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L'invention concerne des câbles électriques à simple conducteur nécessitant de la flexibilité, le câble devant pouvoir résister, en outre, à des manutentions brutales, à une température élevée, à des contacts avec des huiles, toutes propriétés spécialement importantes dans l'emploi géné- ral de tels câbles sur les locomotives Diesel électriques.
Jusqu'à présent, les câbles destinés à de telles applications ne se sont pas montrés satisfaisants pour diverses raisons. Une source d'inconvénients s'est rencontrée lorsque des câbles à revêtement guipé sont déconnectés pour les relier à d'autres équipements, ce qui occasion- nait la rupture du guipage et de l'isolant. Cette fragilité provanait probablement, en partie, de la peinture recouvrant le guipage. Une autre difficulté provient de l'infiltration de liquides, l'eau et l'huile sur- tout, à travers le revêtement en pénétrant jusqu'au câble.
L'invention a donc pour objet principal de surmonter ces dif- ficultés, tout en bénéficiant d'avantages supplémentaires, les câbles per- fectionnés étant plus flexibles, et supportant mieux les manutentions brutales, l'abrasion et les milieux agressifs, notamment les températures élevées, les acides, les alcalis, la lumière solaire, l'eau, l'huile et la flamme.
Un autre objet de l'invention est de réaliser ces propriétés u- tiles grâce à une fabrication économique, tout en obtenant de bonnes carac- téristiques électriques, et en réduisant le diamètre total à une valeur moindre que les câbles similaires tels qu'on les utilise actuellement. On peut ainsi satisfaire aux exigences des installations dans un espace limité, comme c'est le cas dans une locomotive.
Tous ces objectifs sont atteints, ainsi que d'autres, conformément à l'invention en recouvrant un conducteur flexible au moyen d'enroulementssuperposés de rubans spécialement préparés. Partant du conducteur nu, on lui applique un premier ruban formé d'un élément support comme le papier, recouvert sur une face avec du butyl-caoutchouc non vulcanisé, par exemple le produit vendu sous la désignation GR-I (abréviation de Government Rubber-Isobutylène). Cette substance est obtenue en copolymérisant l'isobutylène avec juste assez d'isoprène et dans certains cas de butadiène, pour en permettre la vulcanisation, par exemple environ 98 parties d'isobutylène et 2 parties d'isoprène. On peut employer d'autres caoutchoucs synthétiques similaires. Dans tous les cas c'est la surface nue du papier qu'on place au contact du conducteur.
Sur ce premier ruban, on en applique un second qui comporte un élément support renforçateur, de préférence un tissu dont une face est revêtue de butyl-caoutchouc et l'autre de néoprène, la surface butylée étant en contact direct avec la surface butylée du premier ruban.
On rappellera que le néoprène est un polymère du 2-chlorobutadiène ou chloroprène. On recouvre le second ruban de plusieurs couches de ruban de néoprène non vulcanisé et non armé par un support, tel que papier ou tissu.
On soumet alors le câble entier à la vulcanisation usuelle, de façon à dur- cir le butyl-caoutchoue et le néoprène ; couches de ruban se transforment ainsi en agglomérat unique d'isolant recouvrant le conducteur.
Pour mieux comprendre l'invention on se reportera aux figures,ciaprès dont voici l'énumération : - la figure 1 représente une longueur d'un câble isolé suivant l'invention, avec coupe partielle mais avant vulcanisation; - la figure 2 est une vue analogue représentant le même câble après vulcanisation; - les figures 3 et 4 sont des coupes à grande échelle des combinaisons respectives du premier et du second ruban; - la figure 5 est une coupe transversale du câble terminé suivant la figure 2.
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En se référant à la figure 1, le chiffre 1 désigne un conducteur électrique, flexible formé d'un grand nombre de fils élémentaires ; 2 représente le ruban de papier avec son revêtement 3 en butyl-caoutchouc (voir la coupe agrandie de la figure 3); 5 désigne le ruban de tissu avec son revêtement 4 en butyl-caoutchouc sur une face et le revêtement 7 en néoprène résistant au frottement sur la surface opposée (voir la coupe agrandie figure 4); enfin 6 désigne les rubans en néoprène non vulcanisés et sans support, dont on en a représenté quatre suivant le présent exemple.
On peut utiliser, à volonté, plus ou moins de couches de néoprène.
Les figures 2 et 5 montrent en coupes longitudinale et transversale respectivement, le câble terminé tel qu'on l'obtient après vulcanisa- tion. Comme les figures l'indiquent, les deux surfaces contigüës du butylcaoutchouc de la figure 1 se sont rassemblées en une seule couche pratiquement homogène de butyl-caoutchque 3a et la surface de néoprène du ruban 5 de la figure 1 s'est agglomérée avec les quatre couches finales du ruban.'de néoprène 6 de la figure 1 pour ne plus former qu'une couche de néoprène pratiquement homogène 6a.
Pour fabriquer ces câbles, on part d'un élément conducteur électrique, par exemple un conducteur flexible en cuivre formé de plusieurs éléments toronnés de façon à former, par exemple un conducteur suivant la norme américaine 3/0 (450/24 AMG). On enroule suivant une seule direction, un ruban préfabriqué constitué par du papier dont la face nue est en contact avec le conducteur et dont la face opposée a été préalablement enduite d'un caoutchouc synthétique non vulcanisé, le butyl-caoutchouc par exemple.
On enroule de préférence de fagon que les spires soient jointives. On peut employer par exemple un ruban de papier manilles de 19 mm. de large ayant une épaisseur d'environ 0,13 mm., recouvert sur une seule face d'une épaisseur avoisinant 0,5 mm. de butyl-caoutchouc non vulcanisé. La surface de papier de ce premier enroulement à deux fonctions importantes :
1 elle sert de support matériel au butyl-caoutchouc non vulcanisé, qui serait trop faible à l'état isolé;
2 - on obtient a peu de frais un séparateur au contact direct du conducteur,mais facile à enlever, par exemple pour dénuder l'extrémité du câble et permettre ses connexions.
Sur ce premier ruban enroulé, on en enroule un second, de préférence dans la même direction, ce ruban ayant été préalablement revêtu d'épaisseurs voulues de butyl-caoutchouc non vulcanisé sur sa face intérieure et de néoprène non vulcanisé à l'extérieur. De préférence, on effectue aussi l'enroulement à spires jointives, mais de façon que les joints se trouvent à mi-distance entre deux joints de la première couche. Ce second ruban peut, par exemple, être formé d'un tissu de coton ayant 19 mm. de largeur et une épaisseur avoisinant 0,25 mm. L'une de ses faces a reçu une couche d'environ 0,5 mm. de butyl-caoutchouc non vulcanisé, en couche relativement mince,ce produit étant du type vendu sous le nom de revêtement pour frottement ("Friction coating" suivant la nomenclature américaine).
La fonction de ce second ruban .préfabriqué est triple :
1 - pendant l'enroulement sur le câble, le tissu sert de support à la seconde couche mince de butyl-caoutchouc non vulcanisé, qui est faible;
2 - il renforce aussi le câble fini;
3 - après vulcanisation,, il établit la liaison entre l'isolant butyle et l'enveloppe de néoprène en empêchant leur séparation.
En outre, si de l'huile entre au contact du câble vers les bornes, ce renforcement par le tissu aide à empêcher le gonflement du butyl-caout- chouc. (On sait qu'il y a toujours de l'huile présente sur les locomotives
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Diesel électriques).
Sur l'ensemble des deux rubans, on enroule alors plusieurs cou- ches de ruban de néoprène non vulcanisé et dépourvu de support, de façon à former le revêtement extérieur. Ces rubans peuvent avoir, par exemple,
38 mm. de large et 0,43 mm d'épaisseur, et on peut les enrouler en sens opposés avec spires jointives, de façon que certaines couches soient placées dans une direction- et les autres en direction opposée. Dans le cas de quatre couches d'un tel ruban on peut enrouler les deux premières dans une direction et les deux dernières en direction opposée.
Dans ce même cas, on peut par exemple effectuer les deux premiers enroulements de néoprène en direction opposée à celle du premier enroulement (celui qui est au contact du conducteur) et les deux dernières couches dans l'autre direction, c'est-à- dire la même que pour l'enroulement au contact du conducteur. On effectue de préférence chacun des revêtements au néoprène de façon que les joints se trouvent à mi-distance entre les joints consécutifs de la couche-sous- jacente. On préfère enrouler les rubans de néoprène sous forte tension.
Ainsi, pour des rubans de néoprène ayant l'épaisseur initiale de 0,43 mm., la tension peut suffire à réduire l'épaisseur à 0,38 mm.
Une fois enroulés tous les rubans, on vulcanise la totalité du revêtement par n'importe quelle méthode convenable. On peut,par exemple, vulcaniser dans une gaine de plomb que l'on enlève ensuite, conformément à un procédé bien connu. L'examen d'une coupe du câble après vulcanisa-- tion,tel qu'il résulte des figures 2 et 5, montre les traits principaux et les avantages de l'invention. On voit que le câble terminé, comprend la couche de papier sur le conducteur, puis une couche unique et pratiquement homogène de butyl-caoutchouc, puis une couche de tissu, et finalement une couche compacte, pratiquement homogène, de néoprène jusqu'à la surface extérieure.
Comme les deux surfaces de butyl-caoutchouc des deux premiers rubans ont été mises en contact direct l'une sur l'autre, la vulcanisation les réunit en une couche compacte de butyl-caoutchouc. Celle-ci a d'excel- lentes propriétés d'isolement électrique. Comme elle n'est pas fixée au conducteur, on peut l'en séparer facilement grâce à la couche de papier placée dessous . De même, la surface en néoprène se rassemble en une seule couche continue, grâce à la vulcanisation, pour ne plus former qu'une couche de néoprène que le tissu sépare de l'isolant au butyl-caoutchouc mais ce même tissu assurant la liaison avec le butyl-caoutchouc.
On notera que le butyl-caoutchouc non vulcanisé, étant relativement mou, se lie facilement pendant la vulcanisation aux fibres du tissu, bien que le butyl-caoutcho9uc ait été appliqué sur le tissu par un simple calendrage. D'autre part, le néoprène ne se comporte pas si aisément, à moins que l'on en ait étalé une couche mince par frottement et calendrage sur le tissu. En-conséquence, il y a liaison intime du butyl-caoutchouc et du néoprène aux fibres du tissu dans le câble terminé.
Un autre avantage de l'invention est qu'elle surmonte les inconvénients du butyl-caoutchouc et du néoprène quand on utilise une seule de ces substances pour l'usage courant, puisque les propriétés avantageuses de ces deux substances sont ici utilisées effectivement pour obtenir un câble doué de propriétés qu'on ne trouvait pas jusqu'à présent dans les câbles industriels..
De même que pour les caoutchoucs synthétiques similaires, le butyl-caoutchouc correctement incorporé et vulcanisé possède de bonnes propriétés électriques et physiques et résiste à des températures relativement élevées sans perte sérieuse de ses propriétés. Par contre, le contact avec l'hui@e ramollit et gonfle sérieusement le butyl-caoutchouc et ses propriétés, avant vulcanisation, sont assez médiocres.
D'autre part, si le néoprène résiste bien à la chaleur, à la flamme, à l'huile et s'il est économique, il n'a que de médiocres propriétés élec-
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triques, en particulier dans les circuits de courant continu : sa résistance d'isolement est faible,et il se prête à l'endosmose électrique. En combinant ces deux substances sur le même conducteur,le néoprène étant à l'extérieur, chaque substance renforce l'autre, et on obtient un excellent câble qui répond à tous les objectifs de l'invention.
On soulignera encore un avantage important de la méthode de construction décrite, car elle permet d'obtenir à un prix de revient raisonnable un câble de faible diamètre total, dont les couches d'isolant et de protection sont bien concentriques, simultanément la flexibilité et la résistance mécanique sont améliorées, sans troubler la liaison tenaces entre l'isolant et le revêtement. Les spécialistes peuvent penser que les mêmes avantages s'obtiendraient en partie, en extrudant le revêtement de néoprène sur la couche de néoprène de frottement sur le ruban, au lieu d'enrouler des rubans de néoprènes sans support.
Mais il n'est pas possible d'obtenir, par extrusion une couche de revêtement parfaitement concentrique au conduc- teur, de sorte qu'il faudrait une couche plus forte qu'il n'est nécessaire, ce qui élève le prix de revient et augmente de façon non désirable le diamètre total du câble.
La description concerne les associations de butyl-caoutchouc et de néoprène, mais l'invention n'est pas limitée à ces matériaux bien qu'ils aient été trouvés préférables. En ce qui concerne le papier formant le premier enroulement, on peut remplacer le papier manille par d'autres ayant approximativement les mêmes largeur et épaisseur, par exemple, le crêpe, le papier kraft; etc... On peut aussi remplacer le tissu supportant à la fois le butyl-caoutchouc et le néoprène par des tresses ou des tissus ou rubans non tissés de coton, soie, verre eu analogues.
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The invention relates to single-conductor electric cables requiring flexibility, the cable having to be able to withstand, moreover, rough handling, high temperature, contact with oils, all properties especially important in general use. - ral such cables on diesel electric locomotives.
Hitherto, cables intended for such applications have not proved satisfactory for various reasons. One source of inconvenience has been encountered when wrapped coated cables are disconnected for connection to other equipment, causing the wrapping and insulation to break. This fragility was probably due, in part, to the paint covering the wrapping. Another difficulty arises from the infiltration of liquids, mainly water and oil, through the coating, penetrating to the cable.
The main object of the invention is therefore to overcome these difficulties, while benefiting from additional advantages, the improved cables being more flexible, and better withstanding rough handling, abrasion and aggressive environments, in particular temperatures. high, acids, alkalis, sunlight, water, oil and flame.
Another object of the invention is to achieve these useful properties through economical manufacture, while obtaining good electrical characteristics, and reducing the total diameter to a lower value than similar cables as they are. currently using. It is thus possible to meet the requirements of installations in a limited space, as is the case in a locomotive.
All these and other objects are achieved in accordance with the invention by covering a flexible conductor by means of superimposed windings of specially prepared tapes. Starting from the bare conductor, a first tape is applied to it formed of a support element such as paper, covered on one side with unvulcanized butyl rubber, for example the product sold under the designation GR-I (abbreviation of Government Rubber- Isobutylene). This substance is obtained by copolymerizing isobutylene with just enough isoprene and in some cases butadiene, to permit vulcanization, for example about 98 parts of isobutylene and 2 parts of isoprene. Other similar synthetic rubbers can be used. In all cases, it is the bare surface of the paper that is placed in contact with the conductor.
On this first tape, a second is applied which comprises a reinforcing support element, preferably a fabric, one side of which is coated with butyl rubber and the other with neoprene, the butylated surface being in direct contact with the butylated surface of the first. ribbon.
It will be recalled that neoprene is a polymer of 2-chlorobutadiene or chloroprene. The second tape is covered with several layers of unvulcanized and unreinforced neoprene tape with a backing, such as paper or fabric.
The entire cable is then subjected to the usual vulcanization, so as to harden the butyl rubber and the neoprene; layers of tape are thus transformed into a single agglomerate of insulation covering the conductor.
In order to better understand the invention, reference will be made to the figures, hereinafter which are listed below: - Figure 1 represents a length of an insulated cable according to the invention, with partial cut but before vulcanization; - Figure 2 is a similar view showing the same cable after vulcanization; - Figures 3 and 4 are large-scale sections of the respective combinations of the first and second tape; - Figure 5 is a cross section of the finished cable according to Figure 2.
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Referring to Figure 1, the number 1 designates a flexible electrical conductor formed from a large number of elementary wires; 2 shows the paper tape with its butyl rubber coating 3 (see the enlarged section of FIG. 3); 5 denotes the fabric tape with its butyl rubber coating 4 on one side and the friction resistant neoprene coating 7 on the opposite surface (see enlarged section in Figure 4); finally 6 denotes the unvulcanized and unsupported neoprene tapes, four of which have been shown according to the present example.
More or less layers of neoprene can be used at will.
Figures 2 and 5 show in longitudinal and transverse sections respectively, the finished cord as obtained after vulcanization. As the figures indicate, the two contiguous surfaces of the butyl rubber of Figure 1 have come together as a single, substantially homogeneous layer of butyl rubber 3a and the neoprene surface of the tape 5 of Figure 1 has bonded with the four final layers of the neoprene tape 6 of FIG. 1 to form only a practically homogeneous layer of neoprene 6a.
To manufacture these cables, one starts from an electrically conductive element, for example a flexible copper conductor formed from several stranded elements so as to form, for example a conductor according to American standard 3/0 (450/24 AMG). A prefabricated tape is wound in a single direction, consisting of paper, the bare face of which is in contact with the conductor and the opposite face of which has been previously coated with an unvulcanized synthetic rubber, for example butyl rubber.
It is preferably wound so that the turns are contiguous. For example, a 19 mm shackle paper tape can be used. wide having a thickness of about 0.13 mm., covered on one side only with a thickness of about 0.5 mm. of unvulcanized butyl rubber. The paper surface of this first winding has two important functions:
1 it serves as a material support for the unvulcanized butyl rubber, which would be too weak in the isolated state;
2 - a separator is obtained inexpensively in direct contact with the conductor, but easy to remove, for example to strip the end of the cable and allow its connections.
On this first wound tape, a second tape is wound, preferably in the same direction, this tape having been previously coated with desired thicknesses of unvulcanized butyl rubber on its inner face and of unvulcanized neoprene on the outside. Preferably, the winding is also carried out in contiguous turns, but so that the joints are located midway between two joints of the first layer. This second ribbon can, for example, be formed of a cotton fabric having 19 mm. width and a thickness of around 0.25 mm. One of its faces received a layer of about 0.5 mm. of unvulcanized butyl rubber, in a relatively thin layer, this product being of the type sold under the name of coating for friction ("Friction coating" according to the American nomenclature).
The function of this second prefabricated tape is threefold:
1 - during winding on the cable, the fabric serves as a support for the second thin layer of unvulcanized butyl rubber, which is weak;
2 - it also reinforces the finished cable;
3 - after vulcanization, it establishes the bond between the butyl insulation and the neoprene casing, preventing their separation.
Further, if oil comes into contact with the cable to the terminals, this fabric reinforcement helps to prevent swelling of the butyl rubber. (We know that there is always oil present on the locomotives
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Diesel electric).
On the set of two tapes, several layers of unvulcanized neoprene tape having no support are then wound up, so as to form the outer covering. These ribbons may have, for example,
38 mm. wide and 0.43 mm thick, and can be wound in opposite directions with contiguous turns, so that some layers are placed in one direction and others in the opposite direction. In the case of four layers of such a tape, the first two can be wound in one direction and the last two in the opposite direction.
In this same case, one can for example carry out the first two neoprene windings in the direction opposite to that of the first winding (the one which is in contact with the conductor) and the last two layers in the other direction, that is to say say the same as for the winding in contact with the conductor. Each of the neoprene coverings are preferably made so that the joints are midway between consecutive joints of the underlying layer. It is preferred to wind the neoprene tapes under high tension.
Thus, for neoprene tapes having the initial thickness of 0.43 mm., The tension may be sufficient to reduce the thickness to 0.38 mm.
After all the tapes have been wound up, the entire coating is vulcanized by any suitable method. It is possible, for example, to vulcanize in a lead sheath which is then removed, according to a well known process. Examination of a section of the cable after vulcanization, as it results from FIGS. 2 and 5, shows the main features and the advantages of the invention. We see that the finished cable, comprises the layer of paper on the conductor, then a single and practically homogeneous layer of butyl-rubber, then a layer of fabric, and finally a compact, practically homogeneous layer of neoprene up to the surface. exterior.
Since the two butyl rubber surfaces of the first two tapes were brought into direct contact with each other, vulcanization brings them together into a compact layer of butyl rubber. This has excellent electrical insulating properties. As it is not attached to the conductor, it can be easily separated from it thanks to the layer of paper placed below. Likewise, the neoprene surface comes together in a single continuous layer, thanks to vulcanization, to form only a layer of neoprene that the fabric separates from the butyl-rubber insulation but this same fabric ensuring the connection with butyl rubber.
It will be appreciated that the unvulcanized butyl rubber, being relatively soft, readily bonds during vulcanization to the fibers of the fabric, although the butyl rubber has been applied to the fabric by simple calendering. On the other hand, neoprene does not behave so easily, unless a thin layer of it has been rubbed and calendared on the fabric. As a result, there is an intimate bond of the butyl rubber and neoprene to the fibers of the fabric in the finished tow.
Another advantage of the invention is that it overcomes the disadvantages of butyl rubber and neoprene when only one of these substances is used for common use, since the advantageous properties of these two substances are here effectively used to obtain a cable endowed with properties that were not previously found in industrial cables.
As with similar synthetic rubbers, properly incorporated and vulcanized butyl rubber has good electrical and physical properties and withstands relatively high temperatures without serious loss of its properties. On the other hand, contact with the oil seriously softens and swells the butyl rubber and its properties, before vulcanization, are quite poor.
On the other hand, if neoprene is resistant to heat, flame, oil and is economical, it has only poor electrical properties.
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triques, in particular in direct current circuits: its insulation resistance is low, and it lends itself to electrical endosmosis. By combining these two substances on the same conductor, the neoprene being on the outside, each substance reinforces the other, and an excellent cable is obtained which meets all the objectives of the invention.
Another important advantage of the construction method described will be emphasized, since it makes it possible to obtain at a reasonable cost price a cable of small total diameter, of which the insulation and protection layers are indeed concentric, simultaneously the flexibility and the Mechanical strengths are improved without disturbing the stubborn bond between insulation and coating. Those skilled in the art may think that the same advantages would be obtained in part by extruding the neoprene coating over the friction layer of neoprene on the tape, instead of winding neoprene tapes without a backing.
However, it is not possible to obtain, by extrusion, a coating layer perfectly concentric with the conductor, so that a stronger layer than is necessary is required, which increases the cost price and undesirably increases the total diameter of the cable.
The description relates to combinations of butyl rubber and neoprene, but the invention is not limited to these materials although they have been found to be preferable. As regards the paper forming the first winding, the manila paper can be replaced by others having approximately the same width and thickness, for example, crepe, kraft paper; etc. It is also possible to replace the fabric supporting both the butyl rubber and the neoprene by braids or nonwoven fabrics or ribbons of cotton, silk, glass or the like.