Brevet FR2958785A1 — publié le 20111014

Câble électrique composite comportant des brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain La présente invention se rapporte à un câble électrique composite comportant des brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement aux câbles de contrôle électriques ou câbles d'énergie utilisés pour transmettre des courants. De tels câbles sont utilisés dans différents domaines de l'industrie, tels que par exemple l'industrie automobile, où ils sont assemblés en faisceaux pour l'alimentation électrique de différents équipements. Ces câbles doivent ainsi notamment être les plus légers possibles, et présenter un faible encombrement tout en conservant une bonne résistance mécanique. De tels câbles sont classiquement formés par une pluralité de brins de cuivre, généralement torsadés pour former un toron, de façon à augmenter la flexibilité du câble, et entourés par une gaine isolante, obtenue par exemple par extrusion. Toutefois, on s'est aperçu que les câbles électriques de l'art antérieur utilisent une quantité de cuivre surdimensionnée par rapport aux besoins réels correspondant à la quantité de courant à transmettre par le câble. Plus précisément, près de la moitié du cuivre dans la structure de ces câbles est utilisée pour augmenter la résistance à la rupture du câble, mais que cette quantité est surdimensionnée pour les fonctions électriques nécessaires. Or, le cuivre coûte de plus en plus cher et il est important de trouver des nouvelles structures de câbles qui réduisent le plus possible la quantité de cuivre utilisé. Il est connu du document US 6 674 011 un câble électrique comportant un ensemble de 7 brins torsadés formant un toron, les 7 brins étant en alliage de cuivre/étain. Toutefois, même si ce toron présente des propriétés mécaniques et électriques satisfaisantes, la taille et le poids du toron ne sont pas optimisés de façon significative. Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle structure composite de câble électrique présentant un faible encombrement, un faible poids ainsi que de très bonnes propriétés électriques et mécaniques. Ainsi, la présente invention a pour objet un câble électrique comportant une pluralité de brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain s'étendant dans la direction longitudinale du câble, lesdits brins étant torsadés pour former un toron, caractérisé en ce que le toron est formé de x brins de cuivre et dey brins d'alliage cuivre/étain avec x > 1, y > 1, et x + y > 7, de préférence x + y = 7, et plus préférentiellement 2 x 4, et 3 y 5, x et y étant des entiers, caractérisé en ce que la section (transversale) des brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain ainsi que le pourcentage (en poids) d'étain dudit alliage sont définis par les trois équations suivantes : 578 x (10 x %Sn)°'2 x SAlliage + 150 x Scu > 80 N (équation 1) 15 SCu + SAlliage Selon une variante et afin de ne pas pénaliser la conductivité électrique, l'alliage de cuivre/étain comprend au plus 0,60 % en poids d'étain, de préférence au plus 0,30 % en poids d'étain, et plus préférentiellement au plus 0,20 % en poids d'étain. A titre d'exemple préféré, l'alliage de cuivre/étain comprend : - une teneur en étain d'au moins 1500 ppm et d'au plus 2500 ppm, de préférence d'au moins 1700 et d'au plus 2200, - une teneur en oxygène d'au plus 400 ppm, de préférence de 100 à 300 ppm, - une teneur en impuretés inévitables d'au plus 100 ppm, de préférence d'au plus 65 ppm, et - le reste de la teneur dudit alliage étant du cuivre. Si l'on considère un alliage à base de CuOF, pour Cuivre « Oxygen Free », l'alliage de cuivre/étain comprend : - une teneur en étain d'au moins 700 ppm et d'au plus 1200 ppm, de préférence de 800 à 1000 ppm, - une teneur en oxygène d'au plus 50 ppm, de préférence d'au plus 5 ppm, - une teneur en impuretés inévitables d'au plus 100 ppm, et - le reste de la teneur dudit alliage étant du cuivre. La limite inférieure de la teneur en étain de ces alliages permet de garantir une tenue mécanique suffisante. L'abréviation « ppm » dans la présente description signifie « parties par million massiques». En d'autres termes, la quantité (ou la teneur) en ppm d'un élément est exprimée par rapport au poids total de l'alliage. Le câble selon l'invention comprend de préférence un toron avec une section (transversale) d'au plus 0,2 mm2. En outre, le câble peut comporter une gaine isolante entourant le toron le long du câble. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence à la figure unique annotée, lesdits exemples et figure étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif. La figure 1 représente de manière schématique une structure, en coupe transversale, d'un câble électrique conforme à la présente invention. En remarque préliminaire, il convient de noter que seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle. Conformément à la figure 1, un câble électrique 1 dit de contrôle selon un mode de réalisation particulier conforme à l'invention comprend 7 brins de section sensiblement identique. A titre d'exemple, ces 7 brins sont répartis entre 3 brins de cuivre 10 et 4 brins d'alliage de cuivre/étain 20. Ces 7 brins sont entourés en outre par une gaine isolante 30 de section externe circulaire. Pour donner un ordre d'idée, le diamètre du câble comprenant le toron de 7 brins ensemble avec la gaine isolante est typiquement de l'ordre de 1,6 mm et les brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain présentent chacun un diamètre de 0,173 mm. Généralement, le diamètre des brins qui composent le toron est de 0,10 à 0,30 mm, et de préférence d'au plus 0,20 mm. Typiquement, le nombre de brins, la section des brins, ainsi que la teneur en étain de l'alliage cuivre/étain sont choisis de façon à permettre d'une part, l'obtention d'une résistance à la rupture supérieure à 80 N, et d'autre part, l'obtention d'une résistance linéique inférieure ou égale à 125Ohm/km conformément à la présente invention. Exemples comparatifs Afin de montrer les avantages du câble électrique selon la présente invention, on compare les propriétés mécaniques et électriques de torons selon 30 l'invention (Essai 11) et selon l'art antérieur (Essais Cl à C3). Propriété mécanique : la résistance à la rupture (tenue mécanique) La résistance à la rupture est évaluée selon la norme NFEN1002-1 à l'aide d'un dynamomètre dont la vitesse de déplacement de la mâchoire 5 inférieure est de 100 ± 10 mm/min. Le mode opératoire consiste à : prélever 5 éprouvettes de fil conducteur électrique de 200 mm de longueur, placer les mâchoires du dynamomètre à 100 mm l'une de l'autre, placer le haut de l'éprouvette et sa partie inférieure respectivement dans la mâchoire supérieure et inférieure du dynamomètre, et effectuer l'essai de traction jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Propriété électrique : la résistivité linéique La résistivité linéique est évaluée selon la norme CEI 60468 :1974. La structure de chaque toron ainsi que lesdites propriétés sont détaillées dans le tableau 1 ci-après. Essais Cl C2 C3 I1 Nombre de brins de 7 6 0 3 cuivre Nombre de brins 0 1 0 0 d'acier Nombre de brins 0 0 7 4 d'alliage de cuivre/étain % (en poids) d'étain / / 0,33 0,33 de l'alliage de cuivre/étain Diamètre nominal de 0,252 0,220 0,180 0,173 chaque brin (mm) Section du toron 0, 349 0, 266 0,178 0,165 formé par les brins torsadés (mm2) Résistance à la 80 80 131 93 rupture (N) Résistivité linéique 50 72 124 124 maximale (Ohm / km) Gain de section par -96% -50 % 0 % 7,3 % rapport à l'essai C3 (c) Tableau 1 Dans les exemples mentionnés dans le tableau 1, les sections de chaque brin d'alliage de cuivre/étain et de cuivre sont identiques. Les brins d'alliage de cuivre/étain utilisés sont dans un état métallographique dit dur, ou en d'autres termes lesdits brins ne subissent pas une étape de recuisson. Ainsi, les brins d'alliage de cuivre/étain présentent un coût de fabrication peu élevé puisque l'étape de recuisson n'est pas nécessaire. Par contre, les brins de cuivre subissent ladite étape de recuisson. Dans d'autres modes de réalisation, les sections de chaque brin d'alliage de cuivre/étain et de chaque brin de cuivre peuvent être différentes. Grâce à l'invention, le câble obtenu selon l'invention est peu coûteux du fait de la diminution de la quantité de cuivre utilisée, et il présente en outre de très bonnes propriétés électriques et mécaniques. REVENDICATIONS1. Câble électrique (1) comportant une pluralité de brins de cuivre (10) et d'alliage de cuivre/étain (20) s'étendant dans la direction longitudinale du câble, lesdits brins étant torsadés pour former un toron, que ledit toron étant formé de x brins de cuivre (10) et dey brins d'alliage cuivre/étain (20) avec x > 1, y > 1 et x + y > 7, caractérisé en ce que la section des brins de cuivre et d'alliage de cuivre/étain ainsi que le pourcentage d'étain dudit alliage sont définis par les trois équations suivantes : 20 dans lesquelles Scu est la somme totale des sections des brins de cuivre (10) en mm2, SAUiage est la somme totale des sections des brins d'alliage de cuivre/étain (20) en mm2, %Sn est la moyenne des pourcentages d'étain des brins d'alliage de cuivre/étain, et pCu est la résistivité électrique du cuivre en pOhm/cm. 25 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le toron est formé de x brins de cuivre (10) et dey brins d'alliage cuivre/étain (20) avec x+y=7. 3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le toron est formé de x brins de cuivre (10) et dey brins d'alliage cuivre/étain (20) 30 avec 2x4,et3y5. 4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage de cuivre/étain comprend au plus 0,60 % en poids d'étain. 578 x (10 x %Sn)°'2 x SA«iage + 150 x Scu > 80 N (équation 1) SCu + SA«iage 0,3 mm2 (équation 2) pCu X10 125 Ohm/km (équation 3) [SAn,age x [-0,15 x Ln(%Sn x 50) + 1,2] + SC~ ] 5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de chaque brin de cuivre (10) est sensiblement identique. 6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de chaque brin d'alliage de cuivre/étain (20) est sensiblement identique. 7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section dudit toron est d'au plus 0,2 mm2. 8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une gaine isolante (30) entourant le toron le long du câble.