Brevet FR3146034A1 — publié le 20240823

L’invention concerne un dispositif de terminaison (2) pour câble (1) du type comprenant au moins un fil conducteur (11) s’étendant à l’intérieur d’une gaine extérieure (10), un isolant réfractaire tel qu’un isolant minéral (12) étant disposé entre le ou les fils conducteurs (11) et la gaine extérieure (10), ledit dispositif comprenant un insert métallique (21) destiné à être fixé sur la gaine extérieure (10) à l’extrémité d’un câble (1), un insert métallique (22) destiné à être fixé sur une partie de l’extrémité dénudée (11a) du ou des fils conducteurs (11) du câble et un manchon (20) s’étendant entre les deux inserts métalliques (21, 22). L’invention consiste en ce que le manchon (20) est constitué d’un matériau polymère thermoplastique et assemblé de manière étanche par surmoulage sur au moins une partie des inserts métalliques (21, 22). Figure 1. Dispositif de terminaison pour câble La présente invention concerne un dispositif de terminaison pour câble permettant de garantir l’étanchéité de l’extrémité du câble ainsi qu’un câble pourvu d’un tel dispositif. Un câble du type blindé est typiquement composé d'un ou plusieurs conducteurs, entourés d'une épaisseur d'isolant réfractaire sous la forme d'une poudre minérale compactée (par exemple de la magnésie (MgO), de la silice (SiO 2 ), de l’alumine (Al 2 O 3 ) avec ou sans imprégnation de sels. L'ensemble est enfermé dans au moins une gaine étanche généralement en métal. Cette gaine est classiquement réalisée en acier inox, en alliages métalliques tels que ceux connus sous la dénomination commerciale inconel, en nickel ou en alliages réfractaires résistant à haute température, afin de résister à de hautes températures pendant la fabrication ainsi que pendant leur utilisation. Le ou les fils conducteurs sont réalisés dans un métal choisi selon les besoins de l'application, par exemple pour obtenir une résistivité déterminée. Il est isolé électriquement de la gaine du câble par l’isolant réfractaire minéral. De manière à relier des câbles entre eux, on réalise des dispositifs de terminaison permettant de garantir l’étanchéité au niveau de l’extrémité du câble afin de maintenir l’isolation électrique entre l’extrémité dénudée du fil conducteur et la gaine extérieure métallique. Il existe sur le marché de nombreux dispositifs de terminaison capables de répondre à ce besoin pour former un passage étanche. En général l’étanchéité des terminaisons de câble est obtenue à l’aide d’une liaison céramique-métal hermétique, encore appelée passage céramique/métal ou alors par un dépôt de résine en extrémité du câble. Un tel passage étanche est donc constitué d’un élément en céramique comportant un passage dans lequel est fixé un insert métallique sous forme d’une enveloppe tubulaire métallique interne dans laquelle le fil conducteur dénudé d’un câble peut être engagé et fixé. Le passage comporte en outre un manchon ou enveloppe tubulaire métallique dont une extrémité est fixée sur la périphérie extérieure de l’élément en céramique tubulaire et l’autre extrémité est fixable sur un insert métallique formant une pièce de raccord montée à l’extrémité d’un câble sur la gaine extérieure de celui-ci. De telles liaisons céramique/métal permettent, une fois l’extrémité du câble dénudée et montée dedans, d’assurer l’isolation électrique du ou des conducteurs centraux par rapport à la gaine extérieure, de garantir l’étanchéité à l’humidité. En fonction de l’environnement d’utilisation des câbles, cette liaison étanche céramique/métal doit pouvoir supporter une température de fonctionnement pouvant aller jusqu’à +260°C en pointe, avec un encombrement réduit. En particulier, ces dispositifs connecteurs ou de terminaison peuvent être utilisés pour des câbles détecteurs de surchauffe destinés au marché aéronautique. Cependant, ces passages étanches céramique/métal présentent des inconvénients et en particulier leur coût élevé. De plus, les inserts métalliques utilisés sont en alliage de fer/nickel (ferronickel) pour favoriser l’assemblage avec la céramique mais cet alliage présente un risque d’oxydation dans le temps engendrant une résistance de contact qui, si elle est trop importante, perturbe le rôle des détecteurs de surchauffe en masquant les alarmes. Afin de pallier ces inconvénients, l’invention a pour objet de proposer un dispositif de terminaison pour câble du type comprenant au moins un fil conducteur s’étendant à l’intérieur d’une gaine extérieure, un isolant réfractaire tel qu’un isolant minéral étant disposé entre le ou les fils conducteurs et la gaine extérieure, ledit dispositif comprenant : un insert métallique destiné à être fixé sur la gaine extérieure à l’extrémité d’un câble, un insert métallique destiné être fixé sur une partie de l’extrémité dénudée du ou des fils conducteurs du câble et un manchon s’étendant entre les deux inserts métalliques, caractérisé en ce que le manchon est constitué d’un matériau polymère thermoplastique et assemblé de manière étanche par surmoulage sur au moins une partie des inserts métalliques. Ainsi, de manière avantageuse, l’invention propose un dispositif de terminaison qui permet un assemblage du manchon par surmoulage ce qui conduit à une structure allégée, d’encombrement réduit, de fabrication simplifiée car ne nécessitant plus d’opérations de soudage/brasage et donc d’un coût moins élevé. De plus, dans le dispositif selon l’invention, l’étanchéité entre les inserts et le manchon est assurée par la compression thermomécanique du matériau polymère thermoplastique sur les inserts métalliques lors du surmoulage. Il n’est donc plus nécessaire de choisir des inserts métalliques en un matériau spécifique favorisant le brasage. Ainsi, le dispositif de terminaison selon l’invention est monté à l’extrémité d’un câble dont le ou les fils conducteurs ont été dénudés, c’est-à-dire que la gaine, par exemple métallique, extérieure ainsi que l’isolant minéral entourant le ou les fils conducteurs sont retirés pour mettre à nu le(s)dit(s) fil(s) conducteur(s). Les inserts métalliques sont de forme cylindrique, l’un notamment constitué d’une bague est de dimensions appropriées pour permettre son engagement sur la gaine, de préférence métallique, extérieure à l’extrémité d’un câble tandis que l’autre insert métallique est sous la forme d’au moins un tube métallique dont les dimensions sont appropriées pour permettre l’engagement d’un fil conducteur dénudé du câble, les parois des deux inserts métalliques étant, de préférence, d’une épaisseur inférieure à l’épaisseur de la paroi du manchon. Le manchon en matériau plastique s’étend entre les deux inserts métalliques, et garantit l’étanchéité entre l’extrémité du câble et le fil dénudé. Lorsque le câble comporte plusieurs fils conducteurs, l’insert métallique comprend plusieurs tubes métalliques, un pour chaque fil conducteur. L’étanchéité entre le manchon et les inserts métalliques est assurée par la compression thermomécanique du matériau polymère thermoplastique sur la périphérie extérieure des inserts métalliques de forme cylindrique. Afin de favoriser l’étanchéité de la fixation du matériau polymère thermoplastique sur les inserts métalliques, ceux-ci peuvent comporter, ménagés en relief à leur périphérie, des moyens d’ancrage pour le matériau polymère thermoplastique tels qu’au moins une collerette en saillie radiale, au moins une nervure, au moins une rainure, favorisant la fixation étanche par compression thermomécanique dudit matériau polymère thermoplastique sur les inserts métalliques. Ainsi de manière avantageuse, le dispositif selon l’invention permet de garantir l’étanchéité à l’humidité de l’extrémité dénudée du câble, l’isolation électrique entre le fil conducteur et la gaine extérieure du câble tout en offrant un choix plus grand de matériaux pour réaliser les inserts métalliques. De plus, on garantit l’étanchéité de la connexion avec un autre câble. De manière avantageuse, ces inserts métalliques sont constitués de nickel ou d’acier inoxydable. Ces matériaux sont très peu sensibles à la corrosion, au contraire des bases ferronickel utilisés sur les passages céramique-métal qui s’oxydent dans le temps et génèrent une résistance de contact masquant les alarmes. De plus, le dispositif selon l’invention présente une forme principale conférée par la forme du manchon surmoulé sur les inserts. Le dispositif est ainsi similaire en forme et en dimensions aux précédents dispositifs tels que des passages étanche céramique. Cette forme est d’un encombrement réduit, la forme et les dimensions étant similaires. Selon un mode de réalisation préféré, le matériau polymère thermoplastique est choisi parmi les matériaux polymères hautes performances et présente une résistance thermique jusqu’à une température de 300°C. Un dispositif de terminaison selon l’invention est ainsi avantageusement utilisable dans des conditions d’utilisation critiques en température. En particulier, un dispositif de terminaison selon l’invention peut être utilisé dans des environnements dans lesquels les conditions d’utilisation imposent, par exemple, une température de fonctionnement comprise entre -60°C et + 150°C, en continu et avec des pointes jusqu’à 260°C, comme cela est le cas dans le domaine d’application aéronautique. De préférence, le matériau polymère thermoplastique est un polymère semi-cristallin thermostable hautes performances, notamment choisi parmi les polyaryléthercétones qui présentent les caractéristiques suivantes : - des propriétés mécaniques élevées dans un intervalle de température variant de −100 °C à la température de transition vitreuse dudit polymère comprise entre 132 °C et 187 °C ; - une température maximale d’utilisation en service continu sans contrainte mécanique de 260°C ; - une excellente résistance au feu ; - une bonne résistance chimique. Ces matériaux peuvent également être du type renforcés/chargés par des fibres de verre ou de carbone. De manière encore plus préférée, un tel matériau polymère thermoplastique est le polyétheréthercétone connu sous l‘acronyme PEEK (correspondant aux initiales de sa désignation en anglais PolyEtherEtherKetone). De manière avantageuse, le PEEK est un matériau polymère semi-cristallin thermo-stable peu sensible à l’humidité. Il est résistant aux ambiances thermiques, mécaniques et chimiques agressives. De plus, le PEEK possède d’excellentes caractéristiques de résistance mécanique tel que : - résistance à la traction (90 MPa ou plus) - module d'élasticité élevé - dureté élevée - résistance au choc - résistance au fluage. Il présente également une résistance élevée à la flexion et aux contraintes de compression, ce qui permet avantageusement de l’utiliser dans des situations d'exigence élevée de stabilité. De manière très avantageuse, le PEEK présente en outre un fort coefficient de rétreint ce qui permet de garantir l’étanchéité entre les pièces du dispositif assurée par la compression thermomécanique du PEEK sur les inserts métalliques. Le PEEK est un matériau polymère thermoplastique résistant à la chaleur, pouvant être utilisé à 260°C pendant 5000 heures, sans modification de ses performances. Le PEEK a une longue durée de vie, et ce dans les environnements les plus contraignants. Il présente ainsi les propriétés suivantes : - Résistance thermique à long terme : 260°C - Résistance thermique à court terme : 300°C - Point de transition vitreuse : 150°C - Point de fusion : 341°C -Température de déformation thermique HDT-A : 162°C - Résistance aux flammes : UL94 V-0 Une fois assemblé, le manchon moulé peut être protégé par un écrou mis en place dessus qui crée une barrière thermique supplémentaire et limite ainsi l’impact de la température. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif de terminaison selon l’invention présentant les étapes suivantes : - deux inserts métalliques sont montés sur un support permettant de figer leur position spatiale, - le support portant les deux inserts métalliques est positionné dans un moule en demi-coque dont la forme correspond à la forme d’un manchon dont les extrémités s’étendent autour d’une partie des inserts métalliques, - un matériau polymère thermoplastique est injecté sous pression dans le moule et à haute température, le matériau polymère thermoplastique étant ainsi injecté sur une partie des inserts métalliques pour y être surmoulé, le moule ayant été préchauffé, - le moule est refroidi et retiré De préférence, le moule est ouvert une fois que le refroidissement au cœur de la pièce injectée est suffisant. Lors de l’injection du matériau polymère thermoplastique, le flux d’écoulement du matériau polymère doit être réalisé de manière symétrique à l’axe longitudinal du manchon à réaliser de manière à éviter une ovalisation dudit manchon, pouvant notamment conduire à un retrait non homogène du matériau pouvant créer un risque de fuite. De plus selon une forme préférée, les inserts métalliques présentent alors une forme qui ne perturbe pas l’écoulement du matériau polymère. En outre, les parois des inserts métalliques sont d’épaisseur inférieure à l’épaisseur de la matière déposée autour desdites parois et donc du manchon ainsi formé, ce qui permet de favoriser un refroidissement compatible à l'interface métal-polymère. De préférence les inserts métalliques de forme cylindrique présentent une paroi mince dont l’épaisseur est inférieure à l’épaisseur de la paroi du manchon. Un fois, le dispositif de terminaison ainsi fabriqué per exemple avec du PEEK, on vérifie son étanchéité à l’hélium avec un contrôle pour vérifier son herméticité, le critère de fuite devant être inférieur à 3.10 -8 mbar.l.s -1 . Un dispositif de terminaison selon l’invention réalisé avec du PEEK peut présenter ainsi une herméticité à l’air en utilisation dans le domaine aéronautique sur une durée de 60 000 heures de vol. L’invention a également pour objet un câble du type constitué d’un ou plusieurs fils conducteurs métalliques et d’au moins une gaine extérieure creuse, cylindrique, un isolant réfractaire en poudre tel qu’un isolant minéral étant présent entre le ou les fils conducteurs et ladite gaine extérieure, caractérisé en ce qu’il comprend à une extrémité dénudée dudit câble, un dispositif de terminaison selon l’invention, constitué d’un insert métallique fixé sur la gaine extérieure du câble, d’un insert métallique destiné être fixé sur l’extrémité dénudée du ou des fils conducteurs et d’un manchon s’étendant entre les deux inserts métalliques, constitué d’un matériau polymère thermoplastique et assemblé de manière étanche sur les inserts métalliques par surmoulage. Le câble selon l’invention peut comporter une gaine extérieure métallique et l’insert métallique est fixé par brasage ou soudage sur ladite gaine extérieure. En variante, le câble peut présenter une gaine extérieure non métallique auquel cas, on rapporte sur cette gaine extérieure une pièce d’interface métallique permettant ainsi la fixation de l’insert métallique du dispositif de terminaison par brasage ou soudage sur ladite pièce d’interface métallique du câble (par exemple, pour un câble avec gaine PVC, celui-ci est alors muni en extrémité d’un boitier métallique sur lequel on vient rapporter le dispositif de terminaison). On décrira maintenant l’invention plus en détails référence au dessin dans lequel les figures représentent : une vue schématique en coupe longitudinale d’un câble muni d’un dispositif de terminaison selon l’invention ; une vue en coupe longitudinale d’un dispositif selon l’invention. Comme on peut le voir sur les figures, un câble blindé 1 à isolant minéral est constitué d’un ou plusieurs fils conducteurs centraux métalliques 11 et d’au moins une gaine métallique extérieure creuse 10, cylindrique et étanche, un isolant réfractaire en poudre 12 tel que minéral de type magnésie MgO, alumine Al 2 O 3 , silice SiO 2 ou tout autre isolant minéral approprié étant introduit entre le ou les fils conducteurs 11 et ladite gaine extérieure 10. Il est possible de prévoir des gaines internes entre le ou les fils et la gaine extérieure. La gaine extérieure 10 est métallique telle qu’en acier inoxydable, en cuivre, en nickel, en nickel-chrome, en un alliage de NiCr15Fe connu sous la dénomination commerciale inconel 600, en platine, en tantale, en tout autre matériau ou alliage métallique, notamment des métaux ou alliage de métaux réfractaires résistant à haute température notamment résistant à une température élevée supérieure à 800°C et jusqu’à 1200°C pendant leur fabrication ainsi que leur utilisation. Ainsi, selon le type de gaine et de conducteur, les traitements thermiques sont généralement compris entre 800°C et 1200°C. Pour les câbles utilisés en tant que câble détecteur de surchauffe, qui contiennent des sels eutectiques qui ne doivent pas être dégradés, la température est limitée à environ 100°C au-dessus du seuil de détection soit généralement entre 150°C et 300°C environ. Le ou les fils conducteurs métalliques 11sont constitués par exemple en nickel-chrome, en cuivre, en fer, en platine, un alliage métallique constitué principalement de cuivre et de nickel connu sous la dénomination commerciale constantan, ou par des fils thermoélectriques. Le matériau est choisi selon les besoins de l’utilisation pour obtenir une résistance déterminée ou pour fournir une force électromotrice déterminée. L’extrémité d’un tel câble blindé est raccordée à un dispositif de terminaison dudit câble lui permettant d’être raccordé à un autre câble ou à un appareil. A cet effet, l’extrémité du câble 1 est dénudée, c’est-à-dire que la gaine métallique extérieure 10 ainsi que l’isolant minéral 12 entourant le fil conducteur 11 sont retirés pour mettre à nu ledit fil conducteur 11 dont l’extrémité dénudée 11a peut être raccordée au fil conducteur d’un autre câble par exemple. Afin de réaliser ce raccordement, on met en place à l’extrémité du câble 1 un dispositif de terminaison 2 comprenant notamment un insert métallique 21 fixé à l’extrémité du câble 1 sur la gaine extérieure 10. Cet insert métallique 21 est constitué d’une bague fixée par une brasure B ou une soudure sur la gaine métallique extérieure 10 du câble 1. Le dispositif de terminaison 2 comporte en outre un insert métallique 22 destiné à être monté sur l’extrémité dénudée 11a du fil métallique 11. Cet insert métallique 22 se présente sous la forme d’un tube métallique dont les dimensions sont appropriées pour permettre l’engagement du fil conducteur 11. Le fil conducteur 11 est fixé dans l’insert 22 par une soudure S également au niveau de son extrémité. Le dispositif de terminaison 2 comprend en outre un manchon en matériau plastique 20 s’étendant entre les deux inserts métalliques 21 et 22, la fixation dudit manchon 20 sur les inserts métalliques 21, 22 étant étanche. Le manchon 20 est ainsi réalisé en un matériau plastique, tel qu’un matériau polymère hautes performances, qui présente une résistance thermique à long terme à 260°C ainsi qu’une résistance thermique à court terme jusqu’à une température de 300°C et dont le point de fusion est de préférence supérieur à 300 °C. Un matériau de ce type peut ainsi être utilisé dans des environnements dans lesquels les conditions d’utilisation imposent une température de fonctionnement comprise entre -60°C et + 150°C, en continu avec des pointes jusqu’à 260°C. De préférence, le matériau est le polyétheréthercétone connu sous l’acronyme PEEK, (correspondant au terme anglais polyetheretherketone) qui est un thermoplastique semi-cristallin thermostable. Le dispositif de terminaison 2 doit garantir une isolation électrique entre le fil conducteur central 11 et la gaine extérieure 10 du câble blindé 1, et présenter une herméticité élevée, le critère de fuite devant être inférieur à 3.10 -8 mbar.l.s-1 lors d’un contrôle d’étanchéité à l’hélium. Le dispositif de terminaison selon l’invention est réalisé par le surmoulage des deux inserts métalliques 21, 22 qui sont positionnés sur un support pour figer leur position spatiale dans laquelle ils sont alignés axialement. Cet ensemble est ensuite monté dans un moule en demi-coque dont la forme correspond au manchon 20. Le PEEK est alors injecté sous pression dans le moule à haute température, typiquement autour de 370°C pour le PEEK, le moule étant lui-même préalablement chauffé au moins à 170°C. Une fois l’injection de PEEK réalisée, le moule est refroidi et retiré. L’étanchéité entre les inserts métalliques 21, 22 et le manchon 20 est assurée par la compression thermomécanique du PEEK sur les inserts métalliques 21, 22 dont la périphérie extérieure est le plus souvent sans relief. Dans l’exemple présenté, de manière à favoriser l’étanchéité de la fixation du PEEK sur les inserts métalliques 21, 22 ceux-ci comportent à leur périphérie des moyens d’ancrage tels que des collerettes 21a, 22a en saillie radiale favorisant la fixation étanche par compression thermomécanique sur les inserts 21, 22 du PEEK qui présente un coefficient de rétreint élevé. Une fois l’injection de PEEK réalisée, le moule est ensuite refroidi, ouvert et le dispositif retiré. Dispositif de terminaison (2) pour câble (1) du type comprenant au moins un fil conducteur (11) s’étendant à l’intérieur d’une gaine extérieure (10), un isolant réfractaire tel qu’un isolant minéral (12) étant disposé entre le ou les fils conducteurs (11) et la gaine extérieure (10), ledit dispositif comprenant un insert métallique (21) destiné à être fixé sur la gaine extérieure (10) à l’extrémité d’un câble (1), un insert métallique (22) destiné à être fixé sur une partie de l’extrémité dénudée (11a) du ou des fils conducteurs (11) du câble et un manchon (20) s’étendant entre les deux inserts métalliques (21, 22), caractérisé en ce que le manchon (20) est constitué d’un matériau polymère thermoplastique et assemblé de manière étanche par surmoulage sur au moins une partie des inserts métalliques (21, 22). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts métalliques (21, 22) sont de forme cylindrique, l’un (21) constitué d’une bague est de dimensions appropriées pour permettre son engagement sur la gaine extérieure (10) à l’extrémité d’un câble (1) tandis que l’autre insert métallique (22) est sous la forme d’un tube métallique dont les dimensions sont appropriées pour permettre l’engagement d’un fil conducteur (11) dénudé du câble (1), les parois des deux inserts métalliques (21, 22) étant de préférence d’une épaisseur inférieure à l’épaisseur de la paroi du manchon (20). Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les inserts métalliques (21, 22) comportent ménagés en relief à leur périphérie, des moyens d’ancrage pour le matériau polymère thermoplastique tel qu’au moins une collerette en saillie radiale (21a, 22a), au moins une nervure, au moins une rainure (21b), favorisant la fixation étanche par compression thermomécanique dudit matériau polymère thermoplastique sur les inserts métalliques (21, 22). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les inserts métalliques (21, 22) sont constitués de nickel, ou d’acier inoxydable. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau polymère thermoplastique est choisi parmi les matériaux polymères hautes performances et présente une résistance thermique jusqu’à une température de 300°C. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau polymère thermoplastique est un polymère semi-cristallin thermostable hautes performances, de préférence choisi parmi les polyaryléthercétones. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau polymère thermoplastique est le polyétheréthercétone. Procédé de fabrication d’un dispositif de terminaison selon l’une des revendications 1 à 7, présentant les étapes suivantes : - deux inserts métalliques (21, 22) sont montés sur un support permettant de figer leur position spatiale, - le support portant les deux inserts métalliques (21, 22) est positionné dans un moule en demi-coque dont la forme correspond à la forme d’un manchon dont les extrémités s’étendent autour d’une partie des inserts métalliques (21, 22), - un matériau polymère thermoplastique est injecté sous pression dans le moule et à haute température, le matériau polymère thermoplastique étant ainsi injecté sur une partie des inserts métalliques pour y être surmoulé, le moule ayant été préchauffé, - le moule est refroidi et retiré. Câble (1) blindé du type constitué d’un ou plusieurs fils conducteurs métalliques (11) et d’au moins une gaine extérieure creuse (10), cylindrique, un isolant réfractaire en poudre tel qu’un isolant minéral (12) étant présent entre le ou les fils conducteurs (11) et ladite gaine extérieure (10), caractérisé en ce qu’il comprend à une extrémité dénudée dudit câble (1), un dispositif de terminaison selon l’une des revendications 1 à 7. Câble (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la gaine extérieure (10) est métallique et l’insert métallique (21) du dispositif de terminaison 2 est fixé par brasage ou soudage sur ladite gaine extérieure (10). Câble (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la gaine extérieure (10) est non-métallique, une pièce d’interface métallique est rapportée sur ladite gaine extérieure (10), l’insert métallique (21) du dispositif de terminaison (2) étant fixé par brasage ou soudage sur ladite pièce d’interface métallique.