Brevet FR2704176A1 — publié le 19941028

Dispositif pour extruder des couches de matière concentriquement autour d'une âme centrale. notamment d'un câble électrique haute tension L'invention concerne un dispositif pour extruder des couches de matière concentriquement autour d'une âme centrale, notamment d'une âme centrale conductrice d'un câble électrique haute tension. On connaît déjà des dispositifs d'extrusion de ce type qui comprennent - un guide tubulaire présentant un passage central propre à être traversé par l'âme qui se déplace suivant une direction de translation d'axe donné, ainsi qu'une extrémité de sortie pour l'âme, - un premier organe d'extrusion propre à distribuer un premier flux de matière et former une première couche autour de l'âme, - un second organe d'extrusion propre à distribuer un second flux de matière et former une deuxième couche de matière autour de la première couche de matière, et - un troisième organe d'extrusion propre à distribuer un troisième flux de matière et former une troisième couche de matière autour de la deuxième couche de matière. Un tel dispositif d'extrusion permet d'appliquer une gaine isolante formée de trois couches concentriques entourant l'âme centrale conductrice d'un câble électrique. L'âme centrale conductrice est formée d'un ou plusieurs torons et présente un diamètre pouvant atteindre plusieurs centimètres. La première couche de la gaine isolante est une couche semiconductrice entourant l'âme conductrice et dont l'épaisseur est généralement de l'ordre de 1 mm. La deuxième couche est une couche isolante par exemple en polyéthylène, dont l'épaisseur est variable en fonction de la tension de service du câble et peut atteindre plusieurs centimètres. La troisième couche, qui entoure la deuxième couche, est une couche semi-conductrice dont l'épaisseur est généralement de l'ordre de 1 mm. L'un des principaux problèmes posés par les dispositifs d'extrusion du type précité est celui du réglage de la distribution des trois flux de matière de telle sorte qu'ils forment des couches concentriques autour de l'âme du câble qui se déplace au travers du dispositif. Pour cela, il est nécessaire d'équilibrer la distribution des trois flux de matière et de régler de façon très précise les positions respectives des trois organes d'extrusion du dispositif. Les dispositifs connus du type précité comportent, pour cela, des moyens de réglage complexes et difficiles à mettre en oeuvre pour assurer le réglage séparé de la concentricité et/ou de l'épaisseur de chacune des trois couches. Dans un dispositif connu de ce type, le réglage de l'épaisseur de la première couche est assuré en modifiant l'orientation du guide tubulaire qui, pour cela, est monté sur une rotule qui doit être particulièrement résistante et coûteuse. Le réglage des deux autres couches s'effectue par des pièces séparées. Un autre problème des dispositifs connus réside dans le fait qu'il faut changer au moins quatre pièces lorsqu'on passe d'un type de fabrication d'une gaine isolante à une autre gaine isolante, du fait que le diamètre de l'âme centrale et les épaisseurs respectives des couches sont changés. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. C'est en particulier un but de l'invention de procurer un dispositif d'admission du type précité qui comporte des moyens de réglage simplifiés par rapport à ceux des disposée tifs connus. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel dispositif d'extrusion comportant un nombre restreint de pièces à changer lorsqu'on souhaite passer d'une fabrication d'un type donné à une fabrication d'un autre type. C'est encore un but de l'invention de procurer un tel dispositif d'extrusion qui convient tout particulièrement à la fabrication d'une gamme étendue de câbles électriques à haute tension. L'invention propose à cet effet un dispositif du type précité, dans lequel le premier organe d'extrusion comprend une bague réglable autour de l'axe et présentant une partie effilée qui délimite avec l'extrémité de sortie du guide tubulaire un passage annulaire d'admission du premier fluide, dans lequel le deuxième organe d'extrusion comprend une couronne fixe qui délimite avec la partie effilée du premier organe d'extrusion un passage annulaire d'admission du deuxième flux, et dans lequel le troisième organe d'extrusion comprend un mandrin tubulaire présentant une extrémité effilée, une couronne réglable autour de l'axe délimitant avec cette extrémité effilée un passage annulaire d'admission du troisième flux, ainsi qu'une filière montée à l'intérieur du mandrin tubulaire pour centrer la deuxième et la troisième couche autour de l'axe. La bague réglable du premier organe d'extrusion permet de régler l'épaisseur de la première couche formée par le premier flux de matière qui s'écoule entre l'extrémité de sortie du guide tubulaire et l'extrémité effilée de la bague. Cette bague n'a pas besoin d'être changée lorsqu'on passe d'une fabrication à une autre. Il suffit simplement de remplacer le guide tubulaire par un autre guide dont le profil extérieur est le même, mais dont la section interne est adaptée au diamètre d'une autre âme conductrice. La couronne fixe du second organe d'extrusion permet de distribuer le second flux de matière pour former la deuxième couche dont l'épaisseur est nettement plus grande que celle de la première couche. Le réglage de la deuxième couche se fait simultanément avec celui de la troisième couche grâce au troisième organe d'extrusion. Dans ce troisième organe d'extrusion, la couronne réglable coopère avec l'extrémité effilée du mandrin pour régler l'épaisseur de la troisième couche qui vient entourer la deuxième couche. Le réglage du centrage de la deuxième couche et de la troisième couche s'effectue simultanément grâce à la filière qui est montée à l'intérieur du mandrin tubulaire. Ainsi, lorsqu'on souhaite passer d'une fabrication à une autre, il suffit de remplacer uniquement deux pièces, à savoir le guide tubulaire et la filière montée à l'intérieur du mandrin tubulaire. La section intérieure du guide tubulaire est adaptée au diamètre de l'âme du câble et son profil externe qui est toujours le même contribue à définir l'épaisseur de la première couche et l'épaisseur de la deuxième couche. La filière permet, quant à elle, de définir le diamètre externe de l'enveloppe et de centrer ensemble la deuxième et la troisième couche par rapport à l'axe. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bague réglable du premier organe d'extrusion comprend une multiplicité de passages périphériques parallèles à l'axe qui communiquent, d'une part, avec un organe d'alimentation du deuxième flux et, d'autre part, avec le passage annulaire d'admission du deuxième flux, autour de la partie effilée. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, cette bague réglable comprend une partie annulaire cylindrique dans laquelle sont ménagés les passages périphériques précités, tandis que la partie effilée prolonge coaxialement la partie annulaire. Le dispositif comprend alors avantageusement des vis de réglage s'étendant radialement par rapport à l'axe et propres à agir contre la partie annulaire de la bague réglable pour modifier la position de celle-ci par rapport à l'axe. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la couronne fixe du deuxième organe d'extrusion comprend une paroi tronconique qui s'étend entre une face annulaire arrière propre à prendre appui contre la bague réglable du premier organe d'extrusion et une face d'appui avant située du côté du troisième organe d'extrusion. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité effilée du troisième organe d'extrusion est dirigée en sens opposé par rapport à la direction de déplacement de l'âme centrale de manière à admettre le troisième flux de matière à contre-courant du premier et du deuxième flux de matière. Cette couronne réglable comprend avantageusement une surface tronconique délimitée entre deux faces annulaires d'appui ainsi qu'une surface cylindrique extérieure. Le dispositif comprend avantageusement des vis de réglage s'étendant radialement par rapport à l'axe et propres à appuyer sur la surface cylindrique extérieure de la couronne réglable pour modifier sa position par rapport à l'axe. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la filière comprend un fût tubulaire muni d'une extrémité arrière conique prolongeant l'extrémité effilée du mandrin et d'une extrémité antérieure prolongée par une bride annulaire. Le dispositif comprend avantageusement des vis de réglage s'étendant radialement par rapport à l'axe et propres à appuyer sur la périphérie de la bride annulaire pour modifier la position de la filière par rapport à l'axe. Cette filière est avantageusement montée amovible à l'intérieur du mandrin tubulaire, de manière à pouvoir être remplacée par une autre filière pour un autre type de fabrication. Comme déjà indiqué, le guide tubulaire est monté amovible, ce qui permet de le remplacer par un autre guide pour tenir compte du diamètre de l'âme centrale traversant le guide tubulaire. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un câble électrique comportant une âme centrale conductrice revêtue d'une gaine isolante à trois couches; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un dispositif d'extrusion selon l'invention; - la figure 3 est un détail à échelle agrandie du dispositif de la figure 2; et - la figure 4 est une vue d'extrémité, à échelle réduite, du premier organe d'extrusion. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un câble électrique 10, du type à haute tension, comprenant une âme centrale conductrice 12 formée d'un ou plusieurs torons et possédant un diamètre pouvant atteindre plusieurs centimètres. Autour de l'âme 12 est appliquée une gaine isolante comprenant trois couches successives 14, 16 et 18. La couche 14 est une couche semi-conductrice ayant généralement une épaisseur de l'ordre de 1 mm, la couche 16 est une couche isolante, par exemple en polyéthylène, ayant une épaisseur pouvant atteindre plusieurs centimètres, et la couche 18 est une couche semi-conductrice dont l'épaisseur est généralement de l'ordre de 1 mm. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un dispositif d'extrusion selon l'invention comprenant un corps principal 20 ayant la forme d'un manchon cylindrique d'axe XX. Le corps principal 20 est entouré d'une résistance chauffante 22 et il comporte un raccord 24 pour le branchement d'une extrudeuse El et un raccord 26 pour le branchement d'une extrudeuse E2. L'extrudeuse El est propre à délivrer un flux de matière F1 propre à former la première couche 14, tandis que l'extrudeuse E2 est propre à fournir un flux de matière F2 propre à constituer la deuxième couche 16. A l'intérieur du corps principal 20 est disposée coaxialement une chemise 28 possédant une tête 30 prenant appui sur une face d'extrémité du corps 20 par l'intermédiaire d'un joint annulaire 32, et une extrémité opposée 34, filetée extérieurement et dépassant du corps 20. Sur l'extrémité filetée 34 est monté un écrou de serrage 36 prenant appui sur un joint annulaire 38 placé à l'autre extrémité du corps 20. A l'intérieur de la chemise 28 est monté coaxialement un mandrin principal 40 de forme générale tubulaire qui présente une bride d'extrémité 42 et qui est maintenu par rapport à la chemise 28 au moyen d'un écrou de retenue 44 également vissé sur l'extrémité filetée 34. A l'intérieur du mandrin principal 40 est monté coaxialement un autre mandrin 46 terminé par une bride 48 prenant appui contre la bride 42 et fixé à cette dernière par des vis 50. Du côté opposé à la bride 48, le mandrin 46 présente une extrémité tronconique 52, à l'intérieur de laquelle s'engage un guide tubulaire 54 offrant un passage central 55 et monté à une extrémité 56 d'un tube 58, appelé "tube porte-guide", dont l'autre extrémité 60 fait saillie de la bride annulaire 48. Le tube 58 est maintenu en position par un écrou de serrage 62 vissé dans la bride 48 et maintenu entre deux bagues annulaires 64 et 66. Sur la bague 66 est fixé, par des vis 68, un porte-guide 70 portant un guide 72 muni d'un alésage intérieur 74 adapté au diamètre de l'âme 12 du câble à traiter. Le guide d'entrée 72 est amovible et peut être remplacé par un autre guide en fonction du diamètre de l'âme centrale 12 à traiter. Le flux F1 fourni par l'extrudeuse El permet d'alimenter un canal hélicoïdal 78 ménagé à la périphérie du mandrin 46, du côté de son extrémité 52. Ce canal hélicoïdal est délimité extérieurement par un régulateur 80 fixé à l'intérieur du mandrin principal 40 par au moins une vis 82 (figure 3). Le flux F2 délivré par l'extrudeuse E2 alimente un canal hélicoïdal 84 formé à la périphérie du manchon principal 40 et délimité par un régulateur 86 fixé dans la tête 30 de la chemise 28 par des vis 88 (figure 3). Les régulateurs 80 et 86 ont des faces annulaires respectives 90 et 92 qui sont coplanaires et servent d'appui à un premier organe d'extrusion 94 (figures 2, 3 et 4) comprenant une bague 96 réglable autour de l'axe XX et prolongée par une partie effilée 98 dont la pointe est dans la direction de translation T de l'âme 12 à l'intérieur du dispositif. La partie effilée 98 est délimitée par deux parois tronconiques 100 et 102 (figure 3). Le guide tubulaire 54 comporte une tête effilée 104 dont le diamètre intérieur correspond au diamètre de l'âme 12 du câble. Son profil extérieur délimite, en combinaison avec la paroi tronconique 100, un passage annulaire 106 servant à diriger le flux de matière F1 autour de l'âme 12. La bague 96, réalisée sous la forme d'une partie annulaire cylindrique, comprend quatre passages périphériques 107 (figure 4) parallèles à l'axe XX qui communiquent en amont avec le régulateur 86 alimentant le second flux F2 et, en aval, avec un passage annulaire 124 d'admission du second flux F2, qui sera décrit plus loin. L'organe d'extrusion 94 peut être réglé en position autour de l'axe XX par quatre vis 108 qui s'étendent radialement par rapport à l'axe XX et qui coopèrent avec des manchons filetés 110. Les extrémités des vis 108 prennent appui à la périphérie de la bague 96. La tête 30 est par ailleurs munie d'une résistance chauffante 112 à sa périphérie. Sur l'extrémité de la tête 30 est monté un corps auxiliaire 114 s'étendant dans le prolongement du corps principal 20 et suivant l'axe XX. Le corps 114 comporte une bride annulaire 116 qui est fixée sur la tête 30 par des vis 118, tout en emprisonnant un second organe d'extrusion 120 réalisé sous la forme d'une couronne fixe possédant une paroi tronconique 122 qui délimite, avec la partie effilée 98, le passage annulaire 124 servant à l'amenée du flux F2. La paroi tronconique 122 s'étend entre une face annulaire arrière 125 propre à prendre appui contre la bague 96 et une face avant 126 située du côté d'un troisième organe d'extrusion 128. Ce dernier comprend un mandrin tubulaire 130 monté coaxialement à l'intérieur du corps secondaire 114 et présentant une extrémité effilée 132 qui va en s'amincissant dans la direction opposée à la direction de translation T. La tête effilée 132 débouche à proximité de la face 126 de la couronne 120 et dans le prolongement de la face tronconique 122. Autour de l'extrémité effilée 132 est disposée une couronne 134 réglable autour de l'axe XX et délimitant un passage annulaire 136 d'admission d'un troisième flux F3 alimenté par une extrudeuse E3 susceptible de se brancher sur le corps 114 au moyen d'un raccord 138. A partir du raccord 138 s'étend un canal hélicoïdal 140 propre à conduire le flux F3 dans l'espace annulaire 136. La couronne 134 comprend une surface tronconique délimitée entre deux surfaces annulaires d'appui et une surface cylindrique extérieure 142 contre laquelle peuvent prendre appui quatre vis de réglage 144 s'étendant radialement par rapport à l'axe XX et coopérant chacune avec un manchon fileté 146. Le troisième organe d'extrusion 128 comprend en outre une filière 148 disposée à l'intérieur du mandrin tubulaire 130 et possédant une bride 150 sur la périphérie de laquelle prennent appui quatre vis de réglage 152 s'étendant radialement par rapport à l'axe XX et coopérant chacune avec un manchon 154 monté dans le corps secondaire 114. La bride annulaire 150 est maintenue entre le mandrin 130 et une entretoise annulaire 156 elle-même retenue par une bride 158 fixée sur le corps secondaire 114 par des vis 160. Le corps 114 est muni d'une résistance chauffante 162 à sa périphérie. La filière 148 comporte un passage cylindrique intérieur de diamètre D adapté à celui du câble 10, gaine comprise. Dans l'exemple, la filière 148 correspond à un diamètre D de 70 mm. Cette filière est amovible et peut être remplacée par une autre filière de diamètre différent. Pour des diamètres beaucoup plus faibles , il est possible d'utiliser, comme montré sur la partie supérieure de la figure 2 ou de la figure 3, un porte-filière 148a et une filière remplaçable 148b. Dans l'exemple, la filière 148b définit un passage intérieur de diamètre d ayant une valeur maximale de 50 mm. On comprendra que, suivant les caractéristiques du câble à fabriquer, le dispositif 10 est équipé d'un guide tubulaire 54 correspondant au diamètre de l'âme 12 et d'une filière 148 (ou en variante d'un porte-filière 148a et d'une filière 148b) adapté au diamètre extérieur du câble 10, gaine isolante comprise. Les vis 108 permettent de régler la position du premier organe d'extrusion 94 et par conséquent l'épaisseur de la première couche 14 fournie par le flux de matière Fl. Les vis 144 permettent de régler l'épaisseur de la troisième couche 18 fournie par le flux F3. Les vis 152 permettent de régler la position de la filière et par conséquent de centrer en même temps la couche 16 et la couche 18, fournies respectivement par les flux F2 et F3, par rapport à l'axe XX du câble. Il en résulte que la régularité de chaque couche ou flux de matière est réglée séparément, et d'une manière accessible, par les vis de centrage 108, 144 et 152. Le guide tubulaire 54 formant guide-câble ainsi que la filière 148 sont les seules pièces à changer pour définir les dimensions (diamètre intérieur et diamètre extérieur) des câbles, comme sur les têtes d'extrusion classiques, du type mono couche. Bien que l'organe d'extrusion 94 assure, par le réglage de son centrage, la concentricité de la couche intérieure, cet organe n'influence pratiquement pas le flux de matière de la seconde couche au travers des passages d'écoulement 107 qui restent géométriquement identiques. Le centrage final de la seconde couche et celui de l'ensemble des couches du câble sont réglés par les vis 152. Il est à remarquer que ces réglages de centrage ne sont que des réglages fins permettant d'obtenir le respect des tolérances imposées. Ils sont précédés par des profils de canaux d'écoulement appropriés, pour chacune des couches, ménagés dans les mandrins respectifs 40, 46 et 130 et qui sont définis par la technologie d'écoulement rhéologique des fluides visqueux. Le dispositif offre ainsi des moyens de réglage simplifiés par rapport à ceux des dispositifs connus jusqu'à présent, ce qui permet de diminuer les temps de réglage et de faciliter le changement de fabrication, puisqu'il suffit simplement de remplacer le guide tubulaire 54 et la filière 148. Revendications 1.- Dispositif pour extruder des couches de matière concentriquement autour d'une âme centrale, du type comprenant - un guide tubulaire (54) présentant un passage central (55) propre à être traversé par l'âme (12) se déplaçant suivant une direction de translation (T) d'axe donné (XX) ainsi qu'une extrémité de sortie (104) pour l'âme (12), - un premier organe d'extrusion (94) propre à distribuer un premier flux de matière (F1) et former une première couche de matière autour de l'âme (12), - un deuxième organe d'extrusion (120) propre à distribuer un deuxième flux de matière (F2) et former une seconde couche de matière autour de la première couche de matière, - un troisième organe d'extrusion (128) propre à distribuer un troisième flux de matière (F3) et former une troisième couche de matière autour de la deuxième couche de matière, caractérisé en ce que le premier organe d'extrusion (94) comprend une bague (96), réglable autour de l'axe (XX) et présentant une partie effilée (98) qui délimite, avec l'extrémité de sortie (104) du guide tubulaire (54), un passage annulaire (106) d'admission du premier flux (F1), en ce que le deuxième organe d'extrusion (120) comprend une couronne fixe qui délimite, avec la partie effilée (98) du premier organe d'extrusion (94) un passage annulaire (124) d'admission du deuxième flux (F2), et en ce que le troisième organe d'extrusion (128) comprend un mandrin tubulaire (130) présentant une extrémité effilée (132), une couronne (134) réglable autour de l'axe (XX) délimitant avec cette extrémité effilée un passage annulaire (136) d'admission du troisième flux (F3), ainsi qu'une filière (148) montée à l'intérieur du mandrin tubulaire (130) pour centrer la deuxième et la troisième couche autour de l'axe (XX). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague réglable (96) du premier organe d'extrusion (94) comprend une multiplicité de passages périphériques (107) parallèles à l'axe (XX) qui communiquent, d'une part, avec un organe d'alimentation (86) du deuxième flux (F2) et, d'autre part, avec le passage annulaire d'admission (124) du deuxième flux (F2), autour de la partie effilée (98). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague réglable (96) du premier organe d'extrusion (94) comprend une partie annulaire cylindrique dans laquelle sont ménagés les passages périphériques (107) et en ce que la partie effilée (98) prolonge coaxialement cette partie annulaire. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des vis de réglage (108) s'étendant radialement par rapport à l'axe (XX) et propres à agir contre la partie annulaire de la bague réglable (96) pour modifier la position de celle-ci par rapport à l'axe (XX). 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne fixe du second organe d'extrusion (120) comprend une paroi tronconique (122) qui s'étend entre une face annulaire arrière (125) propre à prendre appui contre la bague réglable (96) du premier organe d'extrusion et une face d'appui avant (126) située du côté du troisième organe d'extrusion (128). 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité effilée (132) du troisième organe d'extrusion (128) est dirigée en sens opposé par rapport à la direction de translation (T) de l'âme (12) pour admettre le troisième flux (F3) à contre-courant du premier et du deuxième flux (F1,F2). 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couronne réglable (134) comprend une surface tronconique délimitée entre deux faces annulaires d'appui et une surface cylindrique extérieure (142). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des vis de réglage (144) s'étendant radialement par rapport à l'axe (XX) et propres à appuyer sur la surface cylindrique extérieure (142) de la couronne réglable (134) pour modifier sa position par rapport à l'axe (XX). 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la filière (148) comprend un fût tubulaire muni d'une extrémité arrière conique prolongeant l'extrémité effilée (132) du mandrin (128) et une extrémité antérieure prolongée par une bride annulaire (150). 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des vis de réglage (152) s'étendant radialement par rapport à l'axe et propres à appuyer sur la partie périphérique de la bride annulaire (150) pour modifier la position de la filière (148) par rapport à l'axe (XX). 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la filière (148) est montée amovible à l'intérieur du mandrin tubulaire (130). 12.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le guide tubulaire (54) est monté amovible.