Appareil pour extruder une nervure hélicoïdale
autour et le long d'un élément cylindrique
La présente invention concerne un appareil pour extruder une nervure hélicoïdale autour et le long d'un élément cylindrique, notamment d'un conducteur électrique. Un conducteur électrique comportant une nervure hélicoïdale est utilisable notamment comme élément constitutif d'un câble électrique, par exemple un câble coaxial, dans lequel la nervure hélicoïdale sert à maintenir le conducteur espacé concentriquement d'un conducteur extérieur qui l'entoure.
Dans un appareil connu, on formait de telles nervures hélicoïdales sur des conducteurs en utilisant deux éléments coopérant fonctionnellement mais indépendants du point de vue structural, I'un de ceux-ci étant fixé et l'autre pouvant tourner, ces deux éléments formant ensemble la filière d'extrusion. Afin d'obtenir une concentricité et une uniformité parfaites de la nervure ainsi formée, il fallait obtenir et maintenir un alignement parfait des deux éléments de filière, ce qui est difficile, voire impossible, et ce qui demande au mieux beaucoup de temps. Une modification de la nervure désirée, par exemple de la largeur ou de sa section transversale, nécessite de modifier l'un ou les deux éléments. et, de ce fait. exige un nouvel alignement de ces éléments.
Un autre appareil connu comprend une filière rotative comportant une cavité ayant une configuration en hélice et à travers laquelle passe le conducteur électrique.
En plus de la nécessité d'aligner avec précision le conducteur dans la cavité, I'uniformité de l'hélice obtenue dépend de la précision avec laquelle a été usinée la cavité de la filière. En outre, il est nécessaire de constituer une filière différente pour chaque pas d'hélice différent désiré.
La présente invention tend à éviter ces inconvénients.
L'appareil selon l'invention, qui comprend une filière d'extrusion, un dispositif d'avancement pour faire avancer l'élément cylindrique dans le sens longitudinal, un dispositif d'entraînement pour entraîner la filière en rotation autour de l'élément cylindrique et un dispositif d'alimentation pour alimenter la filière dans toutes ses positions de rotation en matière plastifiée sous pression, est caractérisé en ce que la filière comporte un orifice central à travers lequel avance l'élément cylindrique et un orifice d'extrusion qui n'intersecte pas la périphérie extérieure de la filière, mais intersecte ledit orifice central de façon à permettre l'extrusion de la matière plastifiée le long dudit orifice.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon la présente invention:
la fig. 1 est une vue en perspective avec arrachement d'un câble coaxial électrique muni d'une nervure hélicoïdale obtenue au moyen de ladite forme d'exécution de l'appareil selon la présente invention;
la fig. 2 est une représentation schématique des éléments constitutifs principaux de l'appareil, y compris le circuit de commande;
la fig. 3 est une coupe longitudinale de l'appareil;
la fig. 4 est une coupe transversale prise suivant 4-4 de la fig. 3.
La fig. 1 représente un câble électrique coaxial dont le diélectrique est de l'air et comprenant un conducteur électrique 10 comportant une nervure hélicoïdale 12 s'étendant radialement à partir de ce dernier et formée au moyen de l'appareil de la présente invention. La nervure sert de support diélectrique pour maintenir le conducteur intérieur 10 concentriquement à l'intérieur d'un conducteur extérieur 14.
Le terme < (conducteur , tel qu'il est utilisé dans la présente description, désigne un conducteur électrique constitué par toute matière classique présentant une conductibilité élevée, comme par exemple du cuivre ou de l'aluminium.
L'appareil représenté sur la fig. 2 comprend une bobine débitrice 18 supportée, en vue de sa rotation, par n'importe quel dispositif classique, comme par exemple un bâti 20 qui permet à la bobine de tourner librement lorsque l'on tire le conducteur au moyen d'un mécanisme de transport approprié décrit ci-dessous.
Le conducteur électrique 10 traverse un mécanisme d'extrusion, référencé 22 dans son ensemble, dans lequel la nervure hélicoïdale 12 est extrudée sur le conducteur
10. La combinaison de conducteur et de nervure passe alors à travers un mécanisme de refroidissement, comme par exemple une auge d'eau 24, où la nervure prend son état solide final. Un mécanisme d'avancement 26, de type classique, comme par exemple un cabestan de tracteur, tire le conducteur depuis la bobine 18 et fait avancer le conducteur muni de sa nervure jusqu'à une bobine d'envidage 28.
Pour que la nervure hélicoïdale 12 ait un pas uniforme, un dispositif de commande de coordination de vitesse 30 règle les vitesses respectives du mécanisme de transport 26 et de l'appareil d'extrusion 22. Le dispositif de commande 30 est d'un type connu qui, en réponse à toute augmentation ou diminution de l'une des vitesses précitées, produit une variation correspondante de l'autre vitesse, de manière que les vitesses relatives soient maintenues essentiellement constantes. Toutefois, si on le désire, on peut régler le dispositif de commande 30 de manière à maintenir un rapport différent de vitesses et, de ce fait, à obtenir une nervure hélicoïdale uniforme de pas différent.
Ce réglage peut être exécuté automatiquement, conformément à un programme prédéterminé, lorsque l'on désire faire varier le pas de la nervure héli cotidale de temps en temps pendant une extrusion en continu.
Les fig. 3 et 4 représentent de façon détaillée l'appareil d'extrusion qui forme la nervure hélicoïdale 12.
L'appareil comporte un bloc 32 comprenant un organe cylindrique 33 et formant, avec ce dernier, une cavité annulaire 34 destinée à recevoir une matière résineuse à l'état plastique à extruder. On peut utiliser toute matière thermodurcissable ou thermoplastique classique non conductrice. La matière est avancée par un dispositif d'avance classique, comme par exemple une vis d'Archimède 36, qui refoule la matière à travers la cavité 34 et jusque dans l'extrémité d'entrée adjacente d'une filière d'extrusion 38.
La filière 38 comporte un orifice central 40 qui, comme on peut le voir, reçoit le conducteur 10 avec un ajustage coulissant serré. Un orifice secondaire, de préférence rectangulaire, 42, à travers lequel est extrudée la matière résineuse, coupe cet orifice central et s'étend radialement vers l'extérieur de ce dernier. La dimension radiale de l'orifice secondaire 42 est légèrement plus grande que la hauteur désirée de la nervure 12 en considération du retrait de cette dernière lorsqu'elle se refroidit et se solidifie. La filière d'extrusion 38 est supportée à l'intérieur d'un support de filière 44 et est conçue de manière à être entraînée en rotation en même temps que ce support. par exemple grâce à une clavette 45.
Le support de filière 44 est disposé dans une cavité 46 ménagée dans un prolongement du bloc fixe 32 et il est supporté, en vue de sa rotation, dans ce bloc par des roulements 48.
Afin de permettre la rotation du support de filière 44 et de sa filière d'extrusion 38, on a fixé une roue à chaîne d'entraînement 50 au support de filière au moyen de tout dispositif classique, comme par exemple des vis 52.
La roue à chaîne d'entraînement est entraînée par un
moteur à vitesse variable 53 par l'intermédiaire d'une
liaison appropriée 54.
Le conducteur électrique 10 est avancé à travers un
guide 56, placé au centre de l'organe cylindrique 33, et
il traverse ce guide en passant par l'orifice central 40 de
la filière d'extrusion 38. La filière 38 comporte une cavité
conique 39 qui diminue de section depuis l'extrémité
d'entrée de la filière vers son extrémité de sortie et qui
forme un passage d'entrée aboutissant aux orifices 40 et
42. Le guide 56 comporte une extrémité 57 'de coníclté
similaire, cette extrémité se trouvant au centre de la
cavité de filière 39 à quelque distance de la filière, de
manière que la matière à extruder soit refoulée depuis la
cavité annulaire 34 à travers le passage conique annu
laire entourant l'extrémité 57 du guide et, de là, à tra
vers l'orifice secondaire 42.
Pour former la nervure hélicoïdale 12, on tire le
conducteur 10 dans le sens longitudinal à travers la
filière d'extrusion 38 au moyen du mécanisme de transport 26. En même temps, la matière résineuse est avan
cée par la vis d'Archimède 36 jusqu'à la filière d'extru
sion 38 et elle est extrudée à travers l'orifice secondaire
42 sous forme d'une nervure radiale dont le bord inté
rieur est en contact avec le conducteur, étant donné que cet orifice secondaire coupe l'orifice principal 40 à travers lequel passe le conducteur. En même temps la
filière d'extrusion 38 est entraînée en rotation par le
moteur à vitesse variable 53, ce qui a pour effet de former une nervure uniforme extrudée 12 en hélice autour du conducteur 10 dans son sens longitudinal.
L'espacement des spires de l'hélice, c'est-à-dire le pas de l'hélice,
est déterminé par la vitesse à laquelle se déplace le con
ducteur 10 à travers la filière 38 et par la vitesse à laquelle tourne la filière. Avec une vitesse fixe de déplacement du conducteur, une augmentation de la vitesse de rotation de la filière diminue le pas de l'hélice. Inver
sement, avec une vitesse de rotation fixe de la filière, un accroissement de vitesse de déplacement du conducteur augmente le pas de l'hélice. De ce fait, on peut programmer le dispositif de commande de coordination de vitesses 30 pour obtenir n'importe quel pas désiré simplement en réglant les vitesses relatives du mécanisme de transport 26 et du moteur 53. Il est également nécessaire de régler l'allure de l'avance de la matière, afin d'assurer une uniformité d'épaisseur de la nervure.
Par exemple, si le déplacement du conducteur ou si la vitesse de rotation de la filière diminue considérablement, il faut alors diminuer de façon similaire la vitesse de rotation de la vis d'Archimède 36 pour éviter l'avance de la matière à une allure excessive jusqu'à l'orifice d'extrusion secondaire 42. La vitesse de la vis d'Archimède 36 est coordonnée avec le fonctionnement du mécanisme de transport 26 et avec la vitesse du moteur à vitesse variable 53 au moyen du dispositif de commande de vitesses 30.
On peut obtenir tout profil désiré de nervure en faisant varier simplement la forme de la section transversale de l'orifice secondaire d'extrusion 42. De façon similaire, on peut utiliser des conducteurs de diverses dimensions en remplaçant la filière d'extrusion interchangeable 38 par une autre filière. On effectue cette opération en enlevant simplement du bloc 32 le support de filière 44 et en remplaçant la filière d'extrusion 38 par la filière appropriée. On réintroduit alors l'ensemble de support et de filière dans la cavité 46.
Dans certains cas, il peut être désirable d'extruder la nervure hélicoïdale en même temps qu'une mince pellicule sous-jacente de matière qui entoure complètement le conducteur, et à partir de laquelle fait saillie la nervure. Dans ce cas, l'orifice principal de la filière a un diamètre qui est supérieur au diamètre du conducteur de deux fois l'épaisseur désirée de la pellicule. Sinon, le diamètre de l'orifice principal est essentiellement égal au diamètre du conducteur.
Comme on peut le voir sur les fig. 3 et 4, l'extrusion est effectuée par l'orifice srcÛndaiie 42 qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis l'orifice principal 40 mais qui se termine sans intersecter la périphérie extérieure de la filière 38, de manière que l'orifice secondaire d'extrusion 42 soit délimité entièrement par la filière et par le conducteur 10 traversant l'orifice principal. De ce fait, il n'est pas nécessaire de centrer la filière d'extrusion 38 avec aucun autre élément de l'appareil pour former une nervure hélicoïdale uniforme 12 parfaitement concentrique au conducteur 10.
On assure cette concentricité simplement en empêchant le conducteur de se déplacer latéralement par rapport à l'orifice principal 40, ce déplacement étant évité grâce à un ajustage coulissant serré du conducteur dans l'orifice, ou bien dans le cas où l'on doit aussi extruder la mince pellicule précitée, ce déplacement est évité grâce à l'action de centrage de la matière résineuse au fur et à mesure qu'elle est refoulée à travers la cavité conique 39 entourant le conducteur. En d'autres termes, l'appareil représenté se centre entièrement de lui-même afin de maintenir la nervure hélicoïdale concentrique au conducteur. En outre, on forme la nervure hélicoïdale sans faire appel à une cavité de filière hélicoïdale, cavité qui nécessite un usinage précis et difficile et qui limite l'hélice à un pas prédéterminé.
La matière d'extrusion avancée par la vis d'Archimède 36 peut être une polyoléfine quelconque, réticulée ou non, comme par exemple le polyéthylène, la polysulfone ou analogue. L'appareil de refroidissement 24 sert à solidifier la matière extrudée avant qu'elle soit entraînée par le mécanisme de transport 26 qui tire le conducteur hors de la filière d'extrusion.
Apparatus for extruding a helical rib
around and along a cylindrical element
The present invention relates to an apparatus for extruding a helical rib around and along a cylindrical member, in particular an electrical conductor. An electrical conductor comprising a helical rib can be used in particular as a constituent element of an electric cable, for example a coaxial cable, in which the helical rib serves to keep the conductor concentrically spaced from an outer conductor which surrounds it.
In a known apparatus, such helical ribs were formed on conductors using two elements cooperating functionally but structurally independent, one of these being fixed and the other being rotatable, these two elements together forming the extrusion die. In order to obtain perfect concentricity and uniformity of the rib thus formed, it was necessary to obtain and maintain perfect alignment of the two die elements, which is difficult, if not impossible, and which takes a long time at best. A modification of the desired rib, for example of the width or of its cross-section, requires modification of one or both elements. thereby. requires a new alignment of these elements.
Another known apparatus comprises a rotating die comprising a cavity having a helical configuration and through which the electrical conductor passes.
In addition to the need to accurately align the conductor in the cavity, the uniformity of the helix obtained depends on the precision with which the die cavity has been machined. In addition, it is necessary to constitute a different die for each different desired propeller pitch.
The present invention tends to avoid these drawbacks.
The apparatus according to the invention, which comprises an extrusion die, an advancing device for advancing the cylindrical element in the longitudinal direction, a driving device for driving the die in rotation around the cylindrical element and a feed device for feeding the die in all its rotational positions with plasticized material under pressure, is characterized in that the die has a central orifice through which the cylindrical member advances and an extrusion orifice which does not not intersect the outer periphery of the die, but intersects said central orifice so as to allow extrusion of the plasticized material along said orifice.
The appended drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the present invention:
fig. 1 is a perspective view with cutaway of an electric coaxial cable provided with a helical rib obtained by means of said embodiment of the apparatus according to the present invention;
fig. 2 is a schematic representation of the main constituent elements of the apparatus, including the control circuit;
fig. 3 is a longitudinal section of the apparatus;
fig. 4 is a cross section taken along 4-4 of FIG. 3.
Fig. 1 shows a coaxial electrical cable having an air dielectric and comprising an electrical conductor 10 having a helical rib 12 extending radially therefrom and formed by means of the apparatus of the present invention. The rib serves as a dielectric support to hold the inner conductor 10 concentrically within an outer conductor 14.
The term <(conductor, as used in the present description, denotes an electrical conductor formed by any conventional material exhibiting high conductivity, such as for example copper or aluminum.
The apparatus shown in FIG. 2 comprises a supply reel 18 supported, with a view to its rotation, by any conventional device, such as for example a frame 20 which allows the reel to rotate freely when the conductor is pulled by means of a locking mechanism. appropriate transportation described below.
The electrical conductor 10 passes through an extrusion mechanism, referenced 22 as a whole, in which the helical rib 12 is extruded onto the conductor.
10. The combination of conductor and rib then passes through a cooling mechanism, such as a water trough 24, where the rib assumes its final solid state. An advancement mechanism 26, of conventional type, such as for example a tractor capstan, pulls the conductor from the reel 18 and advances the conductor provided with its rib to a winding reel 28.
In order for the helical rib 12 to have a uniform pitch, a speed coordination controller 30 adjusts the respective speeds of the transport mechanism 26 and the extrusion apparatus 22. The controller 30 is of a known type. which, in response to any increase or decrease in one of the aforementioned speeds, produces a corresponding variation of the other speed, so that the relative speeds are kept essentially constant. However, if desired, the controller 30 can be adjusted to maintain a different speed ratio and thereby obtain a uniform helical rib of different pitch.
This adjustment can be performed automatically, according to a predetermined program, when it is desired to vary the pitch of the helical rib from time to time during continuous extrusion.
Figs. 3 and 4 show in detail the extrusion apparatus which forms the helical rib 12.
The apparatus comprises a block 32 comprising a cylindrical member 33 and forming, with the latter, an annular cavity 34 intended to receive a resinous material in the plastic state to be extruded. Any conventional non-conductive thermosetting or thermoplastic material can be used. The material is advanced by a conventional advancing device, such as for example an Archimedean screw 36, which forces the material through the cavity 34 and into the adjacent inlet end of an extrusion die 38.
The die 38 has a central orifice 40 which, as can be seen, receives the conductor 10 with a sliding interference fit. A secondary orifice, preferably rectangular, 42, through which the resinous material is extruded, intersects this central orifice and extends radially outwardly of the latter. The radial dimension of the secondary orifice 42 is slightly greater than the desired height of the rib 12 in consideration of the latter's shrinkage as it cools and solidifies. The extrusion die 38 is supported within a die holder 44 and is designed to be rotated at the same time as this holder. for example using a key 45.
The die support 44 is placed in a cavity 46 formed in an extension of the fixed block 32 and it is supported, with a view to its rotation, in this block by bearings 48.
In order to allow the rotation of the die holder 44 and its extrusion die 38, a drive chain wheel 50 has been fixed to the die holder by means of any conventional device, such as for example screws 52.
The drive chain wheel is driven by a
variable speed motor 53 via a
appropriate bond 54.
The electrical conductor 10 is advanced through a
guide 56, placed in the center of the cylindrical member 33, and
it passes through this guide passing through the central orifice 40 of
the extrusion die 38. The die 38 has a cavity
conical 39 which decreases in section from the end
entry of the die to its exit end and which
forms an inlet passage leading to the orifices 40 and
42. The guide 56 has an end 57 'of coníclté
similar, this end being in the center of the
die cavity 39 at some distance from the die,
so that the material to be extruded is forced from the
annular cavity 34 through the annular conical passage
area surrounding the end 57 of the guide and, from there, through
to secondary port 42.
To form the helical rib 12, the
conductor 10 in the longitudinal direction through the
extrusion die 38 by means of the transport mechanism 26. At the same time, the resinous material is fed.
ced by Archimedes screw 36 to the extrusion die
sion 38 and it is extruded through the secondary orifice
42 in the form of a radial rib whose inner edge
laughing is in contact with the conductor, since this secondary orifice intersects the main orifice 40 through which the conductor passes. At the same time the
extrusion die 38 is rotated by the
variable speed motor 53, which has the effect of forming a uniform extruded rib 12 helically around the conductor 10 in its longitudinal direction.
The spacing of the turns of the propeller, that is to say the pitch of the propeller,
is determined by the speed at which the con
ductor 10 through the die 38 and by the speed at which the die rotates. With a fixed speed of movement of the conductor, an increase in the speed of rotation of the die decreases the pitch of the propeller. Invert
Of course, with a fixed speed of rotation of the die, an increase in the speed of movement of the conductor increases the pitch of the propeller. Therefore, the speed coordination controller 30 can be programmed to achieve any desired step simply by adjusting the relative speeds of the transport mechanism 26 and the motor 53. It is also necessary to adjust the speed of the motor. the advance of the material, in order to ensure uniformity of thickness of the rib.
For example, if the displacement of the conductor or if the speed of rotation of the die decreases considerably, then the speed of rotation of the Archimedes screw 36 must be reduced in a similar manner to avoid the advance of the material at an excessive rate. to the secondary extrusion port 42. The speed of the Archimedean screw 36 is coordinated with the operation of the transport mechanism 26 and with the speed of the variable speed motor 53 by means of the speed controller 30. .
Any desired rib profile can be obtained by simply varying the cross sectional shape of the secondary extrusion port 42. Similarly, conductors of various sizes can be used by replacing the interchangeable extrusion die 38 with another sector. This is done by simply removing die holder 44 from block 32 and replacing extrusion die 38 with the appropriate die. The support and die assembly is then reintroduced into cavity 46.
In some instances, it may be desirable to extrude the helical rib along with an underlying thin film of material which completely surrounds the conductor, and from which the rib protrudes. In this case, the main orifice of the die has a diameter which is greater than the diameter of the conductor by twice the desired thickness of the film. Otherwise, the diameter of the main orifice is essentially equal to the diameter of the conductor.
As can be seen in fig. 3 and 4, the extrusion is effected through the connecting orifice 42 which extends radially outward from the main orifice 40 but which terminates without intersecting the outer periphery of the die 38, so that the orifice secondary extrusion 42 is delimited entirely by the die and by the conductor 10 passing through the main orifice. Therefore, it is not necessary to center the extrusion die 38 with any other element of the apparatus to form a uniform helical rib 12 perfectly concentric with the conductor 10.
This concentricity is ensured simply by preventing the conductor from moving laterally with respect to the main orifice 40, this movement being avoided by means of a tight sliding fit of the conductor in the orifice, or else in the case where one must also extruding the aforementioned thin film, this movement is avoided thanks to the centering action of the resinous material as it is forced through the conical cavity 39 surrounding the conductor. In other words, the apparatus shown centers entirely on itself in order to keep the helical rib concentric with the conductor. In addition, the helical rib is formed without resorting to a helical die cavity, which cavity requires precise and difficult machining and which limits the helix to a predetermined pitch.
The extrusion material advanced by the Archimedean screw 36 may be any polyolefin, crosslinked or not, such as, for example, polyethylene, polysulfone or the like. The cooling apparatus 24 serves to solidify the extruded material before it is entrained by the transport mechanism 26 which pulls the conductor out of the extrusion die.