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PROCEDE DE FABRICATION DE CABLES ELECTRIQUES A ENVELOPPE EN METAL FLEXIBLE. EN PARTICULIER EN ACIER.
On sait que des câbles électriques, en particulier des câbles isolés au moyen de papier, sont entoures d'une enveloppe de plomb, qui em- pêche la pénétration d'air et d'humidité dans l'âme du câble et également dans le cas des câbles-imprégnés, le départ de l'agent d'imprégnation de l'âme du câble. Les avantages de l'enveloppe de plomb résident avant tout dans la grande aptitude du plomb à se laisser estamper à des températures relativement basses et dans sa grande flexibilité.
A part le poids élevé et le prix élevé des enveloppes de plomb, elles offrent l'inconvénient particulier d'avoir tendance à former des cassures intercristallines et de ne posséder qu'une faible. résistance mécanique, qui oblige à prendre des mesures spéciales pour l'absorption d'efforts mécaniques et la protection du métal contre des dégâts mécaniques. Les efforts de la technique des câ- bles tendent par conséquent depuis longtemps à remplacer l'enveloppe de plomb par des enveloppes en autres métaux à résistance mécanique plus éle- vée. Des métaux de ce genre sont cependant très peu malléables dans l'in- tervalle de températures permis pour l'âme du câble, et ne peuvent par . conséquent être appliqués sous forme de gaine fermée sur l'âme du câble que moyennant de grosses difficultés.
On connaît des procédés qui permet- tent de résoudre le problème soit en tirant les âmes des câbles à travers des tubes finis, en particulier des tubes en aluminium de largeur inté- rieurs plus grande que le diamètre de l'âme du câble ou bien en pressant un tube de ce genre autour de l'âme du câble en prenant des mesures de pro- tection particulières de l'.âme du câble ou bien en formant un tube soudé au moyen de rubans enroulés autour de l'âme du câble. Dans tous ces pro- cédés de fabrication, le tube ou bien l'enveloppe du câble doivent être portés ultérieurement au diamètre de l'âme du câble par laminage,étirage ou un traitement analogue. Mais cette déformation de l'enveloppe à froid offre l'inconvénient que le métal, spécialement l'aluminium se durcit et devient.cassant.
On a essayé d'augmenter la flexibilité de l'enveloppe
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par application ultérieure de rainures. Mais ceci a pour résultat un nou- vel étirage de l'enveloppe et on trouve que de cette manière on ne peut pré= parer une enveloppe métallique de même valeur que l'enveloppe en plomb au point de vue de la flexibilité parce que, par des flexions répétées, les en- veloppes se rompent, particulièrement dans les renfoncements des rainures, où se produit un affaiblissement du métal de l'enveloppe.
Par le procédé conforme à l'invention, il est possible de fabri- quer une enveloppe, en particulier une enveloppe en acier pour câbles élec- triques de loin supérieure aux enveloppes de plomb utilisées d'ordinaire auparavant, tant au point de vue de sa flexibilité que de ses autrespro- priétés mécaniques. L'invention se base sur la reconnaissance du fait que non seulement lors de la fabrication de l'enveloppe du câble mais également lors de flexions ultérieures, du câble, la matière de l'enveloppe ne peut être soumise à des efforts dépassant notablement sa limite d'élasticité.
Dans la présente invention, on réalise cette condition en repliant en une opération continue un mince ruban de métal, en particulier d'acier en un tube à une certaine distance autour du câble en ne les soumettant qu'à des efforts d'allonganent aussi faibles que possible, puis qu'en soudant ensui- te le joint résultant de la mise en forme du tube et finalement en estam- pant dans le tube dans le sens perpendiculaire à sa longueur des ondulations de profondeur telle que l'enveloppe s'applique étroitement sur l'âme du câble et ne subisse pendant sa flexion aucune déformation dépassant nota- blement sa limite d'élasticité.
La distance entre l'âme du câble et l'en- veloppe métallique lisse formée sur lui doit donc être mesurée de telle sorte que l'enveloppe n'acquiert le diamètre intérieur nécessaire et en même temps la flexibilité des tubes ondulés connus que par les ondulations.
La machine-outil servant à l'obtention des ondulations est construite de telle sorte que l'épaisseur de l'enveloppe ne soit diminuée à aucun endroit des ondulations formées, mais que, lors de l'ondulation, il se produise un raccourcissement de l'enveloppe.
Le tube peut être mis en forme de façon quelconque à partir du ruban métallique, par exemple en enroulant le ruban en forme d'hélice au- tour de l'âme du câble. Dans le procédé conforme à l'invention, il est cependant plus avantageux d'enrouler le ruban parallèlement à l'axe du câ- ble autour de l'âme du câble de manière à produire un joint disposé lon- gitudinalement.
Un appareil construit particulièrement dans ce but permet la mi- se en forme du tube autour de l'âme du câble sans application d'efforts sur le ruban métallique dans le sens de l'axe du tube au-delà de sa limi- te d'élasticité. La machine-outil façonne un ruban ayant une section droi- te correspondant à sa forme d'origine et la transforme de façon progressi- ve et continue en une section tubulaire, en ayant soin de prévoir un gui- dage fixe du ruban à déformer, spécialement sur ses bords. On trouve que pour une longueur finie de la machine-outil, une application d'efforts de refoulement ou de traction du ruban est inévitable. Cependant, ces ef- forts demeurent entre les limites nécessaires conformes à l'expérience, lorsque la longueur de l'outil satisfait à la condition : - or 12 c'est-à-dire quand 1 = r#.
Dans cette formule, # représente l'allon- gement élastique permis du ruban métallique en pourcents, r le diamètre du tube lisse ou de l'enveloppe de câble, c une constante qui dépend de la distance entre l'arête d'introduction du ruban dans la machine-outil et l'axe de l'enveloppe du câble.
Sur le dessin, on représente sur la figure 1 le procédé de l'in- vention appliqué à l'aide-d'un appareil représenté schématiquement. L'âme du câble glisse dans une électrode en forme de tube (électrode intérieure) 2.
Autour de cette électrode le ruban d'acier 4 passant sur le rouleau de gui-
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dage 3 est transformé en enveloppe dans la machine-outil 5, et son joint est soudé en 6. L'enveloppe lisse 7 entourant Pâme du câble en laissant un espace libre, traverse ensuite un dispositif de production d'ondulations
8 dans lequel 1?enveloppe est ondulée en raccourcissant sa longueurà une profondeur telle qu'elle s'appuie sur Pâme du câble et acquiert une gran- .de flexibilité. Le dispositif de mise en ondulation 8 peut être commandé de façon quelconque et est construit avantageusement de façon mobile suivant le sens longitudinal du mouvement du câblede manière à pouvoir adapter la vitesse de l'ondulation à l'opération de soudure.
Le câble enveloppé fini
7a peut alors être entouré d'une couche de protection extérieure de façon connue.
Sur la figure 2, on représente les formes individuelles de sec- tion de la machine-outil,et cela sur un exemple de construction dont l'a- rête d'entrée forme la tangente inférieure à la périphérie du tube terminé.
Les sections représentées de la machine-outil sont distantes l'une de l'au- tre d'un cinquième de la longueur de la machine-outil dans le sens de la longueur de l'axe du câble. Elles partent de la forme étirée A, passent par les formes B, C, D et E et aboutissent progressivement à la forme cir- culaire F du tube terminé. Dans l'exemple représenté, l'arête d'entrée de la machine outil est disposée; comme on l'a déjà dit, à hauteur X de la tangente inférieure de la section du tube. La distance a de l'arête à l'axe du tube est donc égale à r, et la constante c = 7. Pour l'arête d'entrée à la hauteur Y, la distance a = 0 et c = 5; à la hauteur z, a =-r et c = 3.
Pour réduire la tendance du ruban à former des coudes ou des plis, on utilise avantageusement un métal ne possédant pas de limite d'é- lasticité marquée, par exemple un ruban d'acier qui, après le recuite est soumis à une légère déformation à froid de l'ordre de 1 - 3% environ.
En outre, il est recommandée pour la. fabrication du ruban d'a- cier, d'utiliser un acier coulé stabilisé par exemple par addition de sili- cium et aluminium. Les rubans en acier stabilisé sont bien quelque peu inférieurs en qualité, au point de vue de leur aptitude à l'estampage particulièrement importante au point de vue de la fabrication d'enveloppes de câbles, aux autres aciers à estamper, et leur surface supérieure est moins bonne;
, mais ces inconvénients sont dépassés par l'avantage résultant de ce que, dans les zones voisines de la région de soudure, n'apparaît au- cime production de structure plus grossière par l'action de la chaleur de soudure, et ces zones demeurent tout aussi malléables même après 1''opéra- tion de soudure que les autres parties de l'enveloppe du câble qui ne sont pas chauffées pendant l'opération de soudure particulièrement quand on traite mécaniquement la surface du ruban, de préférence par brossage au moyen de brosses rotatives en fils d'acier.
Le joint peut être soudé de façon connue suivant un procédé de soudure quelconque. Il s'est toutefois montré avantageux pour la fabrica- tion d'mveloppes de câbles d'utuliser des joints à recouvrement et de les souder par le procédé à résistance électrique. Dans ce procédé on peut appliquer de façon particulièrement simple des mesures qui empêchent des dégâts à l'âme du câble par la chaleur dégagée à l'endroit de la soudure.
Suivant la présente invention, le joint du tube à recouvrement est soudé à l'aide d'un appareil de soudure à résistance, qui consiste en une électrode à rouleaù extérieure appliquée au joint et une. électrode intérieure disposée dans l'espace intermédiaire entre l'âme et l'enveloppe du câble et qui sert, en plus de l'amenée du courante également à la dissi- pation de la chaleur de soudure et par conséquent à la protection de l'âme du câble contre la chaleur de soudure. L'électrode intérieure est aveu- tageusement formée d'un long tube qui, pendant la soudurese déplace en dessous de l'électrode extérieure à rouleau en même temps que l'enveloppe du câble et à la même vitesse.
A la fin du mouvement de l'électrode inté-
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rieure, on interrompt l'opération de soudure et on ramène l'électrode inté- rieure à sa position de départe puis on remet à nouveau en marche l'opéra- tion de soudure: De cette manière, un refroidissement spécial de l'électro- de intérieure est superflu et on évite une usure rapide de l'électrode in- térieure, du fait que l'endroit de passage du courant de soudure se modifie continuellement et peut être également modifié de façon continue en faisant tourner l'électrode intérieure quand on répète l'opération de soudure. La figure 1 représente schématiquement cet appareil de soudure.
Le courant de soudure provenant d'une source de courant de soudure 9 est amené d'une part à l'électrode intérieure mobile par un contact à glissière 10 et d'au- tre part à l'électrode extérieure à rouleau 11.
Mais l'électrode intérieure peut également être construite sous forme d'un bout de tube fixe refroidi., entourant l'âme du câble glissât à l'intérieur. Dans un cas semblable, on peut introduire avantageusement dans l'enveloppe du câble en-dessous du point de soudure, un ruban bon con- ducteur de l'électricité, de préférence un mince ruban de cuivre, qui peut être guidé dans une rainure de l'électrode intérieure. Ce ruban se dépla- ce alors à la même vitesse que l'enveloppe au câble en dessous de l'électro- de à rouleau et forme le point de passage du courant se modifiant constam- ment au cours de la soudure. L'électrode intérieure peut dans ce cas être construite en une matière résistant particulièrement bien à la chaleur et possédant une bonne conductibilité thermique.
Un exemple de construction d'une électrode intérieure de ce genre est représenté sur la figure 3. Il y désigne l'électrode extérieure à rouleau, 5 la machine-outil servant à la formation du tube, 4 le ruban d'acier mis sous forme d'enveloppe de câ- ble et 1 l'âme du câble glissant dans l'électrode intérieure. L'électrode intérieure 2a a également la forme d'un tube et porte une ou plusieurs rainures 12 et canaux de refroidissement 13 façonnés dans sa surface.
Dans la rainure se trouvant en dessous du point de soudure, on dispose un ruban de cuivre 14 dont la surface dépasse avantageusement quelque peu la surface supérieure de 1-'électrode intérieure 2a et qui absorbe le courant de soudure passant au point de soudure ainsi que la pression de 19'électro- de extérieure.
Mais il est également possible d'utiliser l'action de refroi- dissement avantageusement favorable de l'électrode intérieure qui se dé- place avec l'enveloppe du câble dans une opération continue si on intro- duit continuellement dans l'enveloppe du câble, de la même manière que sur l'électrode intérieure fixe, un mince ruban de cuivre dans une rainure de l'électrode intérieure mobile 81 dessous du point de soudure, et qu'on ramène l'électrode intérieure dans sa position de départ sans interrompre l'opération de soudure. Le mince ruban de cuivre se déplace alors égale- ment en même temps que l'enveloppe du câble, pendant le retour de l'élec- trode intérieure et glisse pendant ce temps dans la rainure le long de l'électrode intérieure. Le ruban de cuivre peut demeurer dans l'enveloppe du câble et servir à augmenter sa conductibilité.
Un autre avantage de la soudure électrique à résistance dans le procédé suivant la présente invention, consiste en ce qu'on peut exercer à l'aide des électrodes, au cours de l'opération de soudure, au point de soudure du joint à recouvrement, une pression telle que la double épaisseur de paroi du recouvrement se réduise approximativement à l'épaisseur de pa- roi simple de l'enveloppe du câble. On aboutit ainsi à ce que le joint de soudure n'oppose pas, à la déformation qui y fait suite dans la machine- outil, d'ondulation de résistance notablement plus grande que la partie restante de l'enveloppe et que des efforts de flexion éventuels se répar- tissent uniformément sur toute la périphérie de l'enveloppe.
Pour limiter le dégagement d'une chaleur de soudure excessive, conformément à l'invention, on amène le courant de soudage à l'appareil de soudure sous forme de pulsations dont l'élévation et la chute de ten-
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sion sont rapides. On peut par exemple aboutir à ce résultat en superposant au courant de soudure sinusoïdal une onde de--surface de fréquence triple, de manière que l'élévation et la chute de la tension résultantes soient no- tablement raccourcies. On peut obtenir le même effet en utilisant à l'ali- mentation de l'appareil de soudure un courant de décharge de condensateurs commandé de façon correspondante.
Le procédé conforme à l'invention s'adapte facilement aux diffé- rentes exigences imposées au câble à fabriquer. Ainsi il est par exemple possible, par un dispositif de calibrage, fixé de préférence à l'électrode intérieure, ou bien par une légère modification de la profondeur des ondu- lations de 11 enveloppe du câble ou également par ces deux mesures prises simultanément, de régler avec précision les propriétés électriques du câble, en particulier la capacité de câbles de télécommunication parce que, par ces mesures, on peut obtenir =.maintien particulièrement exact des proprié- tés qui se conservent également lors de flexions du câble parce que l'enve- loppe du câble conserve de façon certaine sa section circulaire pendant la flexion.
En outre, on peut appliquer le procédé suivant la présente in- vention à la fabrication de conducteurs extérieurs imperméables à l'eau pour câbles coaxiaux à haute fréquence, dont le conducteur intérieur est construit de façon connue quelconque mais peut également être construit sous forme de tube creux ondulé.
De même, l'isolement d'un câble à haute fréquence de ce genre peut s'exécuter de façon connue en soi au moyen de pièces d'écartement, par exemple des disques de matière isolante, des en- roulements de matière isolante, et analogues. ün câble de ce genre offre à côté de la stabilité de ses propriétés électriques également dans un câ- ble posé, l'avantage qu'aucune autre enveloppe de câble n'est nécessaire pour son revêtement mais que la protection ordinaire contre l'humidité et la corrosion peut être appliquée sur le conducteur extérieur servant en même temps d'enveloppe de câble.
Les propriétés électriques d'un câble à enveloppe ondulée, dif- férentes de celles d'un câble enveloppé de plomb, en particulier les pro- priétés de capacité et d'amortissement dans des câbles de télécommunication et la conductibilité de l'enveloppe, peuvent s'adapter conformément à l'in- vention à des limites étendues d'exigences, en disposant entre l'âme du câble et l'enveloppe ondulée une couche conductrice ou des pièces supplé- mentaires conductrices qui ou bien viennent en contact direct avec l'enve- loppe ondulée ou peuvent en être séparées par une mince couche isolante, par exemple une couche de rubans de papier.
Ainsi, on peut par exemple pour la fabrication de l'enveloppe ondulée utiliser un ruban d'acier re- couvert d'une couche conductrice, par exemple galvanisé ou recouvert d'un dépôt électrolytique de cuivre, ou bien on peut appliquer sur l'âme du câ- ble un ou plusieurs fils de cuivre, de préférence de section plate et de longueurs de pas appropriées. Mais on obtient des avantages particuliers en enroulant autour de l'âme du câble une couche de ruban dont les proprié- tés magnétiques et électriques peuvent être adaptées aux exigences de cha- que cas particulier par le choix de la section et de la composition. On peut par exemple réduire l'amortissement dans des domaines de fréquence dé- terminés ou modifier le cours de l'amortissement à l'intérieur d'un grand intervalle de fréquence.
On peut aussi réduire l'action de champs exté- rieurs et la distorsion non linéaire, et utiliser également une couche iso- lée de l'enveloppe à la mesure de défauts.
Les câbles fabriqués suivant le procédé de la présente invention conviennent déjà. sans armatures supplémentaires particulièrement bien à l'absorption d'efforts d'allongement parce que l'enveloppe ondulée peut s'allonger dans une mesure considérable sans modification notable de son diamètre. Un comportement particulièrement favorable du câble soumis à des efforts d'allongements s'obtient en appliquant l'enveloppe du câble sur
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l'âme du câble en laissant un espace libre suffisamment grand pour que l'âme du câble puisse glisser facilement dans l'enveloppe et l'âme puissent s'al- longer indépendamment l'un de l'autre.
On aboutit ainsi à ce que l'aptitu- de plus grande de l'enveloppe d'acier à l'allongement en cas d'allongements locaux est utilisée sans que l'âme du câble qui y glisse ne soit soumise de façon notable à des efforts d'allongement.
Pour des câbles dont l'isolement est obtenu par un gaz ou par un agent d'imprégnation sous pression, une enveloppe de câble construite conformément à l'invention, convient particulièrement bien, parce qu'elle peut supporter une pression intérieure plusieurs fois supérieure à celle que peut supporter un câble enveloppé de plomb. Pour faciliter l'équilibre de la pression le long du câble, on construit une enveloppe de câble cal- culée dans ce but'munie d'ondulations en hélice à une ou plusieurs nappes et on dispose en outre entre l'enveloppe du câble et l'âme du câble des pièces d'écartement, par exemple des rubans solides à long pas appliqués sur l'âme du câble, constitués par exemple de matière isolante résistant à l'huile qui assurent une liaison spatiale directe entre des surfaces de sections voisines du câble.
Dans la fabrication de câbles résistant à la traction, par exemple des câbles de mines soumis à des efforts de traction particuliè- rement élevés, il est connu d'appliquer sur des câbles à enveloppe de plomb des armatures particulièrement résistantes à la traction en fils de section ronde ou profilée, qui sont enroulés autour de l'enveloppe du câble sur une grande longueur de pas et qui absorbent les efforts de traction appli- qués. Des armatures résistant à la traction influencent cependant de fa- çon très importante la flexibilité du câble. Le procédé conforme à l'in- vention permet la fabrication de câbles résistant à la traction dont la flexibilité est conservée en appliquant sur l'enveloppe ondulée en acier une armature en ruban de fer à courte longueur de pas ou un enlacement.
Dans le cas d'apparition d'efforts de traction, une armature de ce genre se serre autour de l'enveloppe en acier ondulée et celle-ci absorbe les ef- forts qui y sont appliqués grâce à sa résistance à la compression, sans les transmettre à l'âme du câble.
Finalement,on peut également suivant le procédé de la présen- te invention, incorporer dans la couche de protection contre la corrosion qui entoure l'enveloppe du câble et qui est constituée de matières stables au point de vue chimique, une couche disposée parallèlement à l'enveloppe en acier qui possède par rapport à -l'acier un potentiel électrochimique normal plus faible. Cette couche peut par exemple consister en un ruban mince appliqué sur l'enveloppe en hélices à spires ouvertes ou fermées, constitué en matériau mentionné, par exemple en un alliage de zinc avec additions d'aluminium et de magnésium s'élevant chacune à 5% ou en un ruban recouvert d'une matière de ce genre ayant une conductibilité électri- que suffisante.
La couche conductrice est reliée de façon conductrice à l'enveloppe en acier, avantageusement aux extrémités des sections du câble.
Une couche de protection supplémentaire de ce genre augmente l'efficacité de la gaine de protection en matières stables au point de vue chimique, car, comme on le sait, un métal à potentiel électrochimique normal plus faible protège un métal qui y est raccordé par un conducteur et qui possè- de un potentiel normal plus élevé, jusqu'à ce qu'il soit lui-même consumé.
En outre, la couche de ruban ajoutée offre l'avantage complémentaire qu'elle augmente la stabilité de forme de l'enveloppe totale de protection contre la corrosion par suite de sa résistance mécanique plus élevée, et qu'elle la protège contre des dégâts au cours de transports ou d'autres traitements grossiers.
Sur la figure 4, on représente à titre d'exemple de construc- tion d'un câble fabriqué suivant l'invention, un câble de télécommunica- tion dont l'âme 1 consiste en conducteurs de télécommunication enroulés
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en forme de câbles. Au dessus, on applique un enroulement de feuilles de cuivre¯15 au-dessus duquel s'applique une couche de ruban de papier. Vient ensùite l'enveloppe 7a en acier ondulé recouverte de la couche de protection contre la corrosion 17, au dessus de-laquelle s'applique une mince couche de ruban en alliage de zinc sous forme de.spires ouvertes. Le tout est entouré d'une enveloppe protectrice extérieure en substances stables au point de vue chimique, par exemple des bitumes ou un enroulement de jute imprégné.
REVENDICATIONS.
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1) Procède de fabrication de câbles électriques munis d'une en- veloppe en métal flexible, en particulier d'une enveloppe en acier, carac- térisé en ce que l'on façonne un mince ruban de métal en particulier un ruban d'acier,sous forme de tube, en une opération continue, à une dis- tance déterminée autour de l'âme du câble, en le munissant de préférence d'un joint longitudinal à recouvrement, en ce qu'on soude le joint de pré- férence à l'électricité puis qu'on estampe dans le tube, perpendiculaire- ment à sa longueur, des ondulations de profondeur telle que l'enveloppe s'applique étroitement sur l'âme du câble et ne subit à la flexion aucune déformation dépassant notablement sa limite d'élasticité.