signal de celui- ci ne sont pas de longueurs égales en raison des contraintes et des mouvements des fils isolés lorsque le câble torsadé est formé. La présente invention fournit un procédé de préparation de câbles en paires torsadées possédant des conducteurs isolés de longueurs physiques et électriques égales. RESUME DE L'INVENTION L'invention comporte une paire torsadée de câbles électriques formée à partir de conducteurs isolés possédant des longueurs physique et électrique égales et un procédé pour leur fabrication. Le procédé de fabrication du câble de l'invention comporte le passage d'une paire de conducteurs électriques isolés collés de longueurs égales, qui ont été collés sur toute leur longueur sur la ligne de contact entre eux, par une matrice à ajustage exact, qui tourne autour de l'axe de la paire de conducteurs isolés passant dans la matrice La matrice est attachée à un appareil rotatif qui maintient l'ensemble de la bobine débitrice maintenant la paire parallèle de conducteurs isolés Puisque le procédé débute avec des conducteurs de longueurs physiques précisément égales, le câble en paire torsadée formé à partir de ceux-ci par le procédé ci-dessus possède des conducteurs de longueurs physiques égales, et donc de propriétés électriques égales, à condition que les propriétés des conducteurs et de l'isolant soient égales sur toute leur longueur. Pour certains détails, le procédé complet de fabrication varie, selon que l'isolant des conducteurs est un polymère thermoplastique ou bien est un polytétrafluoroéthylène expansé (e PTFE), qui nlest pas thermoplastique Différents procédés de collage des deux conducteurs isolés doivent être utilisés pour réaliser un lien utile entre eux selon le type d'isolant utilisé. Lorsque l'isolant est thermoplastique, tel que du polyester, par exemple, un moyen préféré d'isoler un conducteur est d'envelopper le conducteur de couches de bande de polyester possédant sur un côté un revêtement d'adhésif en polyester thermoplastique Le conducteur est enveloppé avec le côté adhésif de la bande à l'extérieur, ce qui procure une adhérence aisée des deux conducteurs isolés de longueurs égales D'autres thermoplastiques et colles peuvent être utilisés Dans le cas d'un isolant thermoplastique des conducteurs, après torsade, un solvant approprié est utilisé pour éliminer l'adhésif en excès des conducteurs isolés ainsi que pour dissoudre le lien entre eux. Lorsque l'isolant est en e PTFE, un conducteur est enveloppé de bande avec une bande en e PTFE, mis en paire avec un autre conducteur identique de longueur égale sur une plaque ou sabot concave, et la paire est passée dans un milieu chauffé, tel qu'un bain de sel fondu ou un four à air chaud, la plaque ou sabot maintenant les deux conducteurs isolés en contact sur toute leur longueur jusqu'à ce qu'un lien soit formé entre les isolants lorsqu'ils se frittent L'isolant préféré en e PTFE est celui qui est dévoilé dans les brevets US, 3,953,566, 3,962,153, 4,096,227, 4,187,390, 4,902,423 et 4,478,665 (attribués à W L Gore & Associates, Inc), dans lesquels le e PTFE est caractérisé comme possédant des noeuds séparés par des fibrilles de PTFE et une forte porosité Une paire liée isolée en e PTFE de conducteurs se sépare en passant dans une matrice à ajustage exact La taille de la matrice peut être facilement et simplement modifiée pendant un simple contrôle du procédé, afin de choisir la valeur de l'ajustage exact qui provoque une séparation facile et régulière des conducteurs isolés individuels Puisque les conducteurs isolés individuels sont liés jusqu'au moment de la torsade, leurs longueurs physiques sont égales Même si les conducteurs isolés individuels ne se séparent pas, la fonction de l'invention reste la même. Le procédé préféré pour coller des conducteurs isolés au e PTFE est entièrement décrit dans les applications des brevets U S nos 07/574, 704 (maintenant abandonné) et 07/747,315. Les conducteurs du câble peuvent comporter des couches internes d'isolant au-dessous du e PTFE ou bien une isolation thermoplastique et adhésive, tant que les couches externes comportent ces deux isolants comme décrit plus haut. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La Figure 1 est une vue en perspective d'une paire de conducteurs isolés possédant deux couches d'isolant, les couches externes étant liées ensemble. La Figure 2 est une vue en perspective d'une paire liée de conducteurs isolés au e PTFE. La Figure 3 est une vue en perspective d'une paire liée de conducteurs isolés au e PTFE possédant une couche interne d'isolant différent. La Figure 4 est une vue en perspective d'une matrice à travers laquelle une paire de conducteurs liés isolés est poussée afin de les séparer lorsqu'ils sont torsadés en un câble en paire torsadée. La Figure 5 est une vue schématique d'un procédé destiné à coller une paire de conducteurs isolés au e PTFE en les faisant passer par une plaque rainurée concave maintenant les conducteurs en contact tandis qu'un frittage se produit dans un bain de sel chaud. La Figure 6 est une vue en perspective d'une plaque rainurée ou sabot destinée à maintenir les conducteurs isolés en contact lorsqu'ils se déplacent ensemble à travers celle-ci. La Figure 7 est une vue en perspective d'une paire de conducteurs isolés collés parallèles passant depuis un rouleau sur des rouleaux tenseurs, et une barre par une matrice située dans un torsadeur de câble destinée à séparer les conducteurs isolés lorsqu'ils sont formés en paire torsadée de conducteurs de longueurs égales. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite selon les figures afin de décrire de façon plus claire, plus en détail, le champ, les matériaux, les conditions, et le procédé de l'invention. Les Figures 1, 2 et 3 décrivent des paires de câbles isolés convenant à l'utilisation dans le procédé de l'invention Deux conducteurs électriques 1 sont représentés entourés d'un isolant 2 de préférence thermoplastique dont l'extérieur est revêtu d'une couche de colle 3 Un conducteur 1 est habituellement enveloppé d'une bande de polyester possédant au moins sur un côté un revêtement de colle au polyester collant sous l'effet de la chaleur Une forme préférée d'une telle bande est la bande Milene R, disponible auprès de W L Gore & Associates, Inc Le conducteur 1 est enveloppé le côté adhésif étant à l'extérieur, avec des couches de bande afin de former les conducteurs isolés représentés sur la Figure 1 Une paire des conducteurs isolés, l'un à côté de l'autre, en contact entre eux, passe dans un four à air chaud afin de lier les isolants 2 ensemble sur la ligne de collage 4 La bande-enveloppe peut être enveloppé de façon hélicoïdale ou comme une cigarette autour du conducteur D'autres polymères et colles thermoplastiques peuvent être utilisés en remplacement des matériaux préférés L'isolant thermoplastique 2 peut également être extrudé sur le conducteur 1 puis revêtu de colle 3. La Figure 2 représente une paire de conducteurs 1 isolés par du e PTFE Les isolants au e PTFE respectifs 2 d'une paire de conducteurs sont collés entre eux en passant une paire des conducteurs isolés dans un sabot ou plaque rainuré afin de les maintenir en contact entre eux, tandis que les conducteurs isolés passent dans un bain de sel fondu à une température qui provoque le frittage du e PTFE et la fusion des isolants adjacents Un four à air chaud peut être utilisé à la place d'un bain de sel Une température située dans la plage d'environ 325 350 C est habituellement utilisée pour fritter le e PTFE. La Figure 3 représente une paire de conducteurs isolés 1 collés (le long de la ligne 5) recouverts d'un isolant thermoplastique 2 puis d'un isolant externe en e PTFE 6. La Figure 4 représente une matrice 7 destinée à pousser une paire collée, telle que celles qui sont représentées sur les Figures 1-3, dans une rainure à ajustage exact 8 adaptée aux dimensions de la paire de conducteurs isolés La taille de la rainure 8 de la matrice 7 peut être facilement modifiée par un contrôle simple afin de choisir la taille de rainure 8 qui provoque la rupture de la liaison 5 entre les isolants 6 lorsque les conducteurs isolés joints sont poussés dans la matrice 7 La forme externe et les dimensions de la matrice 7 peuvent varier considérablement afin de satisfaire aux besoins d'ingénierie de l'appareil de torsade Dans le cas des isolants thermoplastiques 4 et 3 et de la colle, la matrice 7 n'est utilisée que pour la torsade. La Figure 5 représente un dessin schématique d'un procédé convenable, destiné à joindre des conducteurs isolés au e PTFE sur toute leur longueur Les conducteurs isolés 12 provenant des rouleaux 10 et ll passent sur le rouleau guide 16, dans le bain de sel 17, sur les sabots rainurés 14 maintenus dans le bain de sel par des supports 13 La paire de conducteurs parallèles frittés liés entre eux est enroulée sur le rouleau d'enroulement 15. La Figure 6 décrit une plaque ou sabot rainuré 14 qui possède une rainure concave 18 formée sur celui- ci, obligeant les conducteurs isolés qui passent sur la plaque 14 à se toucher mutuellement lorsqu'ils fondent ou se frittent ensemble, en formant un lien le long de la ligne de contact entre eux ou en adhérant l'un à l'autre. La Figure 7 représente un torsadeur de câble sur lequel est monté une bobine débitrice 20 La bobine 20 contient, bobinée sur elle, une paire parallèle 19 de conducteurs isolés collés Le torsadeur de câble comporte également un cadre rectangulaire 21 qui soutient la bobine 20, un arbre 26 destiné à connecter le torsadeur à un mécanisme destiné à le faire tourner, un second cadre 24 fixé généralement à angle droit au cadre 21 et soutenant des rouleaux 23 et 28 Une barre de tension de rouleau 22 chargée par un ressort, est également fixée au et soutenue par le cadre 21 Un cadre supplémentaire optionnel 27 représenté en pointillés, peut fournir des rouleaux supplémentaires 25 si l'on souhaite augmenter la longueur de la paire parallèle 19 entre la bobine et la matrice La matrice 7, autre version ronde de la matrice représentée sur la Figure 4, est fixée au et soutenue par le cadre 21. Pour torsader et séparer (dans le cas de l'isolant e PTFE) la paire parallèle 19, la paire 19 est extraite de la bobine 20, passe sur l'un des rouleaux 23, puis sur la barre de tension de rouleau 22, et dans la matrice 7, d'o elle passe sur une bobine d'enroulement Lorsque la paire parallèle 19 passe sur les différents rouleaux et barres et dans la matrice 7, l'ensemble du torsadeur de câble est mis globalement en rotation par l'arbre 26, ce qui a pour conséquence que la paire parallèle 19 forme une paire torsadée et, dans le cas des conducteurs isolés au e PTFE, le lien de jointure entre les deux conducteurs isolés est habituellement brisé lorsqu'il passe par la matrice 7. Lorsque l'isolant est thermoplastique, l'isolant de la paire torsadée reste joint et la paire est ultérieurement séparée en utilisant un solvant approprié comme mentionné plus haut, et l'adhésif résiduel recouvrant la surface de l'isolant après formation du câble en paire torsadée, est également éliminé en même temps. Un avantage du procédé est qu'il est relativement facile de réaliser des paires collées parallèles de conducteurs isolés de longueurs physiques égales, puis de les torsader en un câble en paire torsadée, tandis qu'il est plus difficile de torsader une paire de conducteurs isolés en un câble, puis de couper le câble pour produire un segment de câble ayant des conducteurs de longueurs égales Les procédés de torsade connus de l'art produisent de façon inhérente des câbles ayant des conducteurs de longueurs physiques différentes sur le même segment de câble torsadé. REVENDICAT IONS 1 Un procédé de fabrication d'un câble sous forme de paire torsadée de conducteurs électriques ( 1) isolés ayant des longueurs physiques égales, comportant les étapes 5 de: (a) collage ensemble sur toute leur longueur de deux conducteurs électriques isolés parallèles de longueurs égales le long de la ligne de contact entre les deux isolants; (b) passage des conducteurs isolés collés en un tout dans une matrice ( 7) à ajustage exact rotative; et (c) torsadage des conducteurs isolés afin de former un câble en paire torsadée possédant des conducteurs électriques de longueurs égales. 2 Un procédé selon la revendication 1, dans lequel la paire de conducteurs ( 1) isolés possède au moins une couche externe d'isolant ( 2) ou de colle thermoplastique ( 30), comportant l'étape supplémentaire de dissolution de la colle du20 câble en paire torsadée formé par ledit procédé. 3 Un procédé selon la revendication 1, dans lequel les conducteurs isolés sont formés par enveloppement d'un isolant thermoplastique ( 2) autour de chaque conduc- teur ( 1), d'application d'un revêtement de colle ( 3) sur l'isolant de chaque conducteur, et de collage des deux conducteurs isolés ensemble sur toute leur longueur. 4 Un procédé selon la revendication 1, comportant la formation de conducteurs isolés par enveloppement de chacun desdits conducteurs ( 1) par une bande30 thermopolymère ( 2) revêtue de colle ( 3), le côté adhésif étant à l'extérieur, et le collage des deux conducteurs isolés ensemble sur toute leur longueur. 5 Un procédé selon la revendication 1, comportant l'enveloppement ou l'enroulement d'une bande d'une couche d'isolant ( 2) en polytétrafluoroéthylène expansé autour de chacun desdits conducteurs élec- triques ( 1), le maintien en contact sur toute leur longueur de deux desdits conducteurs électriques le5 long de la ligne de contact ( 4) des isolants desdits conducteurs en faisant passer lesdits conducteurs sur la surface concave ( 8) d'une plaque ou sabot ( 14) mis en forme, le chauffage desdits deux conducteurs lorsqu'ils sont en contact, à des températures de frittage pendant une durée suffisante pour fritter les isolants desdits conducteurs ensemble le long de la ligne de contact desdits isolants, puis le refroidissement. 6 Câble électrique en paire torsadée formé par un procédé selon les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5. 7 Câble électrique en paire torsadée comportant des conducteurs isolés de longueurs égales.