Procédé pour former un filet hélicoïdal dans la surface d'un cylindre allongé en matière thermoplastique et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention concerne un procédé pour former un filet hélicoïdal dans la surface d'un cylindre allongé en matière thermoplastique, et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les câbles coaxiaux comprennent, d'une façon générale, un conducteur électrique ou fil métallique interne entouré par un conducteur externe tubulaire coaxial et séparé de ce dernier par une matière diélectrique. Afin de conférer au câble une certaine souplesse, le conducteur externe est généralement sous la forme d'une toile ou d'une tresse. Aux très hautes fréquences de courant, le conducteur tressé s'est avéré présenter des fuites et l'affaiblissement des signaux qui en résulte est inaccepta ble dans beaucoup de cas. Bien que cette perte d'énergie puisse tre réduite en formant le conducteur externe sous la forme d'un tube continu ou imperméable, la diminution de la souplesse qui en résulte est souvent défavorable.
Il a été proposé d'obtenir la souplesse d'un conducteur externe imperméable présentant une surface à circonvolutions comme un soufflet allongé ou un filetage, le conducteur externe étant ensuite enduit ou déposé sur la forme filetée.
Pour former des circonvolutions autour d'un élément allongé présentant une surface extérieure en une matière diélectrique, on connaît un certain nombre de procédés.
Par exemple, on peut faire passer par intermittence un fil métallique enduit d'une matière thermoplastique à travers une matrice d'emboutissage qui, d'une façon alternée, serre et desserre la surface de l'enduit. Selon une variante, on peut faire passer le tronçon de fil métallique allongé et enduit continuellement à travers une matrice de laminage ou d'emboutissage. Toutefois, ceci nécessite une matière qui peut tre déformée plastiquement sans se rompre et sans revenir à sa forme initiale, comme cela se produit avec de nombreuses matières thermoplastiques.
Les procédés à action intermittente sont aussi généralement défavorables étant donné qu'une imperfection dans la formation des circonvolutions se produit périodiquement et agit comme des impédances localisées lorsque le fil métallique enduit conformé est utilisé comme un câble coaxial.
Les matrices d'emboutissage utilisées sur des matières thermoplastiques froides (c'est-à-dire à la température ambiante) imposent des efforts aux matières et si ces dernières sont chauffées par la suite, elles ont tendance à se détendre et à reprendre leur forme initiale. Par contre, si la matrice est chauffée, elle agit comme une grande source de chaleur ayant tendance à chauffer la masse de l'enduit thermoplastique jusqu'à son âme. Ceci a tendance à provoquer un affaissement de la forme obtenue après libération par la matrice, attendu qu'une si grande quantité de chaleur n'est pas facilement dissipée. L'utilisation des matrices d'une façon générale, que ce soit dans un procédé continu ou intermittent, a tendance à provoquer un étalement indésirable de la surface à circonvolutions.
Un filet peut tre taillé ou laminé sur la surface externe de l'élément d'une façon analogue à la fabrication de boulons. Lorsqu'on l'applique à un fil métallique enduit, cette méthode implique un couple considérable et le fil métallique peut ne pas tre assez robuste pour y résister, d'où il résulte une cassure ou un entortillement du fil métallique.
On ne désire pas obtenir une forme vraiment analogue à celle d'un soufflet, mais plutôt une circonvolution extérieure analogue à un filetage. Une forme analogue à un soufflet est défavorable dans un câble coaxial, attendu qu'une rupture se produisant autour du bombement du soufflet détruirait la continuité d'un conducteur enduit sur l'extérieur du fil métallique.
Les désavantages des procédés précités sont évités par le procédé selon l'invention, qui, à cet effet, est caracté, risé en ce qu'on fait avancer continuellement le cylindre le long de son axe sur un segment d'une ligne droite, qu'on chauffe la pointe arrondie d'un outil en forme de soc, qu'on sollicite cette pointe chauffée contre la surface du cylindre au voisinage dudit segment, et qu'on fait tourner continuellement ladite pointe chauffée autour du segment pendant qu'elle est en contact avec le cylindre se déplaçant le long de son axe.
L'appareil suivant l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour déplacer le cylindre à travers un poste de travail sur une ligne sensiblement droite le long de son axe, un outil en forme de soc destiné à venir avec sa pointe au contact d'une partie de la surface du cylindre, un moyen pour chauffer cette pointe à une température à laquelle la partie de la surface se ramollit, et un dispositif pour faire tourner cette pointe chauffée autour de l'axe du cylindre sensiblement dans un plan orthogonal par rapport audit axe au poste de travail, la pointe étant en contact avec ladite partie de la surface.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. Dans ce dessin:
La fig. 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation d'un appareil pour former un filet extérieur autour d'un câble.
La fig. 2 est une vue partielle à plus grande échelle d'une partie de l'appareil de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale partielle à plus grande échelle d'un câble ou fil métallique donné à titre d'exemple, montrant une forme préférée des circonvolutions produites.
Avec le procédé et l'appareil qui vont tre décrits, on se propose de former un filet hélicoïdal continu autour d'une surface cylindrique en une matière thermoplastique. Les matières thermoplastiques sont en général celles qui sont solides à la température ambiante et à la pression atmosphérique, et qui peuvent tre ramollies à plusieurs reprises par la chaleur à un état dans lequel elles peuvent s'écouler ou elles peuvent tre facilement déformées plastiquement, en durcissant après refroidissement sans que leurs caractéristiques chimiques ou physiques, en dehors de la forme, soient modifiées d'une façon importante. Les matières thermoplastiques particulièrement intéressantes, spécialement pour les utiliser pour former un câble coaxial, sont celles ayant des propriétés diélectriques avantageuses.
D'une façon typique, on peut les choisir parmi des substances polymères à poids moléculaire élevé, comme certains polymères et copolymères de styrène, des substances acryliques, des substances cellulosiques, des polyéthylènes, des vinyles, et certains fluorocarbures. Elles se distinguent nettement des matières plastiques thermodurcissables, comme la plupart des polyesters, des résines alkydes, époxydes, phénoliques et aminées.
Dans ce qui va suivre on se référera plus particulièrement à des fils ou câbles comprenant un conducteur central allongé, enfermé dans une gaine cylindrique en matière thermoplastique ayant un diamètre sensiblement uniforme.
Un appareil comprenant un moyen d'alimentation en fil métallique sous forme d'une bobine d'alimentation 20 (fig. 1) supporte une réserve de fil 22 enduit de matière thermoplastique. Un tronçon du fil s'étend de la bobine 20 à travers un poste de travail 24 et jusqu'à un moyen d'emmagasinage sous forme d'une bobine enrouleuse 26.
Un moyen pour faire avancer continuéllement le fil 22 dans le sens de son axe le long d'une ligne sensiblement droite 28 à travers un poste 24 est constitué par deux rouleaux d'entraînement 30 et 32 venant en prise avec les côtés opposés du fil 22 et disposés entre le poste de travail 24 et la bobine 26. Des moyens (non représentés) font tourner au moins l'un des rouleaux 30 de façon à dérouler le fil de la bobine d'alimentation 20 à une vitesse uniforme qui est commandée par la vitesse de rotation des rouleaux d'entraînement.
Afin de contraindre le mouvement du fil 22 à suivre une ligne sensiblement droite le long du segment 28, deux rouleaux de freinage ou de traînée 34 et 36, disposés entre le poste 24 et la bobine d'alimentation 26, viennent en contact de frottement avec le fil 22 sur ses côtés opposes. Fol est évident que le mouvement de translation ou d'avance conféré au fil 22 par les rouleaux d'entraînement 30 et 32, qui s'oppose à l'action de freinage des rouleaux 34 et 36, a tendance à maintenir le fil 22 sous tension le long du segment 28, et ainsi sensiblement sur une ligne droite.
Une broche 38, comme la poupée d'un tour, présentant une ouverture 40 au centre est disposée au voisinage du poste 24 de façon que le segment 28 passe sensiblement au centre de l'ouverture 40 et que le plan de rotation de la broche 38 soit sensiblement perpendiculaire à l'axe du fil 22 s'étendant le long du segment 28.
Des moyens (non représentés) font tourner continuellement la broche 38 à une vitesse réglable. Des moyens de guidage, sous forme de tubes creux 42 et 44 mis en position fixe et à travers lesquels le fil 22 passe, sont disposés sur les côtés opposés de la broche 38 le long du segment 28 pour garantir que le fil 22 soit maintenu sensiblement en alignement avec l'axe de rotation de la broche.
Pour chauffer une partie limitée de la surface du fil et pour la déformer, on utilise un outil chauffable 46, en forme de soc, relié à la broche 38. Dans une forme de réalisation préférée (fig. 2), le soc 46 est un fil métallique présentant une grande résistance électrique comme un alliage de nickel et de chrome ayant une section droite tubulaire et cintré sous une forme arrondie ou en V. Le soc 46 est monté sur une extrémité d'un levier 48. L'autre extrémité du levier pivote sur la broche 38 et est sollicitée par un ressort 50 de façon que la pointe du soc 46, c'est-à-dire l'anse du fil cintré, soit sollicitée pour se déplacer en direction de l'axe de rotation de la broche.
Une butée réglable 52 est disposée pour limiter la distance de déplacement du soc 46.
Le soc 46 et le levier 48 sont disposés sur la broche de façon que la pointe du soc se trouve au poste 24 et que le plan de la forme en V du soc soit maintenu d'une façon sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de la broche, tout en étant variable suivant un petit angle (d'une façon typique inférieur à 10 ) pour se conformer à l'angle d'hélice voulu du filet pour un pas donné. On prévoit des moyens comme des conducteurs 54 et 56 et des bagues collectrices 58 et 60 montés autour de la périphérie de la broche pour faire passer un courant électrique à travers le soc à partir d'une source appropriée.
En fonctionnement, la rotation des rouleaux 30 et 32 déroule le fil 22 à une vitesse sensiblement uniforme à partir de la bobine d'alimentation 20 entre les rouleaux de freinage 34 et 36 et à travers l'ouverture 40. A mesure que le fil 22 passe à travers le poste 24, la pointe du soc est poussée au contact de la surface du fil 22 par le ressort 50. Le courant électrique fourni au soc le chauffe à une température prédéterminée. La broche 38 tourne en contraignant le soc chauffé à décrire un cercle autour du fil 22 et à son contact. Ceci n'applique la chaleur qu'à la partie de l'enduit thermoplastique du fil 22 qui est au voisinage de la pointe du soc.
Ainsi, à mesure que le fil 22 est tiré à travers le poste 24, la pointe tournante et chauffée du soc pénètre par fusion dans l'enduit sous la poussée du ressort 50 sur une distance limitée par l'action de la butée 52, en formant une circonvolultion ou filet hélicoïdal autour de la surface de l'enduit du fil. La vitesse d'avance du fil 22 et la vitesse de rotation de la broche 38 et la température du soc 46 sont réglées suivant des variables telles que la conductivité thermique, la température de ramollissement et les dimensions de l'enduit utilisé pour fournir un filet ayant la forme voulue.
Par exemple, une température trop élevée du soc et une vitesse d'avance ou rotation trop lente provoquent un affaissement des filets; une chaleur insuffisante et une avance ou rotation trop rapide ne permettent pas au soc de pénétrer convenablement dans l'enduit et favorisent un maoulage de la matière thermoplastique et la formation de rainures qui sont trop peu profondes. D'une façon typique, en utilisant un enduit de polyéthylène d'un diamètre externe de 2,4 mm sur un fil de cuivre de 0,9 mm, avec une vitesse d'avance du fil de 3 mm par minute, une rotation de la broche de 45 tours par minute, on obtient 37 filets environ par unité de 2,5 cm avec un diamètre extérieur des crtes de 2,65 mm, la profondeur des filets (de la crte à la racine) étant de 0,75 mm environ.
En utilisant un soc, la forme du filet obtenue est celle dans laquelle les flancs du filet 62 et 64 (fig. 3) sont sensiblement droits comme ceux de filets carrés. Toutefois, les flancs sont sensiblement parallèles l'un à l'autre, et le profil aussi bien de la racine 66 que de la crte 68 est arrondi. On voit que le procédé décrit donne, sans altérer une caractéristique importante d'un procédé de découpage, un cylindre fileté présentant un diamètre d'une crte à l'autre supérieur au diamètre initial du cylindre, et on pense que ceci est dû à une action ondulatoire du soc passant à travers la matière thermoplastique ramollie.
Cette configuration particulière du filet, à cause de son profil arrondi et de ses côtés droits, est particulièrement avantageuse, une couche métallique peut y tre déposée pour fournir un élément très souple ayant une tendance minimum à la fissuration ou à une séparation de la couche lorsqu'il est soumis à une flexion.
Le profil de la racine et la largeur de la rainure du filet sont proportionnels à la forme de section droite et au diamètre du fil utilisé pour former le soc et au faible écart angulaire par rapport à la perpendicularité du plan de la forme en V du soc.
Le e soc peut tre chauffé autrement que par une source électrique. L'appareil n'est également pas considéré comme étant limité à un seul soc. Bien que la description ci-dessus concerne un cylindre à un seul filet, on peut utiliser plusieurs socs montés en parallèle avec une augmentation appropriée de la vitesse d'avance du fil pour fournir un cylindre à plusieurs filets. On peut aussi utiliser un certain nombre de socs disposés en série pour former progressivement un seul filet.
Pour augmenter la vitesse de produotion, on peut prévoir un préchauffage de la surface de la matière thermoplastique avant son passage à travers le poste 24; cependant le chauffage est toujours limité à la surface et reste insuffisant pour porter toute la masse de la matière thermoplastique jusqu'au noyau ou âme du cylindre à la température de ramollissement ou à une température voisine de celle-ci.
Method for forming a helical thread in the surface of an elongated cylinder of thermoplastic material and apparatus for carrying out this method
The present invention relates to a method for forming a helical thread in the surface of an elongated cylinder of thermoplastic material, and to an apparatus for carrying out this method.
Coaxial cables generally comprise an internal electrical conductor or metal wire surrounded by a coaxial tubular external conductor and separated from the latter by a dielectric material. In order to give the cable a certain flexibility, the outer conductor is generally in the form of a web or a braid. At very high current frequencies, the braided conductor has been shown to leak and the resulting signal attenuation is unacceptable in many cases. Although this loss of energy can be reduced by forming the outer conductor in the form of a continuous or impermeable tube, the resulting reduction in flexibility is often unfavorable.
It has been proposed to obtain the flexibility of an impermeable outer conductor having a convoluted surface such as an elongated bellows or a thread, the outer conductor then being coated or deposited on the threaded form.
For forming convolutions around an elongate member having an outer surface of a dielectric material, a number of methods are known.
For example, a wire coated with a thermoplastic material can be intermittently passed through a stamping die which alternately tightens and loosens the surface of the coating. According to a variant, the section of elongated and coated metal wire can be passed continuously through a rolling or stamping die. However, this requires a material which can be plastically deformed without breaking and without returning to its initial shape, as occurs with many thermoplastic materials.
Intermittent-acting methods are also generally unfavorable since imperfection in convolution formation periodically occurs and acts as localized impedances when the shaped coated wire is used as a coaxial cable.
Stamping dies used on cold thermoplastics (i.e. at room temperature) place stress on the materials and if these are subsequently heated, they tend to relax and regain their shape. initial. On the other hand, if the matrix is heated, it acts as a large heat source tending to heat the mass of the thermoplastic coating up to its core. This tends to cause the shape obtained after release from the die to collapse, since such a large amount of heat is not easily dissipated. The use of the dies in general, whether in a continuous or intermittent process, tends to cause undesirable spreading of the convoluted surface.
A thread can be cut or rolled on the external surface of the element in a manner analogous to the manufacture of bolts. When applied to a coated metal wire, this method involves a considerable torque and the metal wire may not be strong enough to withstand it, resulting in breakage or kinking of the metal wire.
We do not want to obtain a shape really analogous to that of a bellows, but rather an external convolution analogous to a thread. A bellows-like shape is unfavorable in a coaxial cable, since a break occurring around the bulge of the bellows would destroy the continuity of a conductor coated on the outside of the wire.
The disadvantages of the aforementioned methods are avoided by the method according to the invention, which, for this purpose, is characterized in that the cylinder is continuously advanced along its axis on a segment of a straight line, which 'the rounded tip of a ploughshare-shaped tool is heated, this heated tip is urged against the surface of the cylinder in the vicinity of said segment, and said heated tip is continuously rotated around the segment while it is in contact with the cylinder moving along its axis.
The apparatus according to the invention for the implementation of this method is characterized in that it comprises a means for moving the cylinder through a work station on a substantially straight line along its axis, a tool in the form share intended to come with its point in contact with a part of the surface of the cylinder, a means for heating this point to a temperature at which the part of the surface softens, and a device for rotating this heated point around the axis of the cylinder substantially in a plane orthogonal to said axis at the workstation, the point being in contact with said part of the surface.
The accompanying drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the object of the invention. In this drawing:
Fig. 1 is a schematic view of one embodiment of an apparatus for forming an outer net around a cable.
Fig. 2 is a partial view on a larger scale of part of the apparatus of FIG. 1.
Fig. 3 is a partial cross section on a larger scale of an exemplary wire or cable, showing a preferred shape of the convolutions produced.
With the method and the apparatus which will be described, it is proposed to form a continuous helical thread around a cylindrical surface made of a thermoplastic material. Thermoplastics are generally those which are solid at ambient temperature and at atmospheric pressure, and which can be softened several times by heat to a state in which they can flow or they can be easily deformed plastically, in hardening after cooling without their chemical or physical characteristics, apart from the shape, being changed in a significant way. Of particular interest in thermoplastics, especially for use in forming a coaxial cable, are those having advantageous dielectric properties.
Typically, they can be selected from high molecular weight polymeric substances, such as certain polymers and copolymers of styrene, acrylics, cellulosics, polyethylenes, vinyls, and certain fluorocarbons. They are clearly distinguished from thermosetting plastics, such as most polyesters, alkyd, epoxy, phenolic and amine resins.
In what follows, reference will be made more particularly to wires or cables comprising an elongated central conductor, enclosed in a cylindrical sheath of thermoplastic material having a substantially uniform diameter.
An apparatus comprising a means for supplying metal wire in the form of a supply reel 20 (FIG. 1) supports a reserve of wire 22 coated with thermoplastic material. A section of the wire extends from the spool 20 through a work station 24 and to a storage means in the form of a winding spool 26.
A means for continuously advancing the wire 22 in the direction of its axis along a substantially straight line 28 through a station 24 is provided by two drive rollers 30 and 32 engaging the opposite sides of the wire 22. and disposed between the work station 24 and the spool 26. Means (not shown) rotate at least one of the rollers 30 so as to unwind the wire from the supply spool 20 at a uniform speed which is controlled by the speed of rotation of the drive rollers.
In order to force the movement of the wire 22 to follow a substantially straight line along the segment 28, two braking or drag rollers 34 and 36, arranged between the station 24 and the supply reel 26, come into frictional contact with the wire 22 on its opposite sides. It is evident that the translational or advancing movement imparted to the wire 22 by the drive rollers 30 and 32, which opposes the braking action of the rollers 34 and 36, tends to keep the wire 22 under. tension along segment 28, and thus substantially in a straight line.
A spindle 38, like the headstock of a lathe, having an opening 40 in the center is arranged in the vicinity of the station 24 so that the segment 28 passes substantially through the center of the opening 40 and that the plane of rotation of the spindle 38 either substantially perpendicular to the axis of the wire 22 extending along the segment 28.
Means (not shown) continuously rotate spindle 38 at an adjustable speed. Guide means, in the form of hollow tubes 42 and 44 set in a fixed position and through which the wire 22 passes, are disposed on opposite sides of the pin 38 along the segment 28 to ensure that the wire 22 is substantially held. in alignment with the axis of rotation of the spindle.
To heat a limited part of the surface of the wire and to deform it, a heatable tool 46, in the form of a share, connected to the spindle 38 is used. In a preferred embodiment (Fig. 2), the share 46 is a joint. metal wire having a high electrical resistance as an alloy of nickel and chromium having a tubular straight section and bent in a rounded or V shape. The share 46 is mounted on one end of a lever 48. The other end of the lever pivots on spindle 38 and is biased by a spring 50 so that the tip of share 46, that is to say the loop of the bent wire, is biased to move in the direction of the axis of rotation of the brooch.
An adjustable stop 52 is arranged to limit the travel distance of the coulter 46.
The share 46 and the lever 48 are arranged on the spindle so that the point of the share is at station 24 and the plane of the V-shape of the share is maintained in a manner substantially perpendicular to the axis of rotation of the share. the spindle, while being variable at a small angle (typically less than 10) to conform to the desired helix angle of the thread for a given pitch. Means such as conductors 54 and 56 and slip rings 58 and 60 mounted around the periphery of the spindle are provided for passing an electric current through the share from a suitable source.
In operation, the rotation of rollers 30 and 32 unwinds wire 22 at a substantially uniform speed from supply spool 20 between brake rollers 34 and 36 and through opening 40. As wire 22 passes through station 24, the point of the share is pushed into contact with the surface of the wire 22 by the spring 50. The electric current supplied to the share heats it to a predetermined temperature. Spindle 38 rotates causing the heated share to describe a circle around wire 22 and in contact with it. This applies heat only to the part of the thermoplastic coating of the wire 22 which is in the vicinity of the point of the share.
Thus, as the wire 22 is drawn through the station 24, the rotating and heated tip of the share melts into the plaster under the pressure of the spring 50 over a distance limited by the action of the stop 52, in forming a convolultion or helical thread around the surface of the coating of the wire. The speed of advance of the wire 22 and the speed of rotation of the spindle 38 and the temperature of the share 46 are regulated according to variables such as the thermal conductivity, the softening temperature and the dimensions of the coating used to provide a thread. having the desired shape.
For example, an excessively high temperature of the coulter and a too slow forward speed or rotation cause sagging of the threads; insufficient heat and too rapid advance or rotation do not allow the share to properly penetrate into the coating and promote molding of the thermoplastic material and the formation of grooves which are too shallow. Typically, using a polyethylene coating with an outer diameter of 2.4 mm on a copper wire of 0.9 mm, with a wire feed rate of 3 mm per minute, a rotation of the spindle of 45 revolutions per minute, one obtains approximately 37 threads per unit of 2.5 cm with an outer diameter of the ridges of 2.65 mm, the depth of the threads (from the ridge to the root) being 0.75 mm about.
By using a share, the shape of the net obtained is that in which the sides of the net 62 and 64 (Fig. 3) are substantially straight like those of square nets. However, the sides are substantially parallel to each other, and the profile of both the root 66 and the ridge 68 is rounded. It can be seen that the process described gives, without altering an important characteristic of a cutting process, a threaded cylinder having a diameter from crest to crest greater than the initial diameter of the cylinder, and this is believed to be due to a wave action of the share passing through the softened thermoplastic material.
This particular configuration of the net, because of its rounded profile and its straight sides, is particularly advantageous, a metallic layer can be deposited therein to provide a very flexible element having a minimum tendency to cracking or to a separation of the layer when 'it is subjected to bending.
The profile of the root and the width of the fillet groove are proportional to the shape of the straight section and the diameter of the wire used to form the share and the small angular deviation from the perpendicularity of the plane of the V-shape of the share .
The share can be heated other than by an electric source. The device is also not considered to be limited to a single share. Although the above description relates to a single-thread cylinder, several coulters mounted in parallel can be used with a suitable increase in the wire feed rate to provide a multi-thread cylinder. It is also possible to use a certain number of coulters arranged in series to progressively form a single thread.
To increase the production speed, it is possible to provide for preheating the surface of the thermoplastic material before it passes through station 24; however the heating is always limited to the surface and remains insufficient to bring the entire mass of the thermoplastic material to the core or core of the cylinder at the softening temperature or at a temperature close to the latter.