Brevet FR2783585A1 — publié le 20000324

Câble mixte à âme synthétique pour le levage ou la traction La présente invention concerne les câbles de levage ou de traction, notamment les câbles pour ascenseurs, c'est-à-dire les câbles qui soutiennent la cabine d'ascenseur et lui transmettent le mouvement du tambour d'entraînement. Les caractéristiques requises pour ces câbles sont notamment une souplesse importante, une bonne régularité diamétrale assurant un allongement permanent régulier, et une bonne résistance à l'abrasion, puisque l'entraînement est assuré par frottement entre le câble et le tambour. Pour des explications complémentaires sur les caractéristiques requises pour de tels câbles et les contraintes auxquelles ils doivent répondre, on pourra se reporter, par exemple, à la demande de brevet français déposée sous le N 93 08648. Le type de câble classiquement utilisé pour de telles applications est un câble mixte à huit torons de fils en acier enroulés en hélice sur une âme en textile naturel à fibres dures, tel que du sisal. On connaît aussi un câble similaire, mais dont l'âme elle-même est mixte, à savoir constituée de torons métalliques et de fibres textiles de remplissage. Les câbles de traction pour ascenseurs peuvent aussi être des câbles à torons métalliques sur une âme métallique, indépendante ou non. On connaît ainsi des câbles à douze torons extérieurs bobinés sur une âme indépendante de type Warrington, ou encore des câbles à neuf torons extérieurs sur une âme métallique indépendante elle-même à neuf torons. Dans d'autres applications de levage, on utilise aussi des câbles comportant des fibres naturelles de type sisal, ou synthétiques (polypropylène), dont le rôle est de former un matelas inséré entre les différentes couches de torons. On vise ainsi à éviter ou au moins limiter le frottement des fils ou torons les uns contre les autres, et les risques d'indentation, afin d'améliorer et de conserver la souplesse du câble, et d'éviter les ruptures de fils. Un point commun de ces inserts en matériaux non métalliques est qu'ils ne participent pas directement à la reprise de tension dans le câble, c'est-à-dire qu'ils ne contribuent pas directement à augmenter la résistance à la traction du câble. On connaît aussi, par exemple par le document US-A- 5566786, des câbles destinés à servir de câble de traction pour ascenseurs, et qui sont constitués uniquement de fibres synthétiques susceptibles de transmettre un effort de traction. Un tel câble présente en particulier l'avantage d'une masse linéique plus faible qu'un câble acier ou composite, à résistance équivalente. Il présente toutefois l'inconvénient de nécessiter des modifications importantes par rapport aux câbles plus classiques en ce qui concerne sa mise en oeuvre et son contrôle. Par exemple, un système d'ancrage spécial, très complexe, lui est nécessaire. De plus, on ne peut pas contrôler l'état d'usure des fibres synthétiques, comme on le fait pour les fils d'acier, par des méthodes électriques ou électromagnétiques. Il a bien été prévu d'insérer dans les fibres synthétiques des fibres de carbone électriquement conductrices, dont le contrôle de la conductivité permet d'obtenir un état de l'usure du câble. Mais cela augmente la complexité du câble, et donc le coût. Par ailleurs, ces câbles peuvent encore présenter d'autres inconvénients, par exemple une mauvaise transmission par adhérence entre le câble et le tambour d'entraînement, ou un risque accru de coupure volontaire par vandalisme. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués cidessus. Elle vise en particulier à fournir un câble de levage ou de traction qui présente, à poids égal, une résistance à la rupture considérablement accrue par rapport aux câbles tout acier ou aux câbles mixtes connus, permettant notamment, à masse égale, d'augmenter la charge utile de même que la hauteur de course des ascenseurs, ou, à charge égale, de diminuer le nombre de brins ou le diamètre des câbles utilisés. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un câble mixte comportant une pluralité de torons toronnés autour d'une âme en matière synthétique, caractérisé en ce que l'âme est constituée par un noyau formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles s'étendant selon la direction longitudinale du câble, et par une gaine compacte en matière thermoplastique enserrant ledit noyau et servant de support d'enroulement aux torons. Le principe de l'invention pouvant également s'appliquer à l'identique à un câble dans sa constitution la plus simple, c'est-à-dire un simple toron, l'invention a aussi pour objet un toron mixte comportant une pluralité de fils extérieurs toronnés autour d'une âme en matière synthétique, ce toron étant caractérisé en ce que l'âme est constituée par un noyau formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles s'étendant selon la direction longitudinale du toron, et par une gaine en matière thermoplastique enserrant le dit noyau et servant de support d'enroulement aux fils. Comme on l'aura compris, l'invention réside dans ses caractéristiques essentielles, dans la présence d'une âme synthétique composite à deux composants disposés concentriquement: une gaine compacte mais déformable par compression radiale (un thermoplastique) qui entoure étroitement un noyau central formé d'un faisceau de fibres individuelles, également en matière synthétique, sensiblement continues sur la longueur du câble, et agencées de manière à participer effectivement à tout effort de traction exercé sur le câble par une charge. Contrairement à cela, dans les câbles mixtes connus, la matière synthétique sert de rembourrage, pour assurer le maintien des torons ou des fils l'un par rapport à l'autre dans la section du câble, et ainsi éviter par exemple des frottements de fils métalliques l'un sur l'autre ou même des indentations provoquées par la pression radiale qui peut s'exercer entre fils ou torons lorsque le câble est mis sous tension, mais elle n'apporte pratiquement aucune contribution supplémentaire à la traction. Pour participer effectivement à la résistance à la traction, la section et le nombre des fibres du câble ou toron selon l'invention sont déterminés de manière que l'âme forme avec les fils ou torons métalliques un assemblage tel que les déformations sous charge, principalement en allongement, sont sensiblement équivalentes pour l'âme en fibres synthétiques et pour les torons ou les fils métalliques extérieurs, malgré les différences de caractéristiques mécaniques de ces matériaux. Par ailleurs, la gaine entourant les fibres est en un matériau déformable mais peu compressible, de sorte que ce matériau flue lors de la fabrication du câble ou du toron jusqu'à remplir les espaces libres entre l'âme et les torons ou fils de la couche entourant directement l'âme. Il résulte de cela une pression radiale exercée par les torons ou fils extérieurs sur la gaine, et de là sur la couche périphérique des fibres de l'âme, ce qui crée une adhérence forte, ou une sorte de cohésion mécanique, entre fils ou torons et les dites fibres, propre à assurer une transmission entre eux des efforts de traction. De plus, le frottement entre les fibres, qui est d'ailleurs accru par l'effet de compression radiale exercé par les torons ou fils extérieurs, permet de transmettre au moins en partie, de proche en proche jusqu'au coeur de l'âme, les efforts de traction subis par la couche périphérique, de sorte que toute la section de l'âme peut participer à la reprise de la charge de traction à laquelle le câble est soumis. La gaine sert notamment à maintenir les fibres parallèles ensemble, en assurant la compacité de l'âme. On notera que la transmission des efforts entre les torons ou fils extérieurs et l'âme est d'autant mieux assurée par frottement entre la gaine et les dits torons ou fils extérieurs que ceux-ci pénètrent dans le matériau de la gaine, puisque cela augmente la surface de contact. Par ailleurs, la gaine constitue une couche intermédiaire entre les torons ou fils extérieurs et les fibres de l'âme, qui évite ou au moins limite l'effet de cisaillement des fibres, qui s'étendent selon la direction axiale, par les fils extérieurs, ou les fils des torons extérieurs, qui sont transversaux à la dite direction axiale. Qu'il s'agisse du câble ou du simple toron, les fibres sont préférentiellement en polyethylène ou aramide, et la gaine est par exemple en polyamide extrudée. Les torons extérieurs du câble selon l'invention peuvent être entièrement métalliques, c'est-à-dire entièrement constitués de fils métalliques, ou mixtes, et en particulier constitués de torons mixtes conformes eux- même à l'invention. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite de torons et câbles conformes à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une section d'un toron mixte selon l'invention; - la figure 2 est une section d'un câble conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation; la figure 3 est une section d'un câble conforme à l'invention selon un deuxième mode de réalisation. Le toron représenté en coupe sur la figure 1, comprend une âme synthétique composite 4 à structure concentrique: un noyau central 1 formé par un faisceau de fibres libres et parallèles, dont la cohésion est assurée par une gaine monolithique 3 qui corsète le faisceau. Cette âme est entourée par une couche de fils d'acier 2 (ici au nombre de dix) enroulés en spirale sur la gaine 3, et qui la presse autour du noyau 1 en lui donnant de ce fait leurs empreintes, comme on le voit sur le dessin. Les fibres 1 constitutives de l'âme sont par exemple des fibres de polyéthylène, d'aramide, kevlar , Twaron , etc. La gaine 3 est en une matière thermoplastique, par exemple un polyamide, ayant de bonnes propriétés d'adhérence avec les fibres de l'âme. Le câble représenté en coupe à la figure 2 est composé d'une âme 5 en fibres synthétiques analogue à l'âme 4 décrite précédemment et entourée de douze torons de dix sept fils en acier. Entre le noyau 11 et la couche extérieure de torons 12, est interposée une couche intermédiaire en matière thermoplastique, constituant une gaine compacte 13 qui est pressée autour de l'âme par les torons 12. Comme on le voit bien sur le dessin, les fils des torons, situés vers l'intérieur du câble, sont incrustés dans la matière thermoplastique de la gaine 13, fournissant ainsi une surface de contact importante et donc une forte adhérence. Cette dernière est encore renforcée par l'effet de compression radiale centripète exercée par les torons sur la gaine lorsqu'une tension est exercée sur le câble. Les matériaux constitutifs de l'âme 5, le noyau 11 et la gaine 13, sont du même type que ceux indiqués pour le toron de la figure 1. La figure 3 représente encore un autre câble, comportant une âme en fibres synthétiques 5 dotée d'un faisceau central 11 de fibres synthétiques et une gaine en matière thermoplastique 13. A la différence de l'exemple précédent, les huit torons 10 ne sont pas entièrement en acier, mais sont en fait des torons conformes à celui représenté figure 1. Les trois exemples ci-dessus ne sont nullement limitatifs. La charge de rupture d'un câble classique, même mixte, est essentiellement dépendante de la section métallique qui est la somme des sections de tous les fils composant le câble. Elle ne dépend pratiquement pas des inserts non métalliques existants dans les câbles mixtes, et en particulier des fibres synthétiques qui, n'ayant principalement qu'une fonction de remplissage des vides entre fils ou torons, ne reprennent aucune partie de la charge. D'autre part, le poids des câbles est dû en premier lieu au poids des fils d'acier le composant. Ainsi, le rapport charge de rupture / poids des câbles en acier est sensiblement constant, ne dépendant principalement que de la construction du câble et non de son diamètre. Le tableau comparatif ci-dessous indique le rapport R / P de la charge de rupture R, au poids au mètre P, pour deux types de câbles, 8 x 19 et 12 x 17, dans une réalisation courante (col. 2) et réalisés selon l'invention (col. 3) respectivement. R/P (kN/kg) Type de câble Câble courant à Câble de âme sisal. l'invention à âme composite fibres. 8 x 19 142 200 12 x 17 146 260 On constate facilement l'augmentation du rapport R/P à structure de câble correspondante. Par rapport aux câbles tout acier, et à poids de câble égal, la charge utile peut être augmentée, ou inversement, pour une même charge, le poids et le diamètre des câbles peuvent être diminués, permettant de diminuer les dimensions des machines ou charpentes des ascenseurs ou appareils similaires. Également, la durée de vie des câbles selon l'invention est augmentée par rapport aux câbles tout acier. Par rapport aux câbles entièrement en fibres, la mise en oeuvre des câbles selon l'invention ne demande aucune modification des installations existantes: les ancrages et les terminaisons de câble sont identiques aux applications classiques de câbles acier; l'interface entre les tambours des machineries et le câble est toujours un contact acier sur matériau du tambour, ce qui ne modifie pas les conditions d'une transmission de mouvement par adhérence; les critères de dépose et remplacement sont similaires, se basant sur la diminution de diamètre et le nombre de fils d'acier cassés; et les câbles de l'invention ne sont pas plus sensibles aux actes de vandalisme que les câbles tout acier. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. Le nombre de fils de chaque toron, et le nombre de torons du câble pourront bien évidemment être modifiés. Également, l'utilisation de ces câbles n'est pas limitée à leur application en tant que câbles d'ascenseurs, et ils peuvent aussi être utilisés comme câbles de levage, de suspentes, pour des applications en montagne ou dans le domaine maritime, etc. REVEND I CATIONS 1. Câble mixte comportant une pluralité de torons (10, 12) toronnés autour d'une âme (5) en matière synthétique, caractérisé en ce que l'âme (5) est constituée par un noyau 11 formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles s'étendant selon la direction longitudinale du câble, et par une gaine compacte (13) en matière thermoplastique enserrant le dit noyau (11) et servant de support d'enroulement aux dits torons (10, 12). 2. Toron mixte comportant une pluralité de fils (2) toronnés autour d'une âme (4) en matière synthétique, caractérisé en ce que l'âme (4) est constituée par un noyau (1) formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles s'étendant selon la direction longitudinale du toron, et par une gaine compacte (3) en matière thermoplastique enserrant le dit noyau (11) et servant de support d'enroulement aux dits fils. 3. Toron selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres constitutives du noyau (1) sont en polyéthylène ou aramide. 4. Toron selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine (3) est en polyamide. 5. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres constitutives du noyau (11) sont en polyéthylène ou aramide. 6. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (13) est en polyamide. 7. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les torons (12) sont constitués de fils métalliques. 8. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les torons (10) sont des torons selon la revendication 2.