Brevet FR2824849A1 — publié le 20021122

circulaire. Câble dynamique à propriétés améliorees, et procédé et installation de fabrication d'un tel câble. La présente invention concerne les câbles de levage ou de traction, encore appelés câbles dynamiques, car travaillant normalement en traction mais soumis aussi à des flexions sous charges susceptibles de varier fortement. De tels câbles sont notamment les câbles pour engins de levage, enroulés sur le tambour d'un treuil de levage. I1 est rappelé que les câbles du type considérés ci-dessus sont classiquement réalisés par au moins une couche de torons en fils d'acier enroulés en hélice sur une âme centrale. L'enroulement est effectué au moyen d'une tête de câblage encerclant l'âmej la tête étant animée d' un mouvement de rotation sur elle-même, et déposant en continu les torons sur l'âme centrale en IS défilement. Les caractéristiques requises pour les câbles pré- mentionnés sont notamment une souplesse importante, une bonne réqularité diamétrale assurant un allongement permanent réqulier, et une bonne résistance à l'abrasion. 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. Un 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 dynamiques peuvent aussi être des câbles à torons métalliques sur une âme métallique, indépendante ou non. On connaît par exemple 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 s torons. Les rayons de courbure relativement faibles auxquels le câble se trouve contraint dans ce type d' applications provoquent de fortes flexions du câble dans son ensemble, mais surtout génèrent des différences de trajectoires sensibles entre les différents torons et aussi entre leurs fils constitutifs. Il y a donc des déplacements relatifs répétés d'un toron quelconque par rapport à un autre, ce qui peut déjà provoquer des usures et allongements locaux simplement par frottement. De plus, la courbure du câble lorsqu'il est par ailleurs en charge, c' est à dire soumis à des contraintes de traction, provoque de fortes pressions tranevereales entre les fils en contacts ce qui provoque facilement des indentations. Ces indentations sont d'autant plus rédhibitoires qu'elles réduisent localement la section des fils, ce qui est bien sûr néfaste pour la résistance et la durée de vie des câbles. De plus, ces réductions de section peuvent favoriser l'allongement, ce qui est particulièrement à éviter dans des applications de type câbles d'ascenseurs. Il est déjà connu d'utiliser 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 froLtement 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 rupLures 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'està-dire qu'ils ne contribuent pas directement à augmenter la résistance à la traction du câble. I1 a déjà été proposé, par le document FR-2783585, de placer entre l'âme et les torons extérieurs une gaine polyamide visant notamment à former une couche répartissant les pressions exercoes radialement par les torons sur l'âme qu'ils enserrent. Mais l'effet d'une telle gaine est limité à l' interface entre âme et torons, et la mise en place d'une telle gaine pose des problèmes lors de la fabrication du câble. On connaît aussi des câbles comportant entre l'âme et les torons extérieurs une couche de matière plastique, notamment du polyéthylène. Dans une première phase de fabrication, le polyéthylène est déposé sur l'âme par iS extrusion de manière à l'enrober. I.' ame ainsi enrobée est re-bobinée et stockée en attente d'utilisation. Puis, lors du câblage, l'âme est à nouveau déroulée, et la gaine plastique entourant l'âme est chauffée pour la ramollir suffisamment et permettre aux torons d'être placés en spirale autour de l'âme, de manière classique, mais en s'incrustant dans la matière plastique ramollie. Mais un tel procédé de fabrication nocessite plusieurs opérations de déLobinage et rembobinage, ainsi qu'une consommation d'énergie non négligeable nécessaire pour ramollir la matière plastique lors du câblage. La présente invention vise à fournir un nouveau procédé de fabrication d'un câble composite comportant dans les espaces libres entre torons une matière plastique assurant un remplissage au moins partiel de ces espaces, le câble obtenu étant particulièrement bien adapté pour un usage comme câble de traction ou de levage, c'est à dire, de manière générale, dans toutes les applications o le câble est amené en service à être successivement enroulé et déroulé sur un tambour ou similaire. Elle vise en particulier à augmenter la durée de vie d'un tel câble, notamment en réduisant le phénomène d'usure par indentation des torons entre eux. Elle vise aussià permettre une fabrication du câble économique et sans modifications importantes des installations de câblage existantes. Avec ces objectifs en vue, l' invention a pour objet un procédé de fabrication d'un câble comportant une pluralité de torons toronnés autour d'une âme, les espaces entre torons et/ou entre âme et torons étant comblés au moins partiellement par un matériau polymère, procédé selon lequel on forme le câble en déposant autour d'une âme entraînée en défilement une pluralité de torons enroulés en hélice. Selon l' invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on dépose un composé polymérisable sur l'âme et/ou les torons en un point d'enduction situé en amont du point de câblage o les torons sont déposés autour de l'âme, le dit composé déposé comprenant un pré-polymére et un agent accélérateur de polymérisation, la composition du dit composé et le dit point d'enduction étant déterminés de manière que les torons soient déposés autour de l'âme lorsque - la polymérisation en cours du composé est suffisamment avancée pour que le polymère formé soit dans 2s un état viscoplastique propre à former sur l'âme et/ou les torons o le composé est déposé, une couche d'enrobage sensiblement continue, mais encore suffisamment fluide pour s'infiltrer dans les interstices entre âme et torons, et entre torons, et que la polymérisation ne s'achève que lorsque le câble, une fois formé, est enroulé sur la bobine réceptrice. Un avantage important de l' invention est que l'intégration du dit matériau polymère dans la structure du câble ne nécessite pas d'opérations supplémentaires, puisqu'il est mis en place simultanément avec l'opération s de câblage, ce qui rend le procédé particulièrement . economlque. Selon un premier mode de réalisation, le composé polymérisable est déposé uniquement sur l'âme, par une tête d' injection encerclant l'âme, juste en amont de la tête d'assemblage de la machine de câblage, dans le sens de défilement de l'âme, par exemple à quelques centimètres avant que le câble soit formé. Selon une disposition alternative, le composé polymérisable est déposé par enduction sur l'âme et sur les torons, avant la tête d'assemblage, et le surplus éventuel en surface du câble après câblage est enlevé après la tête d' assemblage et avant que le câble soit bobiné sur la bobine réceptrice. Cette disposition permet de combler efficacement tous les interstices entre lâme et les torons. Préférentiellement aussi, le matériau polymère est du polyuréthane, dont la mise en _uvre lors de la fabrication du câble est particulièrement propice à une bonne pénétration entre les torons, comme on le verra par la suite. De plus, son coût est modéré et ne grève donc pas celui du câble obtenu. - -Le composé polymérisable est en fait réalisé juste avant enduction,par mélange en proportions prédéterminées d'un pré-polymère contenant des isocyanates et d'un accélérateur de polymérisation. Les propriétés des composants du mélange réalisé avant enduction et les conditions de mise en _uvre doivent assurer que le composé déposé sera, dans les conditions de fabrication du câble, notamment les conditions de température et de vitesse de défilement, dans un état suffisamment pâteux lors de l'enduction pour former autour de l' âme une couche d' enrobage relativement uniforme jusqu'au point de câblage. De plus, la matière polymère doit être suffisamment adhérente sur les fils et torons constitutifs du câble pour combler au maximum, sous l'effet de la pression résultant de l'enroulement des torons extérieurs sur l'âme, les espaces non occupés par les dits torons ou l'âme, et sans risquer que de la matière polymère en s cours de polymérisation coule à l'extérieur du câble et s'accroche sur les éléments de la machine de câblage, tels que galets de guidage ou autres organes amenés à être en contact avec le câble formé. Egalement encore, la polymérisation doit s'achever après que le câble soit formé, par exemple lorsqu'il est déjà enroulé sur la bobine réceptrice de la machine de câblage, ou au moins dans un état suffisamment stable géométriquement, de manière que l'état de polymérisation couramment appelé phase de " durcissement fragile " n'intervienne que lorsque -les torons extérieurs ne sont plus susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'âme. Les composants du mélange utilisé doivent en- fait être déterminés de manière que la cinétique de la réact ion de polymérisat ion présente: une première phase amenant le mélange à l'état pâteux indiqué précédemment, cette première phase devant être courte ou même très courte pour assurer le bon maintien du polymère sur 1'âme dès qu'il y est déposé, et - une deuxième phase de poursuite de polymérisation, o on cherchera à ce que le polymère reste pâteux le plus longtemps possible avant d'atteindre la phase de durcissement fragile, ceci bien sûr en tenant. compte de la vitesse de défilement du câble lors de sa fabrication, pour pouvoir terminer l'opération de câblage et figer la position relative des torons et de ltâme en laissant les torons s'incruster dans le polymère sans risquer de fissurer le polymère formé. Le polyuréthane s'est révélé particulièrement adapté pour répondre aux contraintes et objectifs visés ci-dessus. Ainsi, le polyuréthane comble pratiquement totalement les espaces situés entre âme et torons, d'une part en enrobant au plus près la surface de l'âme, et même en s'insérant le cas échéant entre les fils ou S torons constitutifs de la couche extérieure de l'âme, et, d'autre part, en s'étendant entre deux torons extérieurs adjacents quelconques jusqu'au niveau o les dits torons extérieurs sont le plus proche l'un de l'autre, c'est à dire au niveau de la ligne le long de laquelle les dits torons extérieurs peuvent être amenés à être en contact, permanent ou occasionnel en cours d'utilisation. Dans le câble terminé, chaque toron a ainsi son emplacement déterminé par le polyuréthane qui s'est - polymérisé à son contact en faisant une sorte de gouLtière correspondant précisément aux dimensions et -formes extérieures du dit toron. De ce fait, les risques de contacts et froLtements indésirables entre torons voisins ou entre torons et âme sont considérablement réduits. De plus, non seulement les torons se trouvent maintenus dans leur gouLtière respective comme indiqué - ci-dessus, mais, du fait de l'inclinaison des fils par rapport à la direction longitudinale des torons, chaque fil se trouve de manière similaire maintenu, au niveau de la surface extérieure du toron, dans sa propre gouttière, de dimension bien sûr plus petite que pour les torons, mais surtout inclince par rapport à la direction longitudinale de la gouttière des torons. I1 résulte de cette inclinaison relative que les torons ne peuvent glisser longitudinalement dans leurs gouttières respectives. Ainsi, globalement, non seulement les torons sont maintenus entre eux et par rapport à l'âme dans le sens orthogonal à la direction longitudinale du câble, mais ils sont aussi maintenus entre eux, dans la dite direction longitudinale. I1 ne peut donc pratiquement plus se pr.oduire de glissement relatif entre torons dans la direction longitudinale, ce qui évite les froLtements et limite donc considérablement l'usure des fils constitutifs des torons. De plus, le maintien relatif des s torons entre eux dans la direction longitudinale assure une répartition des charges en service qui peut être plus homogène que lorsque les torons peuvent glisser l'un par rapport à l'autre. En effet, dans les câbles selon l'art antérieur, lO les mouvements relatifs de reptation des torons les uns sur les autres combinés à des charges inégalement réparties, peuvent conduire à des sur-longueurs de certains des torons, ces sur-longueurs pouvant aller jusqu'à générer un gonflement localisé du câble, le toron en sur-longueur formant une sorte d'excroissance en :.: boucle, encore appelée nid d'oiseau, rédhibitoire pour la résistance et la durabilité du câble. En bloquant les glissements des torons par rapport à leurs gouLtières moulées dans le polyuréthane, l' invention permet d'éviter ces problèmes en s'opposant à toute velléité de déplacement relatif des torons.. La souplesse du câble nécessaire pour son fonctionnement dynamique de déflexions et redressements successifs lors d'enroulement sur des tambours ou de passage sur des poulies, est cependant conservée grâce aux capacités de ténacité et au fort taux d'allongement élastique du polyuréthane, qui lui permettent de suivre les déformations normales de flexion du câble en service, même combinées à de fortes tractions, sans fissurations ou autres détériorations. Aussi, les micro-glissements inévitablement subsistants entre torons ou fils voisins lors des flexions du câble sont aisément absorbés par l'élasticité du polyuréthane, sans qu'il se produise de striction du polyuréthane aux interfaces entre les dits torons ou fils. L' invention a aussi pour objet une installation de câblage comportant des moyens pour faire défiler une âme d'un câble, et une tête de câblage pour déposer en hélice autour de l'âme une pluralité de torons, l' installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'enduction pour déposer sur l'âme et/ou les torons un composé polymérisable, les dits moyens d'enduction étant disposés juste en amont de la tête de câblage et commandése- de manière à déposer sur l'âme et/ou les torons en défilement une couche du dit composé, de manière que les torons déposés par la tête de câblage s'incrustent dans la couche du dit composé en cours de polymérisation. Selon une disposition particulière, les dits moyens d'enduction comportent une tête d'injection encerclant - l'âme et commandée de manière à déposer la dite couche autour de l'âme. L' invention a encore pour objet un câble, obtenu selon le procédé précédemment indiqué, comportant une pluralité de torons toronnés autour d'une âme, caractérisé en ce que les espaces entre âme et torons et entre fils sont comblés par un matériau polymère déposé au moins autour de l'âme lors du câblase et s'étant infiltré entre les torons et/ou entre les fils constitutifs. Prétérentiellement, le matériau polymère est du polyuréthane. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un câble conforme à l' invention et de son installation de fabrication. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une section d'un câble selon l' invention; - la figure 2 est une représentation schématique de - l'installation de fabrication. l Le câble 9 représenté en coupe sur la figure 1, comprend une âme 1, qui est par exemple une âme métallique formee par assemblage de torons 5, ici au nombre de sept (1+6), chacun étant formé par dix sept fils 6 en acier toronné mis en deux couches sur coeur central (1+8+). La nature et la constitution de l'âme ne sont toutefois nullement limitatives de l'invention. L'âme pourrait aussi comporter des torons composites. L'âme 1, dont les limites sont symbolisees par le cercle 10, est entouree par une unique couche de torons 2 (ici au nombre de huit) formés chacun par trente et un fils d'acier 7 et organisés en trois couches (1+6+12+12). Les torons 2 sont enroulés en spirale sur une sorte de gaine 3 en polyuréthane qui enserre lâme, les torons étant à peu près à moitié incrustés dans la dite yaine. On notera incidemment qu'il n'y a pas. collage ni adbérence particulièrement recherchee entre les torons ou leurs fils constitutifs. et.le polyuréthane, le maintien en position des torons par rapport à la dite gaine résultant essentiellement de l' interaction géométrique entre les formes de surface des torons et les formes correspondantes en gouLtière dans la masse du polyuréthane, précédemment évoquces. Un avantage annexe est que, du fait qu'une telle adbérence n'est -pas recherchée, il n'y pas besoin d'opérations préalables de préparation, nettoyage, degraissage etc. de l'âme ou des - torons. Ce câble est réalisé dans une installation de câblage telle que représentee figure 2, et qui comporte des moyens pour faire defiler l'âme 1 et le câble formé dans le sens de la flèche F. ces moyens comportant des bobines deLitrices 11 de dévidage des torons 5 constitués À de l'âme 1 et une bobine récepErice 12 d'enroulement du câble formé 9. Une tête de câblage 13, de type connu en soi, assure l'enroulement en hélice sur l'âme 1 des torons 2 provenant de bobines débitrices respectives schématisées en 14. Sur la trajectoire de l'âme, légérement en amont de la tête de câblage 13, par exemple à une vingtaine de s centimétres, est disposée une tête d'injection 15 qui dépose un composé polymérisable 3 au détilé sur la périphérie de l'âme. Le composé polymérisable 3 est à base de polyuréthane, réalisé dans la tête d' injection 15, par un lO mélange d'un pré-polymére contenant des isocyanates, et d'un accélérateur de polymérisation. D'autres produits aux propriétés équivalentes peuvent aussi convenir. Avec les composants indiqués ci dessus, de bons résultats sont obtenus lorsque le rapport en masse des composés introduits dans la tête d' injection est de 20 grammes, pour 100 grammes de prépolymére. Le polyuréthane 3 est déposé sur l'âme à l'état pâteux. Dans le cas o le polyuréthane déposé se trouverait en excés, on l'essuiera par tout moyen adéquat aprés sa sortie de la tête de câblage. Ceci peut être le cas lorsque la composition du câble conduit à ce que l'espace inter-torons est relativement important et que l'on veuille le combler; ou lorsque volontairement la quantité de composé déposé sur l'âme est détermince pour pouvoir fluer au-delà de la dite ligne de moindre espace entre torons adjacents, pour assurer et pouvoir contrôler qu'au moins une péninsule 4 de polymère sera présente entre les fils de deux torons adjacents, comme on le voit par exemple sur la figure 1. L' invention n'est pas limitée au câble et au procédé qui ont été décrits précédemment uniquement à titre d'exemples. En particulier, le nombre et la composition des torons, et la composition de l'âme, pourront être modifiés. 3s Egalement, le composé polymérisable pourra être déposé par enduction de l'âme et des torons en amont de la L@Le d' assemblage. On pourra par example realizer ceLLe induction simplemenL en faisanL couler par graviLA le compose en cours de polymrisaLion sac 1' ensemble des Lorons eL de l'Ame, dj} rapprochAs mais non assembles juggle avant la L@Le de cblage. Le surplus venLuel de polymre la surface du cable aprons cAblage pourra CLre essays jusLe aprAs sa sortie de la L@Le de cAblage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un câble (9) comportant une pluralité de torons (2) toronnés autour d'une âme (1), les espaces entre torons et/ou entre âme et torons étant comblés au moins partiellement par un matériau polymère (3), procédé selon lequel on forme le câble en déposant autour d'une âme entraînée en défilement une pluralité de torons enroulés en hélice, caractérisé en ce qu'on dépose un composé polymérisable (3) sur l'âme et/ou les torons en un point d'enduction situé en amont du point de câblage, le dit composé comprenant un pré- polymère et un agent accélérateur de polymérisation, la composition du dit composé et le dit point denduction étant déterminés de manière que les torons soient déposés autour de l'âme lorsque la polymérisation en cours du composé est suffisamment avancée pour que le polymére formé soit dans un état viscoplastique propre à former sur l'âme, et/ou les torons o le composé est déposé, une couche d'enrobage sensiblement continue mais encore suffisamment fluide pour s'infiltrer dans les interstices entre âme et torons, et entre torons, et que la polymérisation ne s'achève que lorsque le câble est - formé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé polymérisable (3) est déposé uniquement sur l'âme (1), par une tête d'injection (15) encerclant l'âme, juste en amont de la tête de câblage (13) de la machine de câblage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé polymérisable est déposé par enduction sur l'âme (1) et sur les torons (2) , avant la tête de câblage (13). 4. ProcAd selon la revendicaLio 1, caracL@risA en ce que le matAriau polymre eL base de olyor@Lhae. S. ProcAdA selon la revendicaLion 1, caracLAriA en 3 ce que le compos polymArisable (3) esL ralisA jusLe avanL enducLion, par mlange en proporLions prd6termines d'un pr-polymAre conLenanL des isocyanaLes eL d'un acclAraLeur de polymArisaLion. 6. lnsLallaLion de cAblage comporLanL des moyens (11, 12) por faire dA[iler une Ame (1) d'un cle, eL une L@(e de cAblage (11) pour dposey en hlice auLour de l'Ame une pTuraliL de Lorons (2), l'insLallaLion LanL caracLArise en ce qu'elle comporLe des moyens n ' enducLion pour dAposer sur l'me eL/ou les Lorons un composA polym@iable, les diLs moyen d'enducLio Lant - disposs juLe en amonL de la L@Le de t&blage eL commands de manire dposer sur 1'&me eL/ou ls Lorons en dAtilemenL une couche du diL compos (3), de maniAre que les Lorons dAposs par la L@Le de cblage s'icrusLenL dans la couche du diL composA en cours de polymAriaLion.. 7. InsLallaLion de cAblage selon la revendicaLion 6, caracLrise en ce que les diLs moyens d'endcLion comporLenL une L@Le d'injecLion encerclaL l'me eL commande de maniAre dAposer la diLe couche auLour de l'&me. B: CAble comporLanL une pluraliLA de Lorons (2) cblAs auLour d'une Ame (1), caracLAris en ce que les espaces enLre Ame eL Loros sonL combls par un mLAriau polymAre base de polyur@Lhane(1) dApos au moins auLour de l'Ame lors du cblage eL s'ALanL infilLrA enLre les