CA1037793A

CA1037793A - Cable pour armer des objets constitues en materiaux elastiques ou facilement deformables______________________________________________________

Info

Publication number: CA1037793A
Application number: CA219,361A
Authority: CA
Inventors: Jacques Boileau
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-04
Publication date: 1978-09-05
Also published as: FR2260660A1; ES226241Y; BE824978A; LU71822A1; IT1030117B; DE2505568B2; NL7501649A; FR2260660B1; JPS50116750A; US3977174A; DE2505568A1; GB1509311A; ES226241U; AU7807075A; SE7501503L

Abstract

Câble pour armer des objets constitué en matériaux élastiques ou facilement déformables, ayant comme composants une âme et au moins une couche périphérique, chaque composant étant formé au moyen d'éléments, caractérisé en ce qu'au moins deux composants consécutifs et en contact l'un avec l'autre dans le sens radial sont constitués au moyen d'éléments réalisés en matériaux de modules d'élasticité différents d'un composant à l'autre.

Description

Ia pr~sente in~ention se rapporte à de~ perfectionne-ments aux objets con~titués en mat~riaux solides elastiques ou facilement déformable~ (caoutchouc, matière pla~tique, etc.) et -disposé~ autour d'une armature ayant une constante élasti~ue in~tantan~e plus grande que celle dudit matériau.
~ 'invention porte plus part~culiarement sur le~ consti-tuants de ladite armature. Ces constituants, habituellement appelés cables~ ¢ablés ou corde~ ~eront désignés, pour simpli-~ier mai~ non pour limiter la description qui ~a ~uivre, par le mot g~nérique "câbles".
Habituellement~ un ¢~ble comporte, en allant de l'inté-rieur vers l'extérieur de celui-ci, les composant3 ~uivants:
une ame et, disposée concentriquement autour de l'âme, au moins une couohe périph~rique. Ces composants d'un cable sont consti-tu~s d'éléments qui peuvent 8tre indifréremment des fils uni-talree ou des torons, un toron ré~ultant de l'a0~emblage d'au moine deux fil~ unitaires.
Ies cfibles sDnt noyés dans le matériau a armer. Ils aahèrent à ce matériau et se déforment avec lui, Ce faisant~
les o~bles limitent les d~formations du mat~rlau pour en éviter la rupture. Mais, notamment dans les enveloppes de pneumati-quee, les tapis transporteurs, les ressorts pneumatiques ou oertains tuyaux, le~ ¢âbles subiasent d'une façon prolongée dea oontrainte~ importante~, complexes et rapidement variable~, ainsi que des agression~ chimiques et/ou biologique~, Il peut en ré~ulter une déchéance de~ câbles qui précade la déch~ance de~ matériaux ~ armer les principales cause~ d'une telle d~-; ch~ance sont la fatigue et/ou l'usure des ~lém~nts (fil~ ou ~ torons) formant le~ composants des câbles.
.. . .
En conséquence, le but principal de la présente in~en-tion e~t de proposer des ~tructures de câbles qui augmentent la r~ei~tance de ceux-ci ~ la fatigue et/ou à l'usure Ceci, bien . ~ . .
~, .

:' , ' ~ - .

10377g3 entendu, san~ porter atteinte ~ l'endurance de la liaison entre les c~ble~ et les matériaux ~ armer, ou meAme en am~5liorant l'en-durance de cette liaison.
Un autre but de la présente invention e~t de proposer des structure~ de c~bles ~ endurance améliorée, ce 9 c~ble 9 étant capables à la fois de suivre plus facilement les déforma-tions du matériau qui les entoure et de repousser l'allonge-ment à la rupture dudit matériau au-delà de la limite habituel-le, Un autre but de la présente invention est aussi de pro-poser de~ structures de cable~ dont l'élasticité est prévisible à l'avance et, par suite, aisément adaptable à celle de 9 mat~-riaux à armer, ~ e~ recherches de la demanderes~e ont mis en évidence que les inconvéniènts signalés plu8 haut ont pour cause les d~formations des c~bles perpendiculsirement a leur axe. Plu~
` ~ partloulièrement~ ces inconvénients ~ont en ma~eure partie dus aux contraintes radiales que les composants de~ c~ble~ exercent 1e;e uns sur les autres ou aur l'âme. ~a théor:le classique des oâbles néglige en effet ce~ contraintes radiale~, ceci parce que les c~bles u~uels, par exemple ceux ~ervant aux manutentions, fon¢tionnent dans des conditions bien plu~ simples et mieu~
connues que les c~bles d'armature envisagés par l'invention, Dtautre part~ on a bien tenté de fabriquer de~ cables d'armature dont les composants sont apparemment exempts de pres-~ions radiales, De tel~ c~bles sont d~crits dans le brevet français 1 118 486 de I~ichelin. Il s'agit de câbles relativement élasti-ques assemblés à partir d'éléments métalliques volontairement ~
e~pacés les un~ des autres. En réalité, leurs propriétés ne se ; ~ -conservent que pour des faibles contraintes, c'est-~-dire tant que le~ composants ne sont pas en contact.

-2- -'- .

~" ~037793 D'autxes cables connus comporten~ des éléments métal-liques retordus av~c un pas tr~s court a~tour d'une ame exag~ré-ment deformable. ~n raison de leur structure tr~s particulière, ces câbles fonctionnent plutot comme des ressorts a boudin. En outre, leur fabrication est difficile.
Le principe a la base de la presente invention consiste essentiellement a attenuer les pressions radiales exercees par les différentes couches constitutives du cable les unes sur les autres ou sur l'ame. En d'autres termes, l'invention vise a r~duire les pressions de contact radiales entre les ~lements d'un composant et les éléments du ou des composants adjacents.
En conséquence, les cables conformes a l'invention, ayant comme composants une ame et au moins une couche ext~rieure entou-rant cette ame, chaque composant étant formé d'éléments, sont caract~risés en ce qu'au moins deux compoSants consécutifs et en contact l'un avec l'autre dans le sens radial sont constitués au moyen d'~léments en matériaux de modules d'élasticit~ différents d'un composant à l'autre, ces él8ments étant des fils unitaires de section circulaire.
Le module d'élasticité d'un élément est par définition le module usuel du matériau au moyen duquel il est fabriqué, mesuré d'apres les normes en vigueur pour les différents maté-riaux susceptibles de former les ~léments entrant dans la cons-titution des composants des câbles conformes a l'invention. Ces matériaux, quant à eux, sont tous les matériaux capables de constituer des fils d'une certaine longueur, comme par exemple les métaux, les alliages métalliques ou les matériaux de syn-these, quels que soient leurs structures, leur composition chi-mique ou leur proced~ d'elaboration. Cette description des matériaux utilisables dans l'invent~on est, bien entendu, uni-quement énumératiye et nullement limitat;ve et s~etend aussi -bien aux matériaux connus qu'aux matériaux a découvrir, pourvu ~

,

- 3 - ~
B ~-1037~93 que le principe ~ondamental de l'invention ~oit respecté.
Il résulte de l'application de ce principe que les sur-faces de contact entre les éléments constituant un composant en contact avec les éléments constituant le composant qui lui est immédiatement adjacent peuvent être agrandies et, par suite, les pressions de contact diminuées. De pré~érence, on utilise, dans un ou plusieurs composant~ des éléments espacés les uns des -autres dans le sens circonférentiel, afin qulil ne subsiste de~
contacts dans le sens radial qu'entre compo~ants successifs et peu ou pas de contacts entre les éléments formant lesdits com-posants. Si, par contre, on veut fabriquer des câbles selon l'invention, adhérant bien au matériau dont il8 constituent l'ar-mature~ on utilise de préférence pour le compo~ant du cable en contact avec ledit matériau, c'est-à-dire pour la couche exté-rieure du câble, un nombre élévé dtélements ~ointi~s de diamètre relativement faible. Mais le principe ds base de lt invention n'exclut pas d'utiliser, dans un même composant, de~ éléments qui ~e différencient entre eux par des matéria~x de modules d'é-lasticité différents. On peut, par exemple, interposer entre deux élément3 en acier un élément en laiton ou m~me en matière plastique Dans certaines applications il est apparu avantageux d'u-tiliser, pour constituer les éléments des composants des câble~, de~ matériaux tels que ces éléments ne subissent que des défor-mations permanentes faibles ou pratiquement nulles Ces défor- ;
mation8 peuvent provenir de contraintes physiques (pression, tem-pérature, etc.) auxquelles les câbles sont soumis lors de la fa-brication ou de ltutilisation de~ articles dont l'armature est constituée par ces câbles. Gontrairement à l'opinion générale-.
ment répandue, de telles déformations, bien qu'elles augmentent le~ surfaces de contact entre les éléments du c~ble, soht~succep-tibles de nuire à la rigidité du câble, ~;
........

, . .. . .

:.
1~37~93 ~:
notamment dan~ le cas o~ cette rigidit~ peut 8tre acce~sible au calcul.
Un exemple 9imple conforme ~ l'invention consi~tea~sembler un câble au moyen d'une âme de module Eo et d'une couche périph~rique formée de fils unitaires de module E1 Se-lon l'invention, Eo est di~férent de E1. Dans le cas particu-lier où Eo est inf~rieur ~ E1, on peut obtenir un câble élasti-que dont la rigidité (celle-ci étant définie oomme le rapport de la force sur l'allongement produit par~cette force) peut être calculée à l'aide de la relation suivante:
E ~ A , i - A1 tg2 a (1) o 1 + A2sin2 a + A~ sin4 a Dans ¢ette relation~ a repré~ente l'angle de retordage des fils par rapport a l'axe du câble et les quantités Ao~ A1 A2- A~
eont dee fon¢tions des cara¢t~ristiques géométriques du c~ble eb des oaractéri~tiques mécaniques des matériaux utilis~s, En ~articulier :
Ao ~ n S1 E1 c09 c + Eo S0 ~ est é~al au nombre de fiis utilisé~ dans la couche extéri-eure ¦ S1 est la ~ection d'un fil S0 est la section de l'âme.
Il faut remarquer que Ao e~t la rigidité telle qu'elle est habituellement calculée. ~es termes A1, A2, A3 étant po8i-tifs, il est évident que la rigidité E du c~ble est inférieure ¦ ~ Ao~ ri3idité habituellement calculée. ~e terme A~ étant une fonction linéaire croissante du rapport E1 sur E~, la relation ~ (1) montre que l'on peut obtenir une rigidité E faible, même ¦ avec un anglea grand Ia tension des fils étant in~ersement proportionnelle à cos a , on obtient ainsi un câble de rigidité
faible~ ayant également des contrainte~ faible~ dans les fils, alors qu'habituellement, cette rigidité faible obtenue avec un --5-- :
~,~ , , -.

pas de c~blage court (a grand) donnera des contrainte~ importan-te~ dans les fil~, ce ~ui nuit ~ l'endurance du câble.
Dan~ le C88 OU 1~ on recherche un cable très élastique, on utili~era une âme de module Eo faible devant E1 et on pour-ra écrire:
Ao = n S1 E1 cos3 ~
~a rel~tion (1) ain~i simplifi~e permet de calculer, avec une approximation de l'ordre de 10 %, la rigidité du câble. C'est sin~i, par ex~mple, qu'a~ec une âme constituée par un monofil de polyamide de 0,40 mm de rayon entouré d'une couche de 11 fil~ d'acier de 0,13 mm de-rayon, on peut réaliser facilement des câble~ ayant des rigidités comprises entre 10 000 et 3 000 daN en choi~ ant conven~blement l'angle de retordage ~ , ¢'eet-à-dire le pa~ de cfiblage de~ fils d'acier.
~a rigidité de 3000 daN e~t obtenue avec un angle de retordage de ~0. Si l'on a~ait con~truit un c~ble cla~ique ayant la même rigidit~, l'angle de retordage serait supérieur 50, En con~équence, la tension dsna le~ fil~ du c~ble clas-~ique serait de 35 % plus grande que la tension dar,s le~ fils du c~ble conforme à l'invention.
On peut aus~i réaliser par exemple un câble con~titué
de 10 fil~ dlacier de 0,13 mm de rayon assemblés 3ur une ~me monofilaire en polyamide de 0,35 mm de rayon et de module ~gal 100 daN/mm2. Ce câble peut a~oir une rigidité préalablement oaloul~e oompri~e entre 3 500 et 8 500 daN.
On peut de même réaliser, au moyen d'une âme mono~ilaire en polyamide de 0,1 mm de rayon et 150 daN/mm2 de module entou- , rée de 5 fils d'acier de 0,i3 mm de rayon, un câble de rigidité
comprise entre 4 000 et 5 200 daN.
Dans ce~ deux derniers exemples, le gain en tension sur les ~ par rapport aux câble~ usuels est de l'ordre de gran--:

:

deur cit~ plu~ haut Ce gain est d'autant plu~ important que l'on recherche des c~bles trè~ ~lastiques, c'est-~-dire ~ ri-gidité faible.
De la sorte, il e~t possible de fabriquer des c~bles de rigidité~ comprises entre 0,2 ~ 0,8 fois la rigidité des -~
éléments entourant 1'~me. En outre, ce type de construction permet d'obtenir de~ câbles dont la rigidité reste faible ~u~qu'à la rupture, donc d'obtenir des cables dont l'allonge-ment ~ la rupture e~t ~levé.
10Il est également conforme ~ l'invention de réaliser des c~bles comportant plusieurs compo~ant~ en plus de l'~me, ceci par exemple au moyen de deux couches de fils unitaires en matérlau de module E1 pour la couche dispo~e immédiatement sur l'~me et en matériau de module E2 pour la couche périph~ri~ue, l'~me étant en un matériau de module Eo~ Conform~ment à l'in-~ention, le module Bo doit être différent du ~odule E1 au moin~
En ce qui con¢erne les modules E1 et ~2 deux c~a~ peuvent se pré-~enter. Si les efforts de contact entre le~ deux couchea de ~ils unitaire~ ne sont pa~ pré~udiciables à l'endurance du ca-ble, on peut choisir les modules E1 et E2 de ~8me valeur. Si, par contre, les effort~ de contact en~re ces deux couches sont trop élevés, il convient de ¢hoisir ¢~formément ~ l'invention le module E1 dl~férent du module E2. Ce¢i n'ex¢lut pas que dan~ ce dernier oa~ le module E2 pui~æ ~tre égal au module Eo~
conformément au principe de base de l'invention.
De pr~férence, on ohoisit dan~ le premier cas le module Bo inférieur ~ E1 et dans le ~e¢ond ca~ le module E1 inférieur ~; aux modules Eo et E2.
SaDs sortir du cadre de l'inv~tion, on peut utiliser pour la fabrication desdits cfibles, d~$ torons en lieu et place des fils, On peut réaliser des toron~ ayant eux-même~ une rigi-.
dité plus faible que celle de leurs e~ments constitutifs. Tout ~ : . . s~ ~

iO37793 se p~sse dans ce~ condition~ comme 9i on utili9ait un matériau ~quivalent de module plus faible On peut ain~i obtenir des c~bles ayant une rigidité encore plu9 réduite.
~ 'invention ~era aisément comprise ~ l'aide du desain et de sa de~cription qui suivent et qui illustrent un certain nombre d'autres exemples d'exécution non limitatifs de l'inven-tion, Ie~ figures 1 ~ 4 montrent des coupes de câbles confor-mes ~ l'invention. Pour simplifier, on n'a repr~ent~ que ~uel~ues fils formant la ou les couches extérieures ~ me des c~ble~.
Sur la figure 1, on voit un cfible comportant une ~me 10 monofilaire, par exemple constituée par un fil unique en une matière pla~tique, ou par un cablé en textile, et une seule cou-che p~riphérique 11 de fils ou de toron~ me 10 a un module Eo~ le~ fils et/ou les torons 111 ont un module E1 ~ a figure 2 illustre le meme c~ble gue la figure 1, à
la dif~rence près que les éléments 211 de la couohe périphéri-que 21 sont e~pacés les uns de~ autres.
~ R figure 3 montre un cfible à trois c~mpo~ants, confor-me à l'invention, comportant une ~me 30 monofilaire~ une premiè-I re oouche 31 dans laquelle des fils jointifs 311, 312 de module E1 et E'1 alternent le module E1 e~t différent du module E'1.
D'autre part, les module~ E1 et E'1 sont différent~ de~ modules Eo et E2.
~ a figure 4 représente ~galement un câble conforme à
l'lnvention comportsnt le~ trois composants suivants: une âme 40 formée de trois fils retordus 401 de module Eo~ une première oouohe 41 de fils jointifs 411 de module E1 et une seconde cou-¢he 42 de fils jointifs 421 de module E2, le module E1 étant diff~rent des modules Eo et E2.
Dans les ¢~bles représentés aux figure~ 3 et 4~ les mo-dule~ E~o et E2 peuvent bien entendu être ~gaux , ,'","
".,. . ., . ,, , ... , . ... , ,, ., ,. ,. ~ .. ... . .. .. .

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Câble pour armer des objets constitués en matériaux élastiques ou facilement déformables, ayant comme composants une âme et au moins une couche périphérique, chaque composant étant formé au moyen d'éléments, caractérisé en ce qu'au moins deux composants consécutifs et en contact l'un avec l'autre dans le sens radial sont constitués au moyen de fils unitaires de section circulaire réalisés en matériaux de modules d'élasticité diffé-rents d'un composant à l'autre.

2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils unitaires formant au moins un des composants sont réalisés en des matériaux de modules d'élasticité différents.

3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils unitaires formant au moins un des composants sont espacés les uns des autres.

4. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fils unitaires formant au moins un des composants sont espacés les uns des autres.

5. Câble selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le composant destiné à être en contact avec les matériaux à armer est formé de fils unitaires de section circulaire et de diamètre relativement faible disposés jointive-ment.

6. Câble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composant destiné à être en contact avec les matériaux à
armer est formé de fils unitaires de section circulaire et de diamètre relativement faible disposés jointivement.

7. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme est formée d'au moins un fil unitaire de section cir-culaire et de module d'élasticité inférieur au module d'élasticité
des fils unitaires du composant entourant l'âme, ce câble étant constitué de ces deux composants seulement.

8. Câble selon les revendications 2 ou 3, caractérisé
en ce que l'âme est formée d'au moins un fil unitaire de section circulaire et de module d'élasticité inférieur au module d'élas-ticité des fils circulaires du composant entourant l'âme, ce câble étant constitué de ces deux composants seulement.

9. Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que sa rigidité est telle que sa valeur soit comprise entre les deux dixièmes et les huit dixièmes de la rigidité des éléments entourant l'âme.

10. Câble selon l'une des revendications 1, 3 ou 7, caractérisé en ce que le composant entourant l'âme est constitué
de fils unitaires, et en ce que la rigidité E du câble est donnée par la formule:

dans laquelle les paramètres A0, A1, A2, A3 et .alpha. correspondent aux définitions suivantes:
.alpha. représente l'angle de retordage des fils par rapport à l'axe du câble et les quantités A0, A1, A2, A3 sont des fonc-tions des caractéristiques géométriques du câble et des caracté-ristiques mécaniques des matériaux utilisés.

11. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composant entourant l'âme est constitué de fils unitaires, et en ce que la rigidité E du câble est donnée par la formule:

E = Ao dans laquelle les paramètres Ao, A1, A2, A3 et .alpha. correspondent aux définitions suivantes:
.alpha. représente l'angle de retordage des fils par rapport à l'axe du câble et les quantités A0, A1, A2, A3 sont des fonc-tions des caractéristiques géométriques du câble et des caracté-ristiques mécaniques des matériaux utilisés.

12. Câble selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les fils unitaires constituant les composants du câble sont réalisés en des matériaux subissant des déformations permanentes faibles ou pratiquement nulles sous l'effet des contraintes physiques auxquelles le câble est soumis hors de la fabrication ou de l'utilisation des articles dans lesquels il sert d'armature.