EP1115941B1 - Cable mixte a ame synthetique pour le levage ou la traction - Google Patents

Cable mixte a ame synthetique pour le levage ou la traction Download PDF

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EP1115941B1
EP1115941B1 EP99942947A EP99942947A EP1115941B1 EP 1115941 B1 EP1115941 B1 EP 1115941B1 EP 99942947 A EP99942947 A EP 99942947A EP 99942947 A EP99942947 A EP 99942947A EP 1115941 B1 EP1115941 B1 EP 1115941B1
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EP
European Patent Office
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cable
strands
core
nucleus
cables
Prior art date
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Jean-Pierre Damien
Patrick Laboure
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Publication date
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    • D07B2501/2007—Elevators

Definitions

  • the present invention relates to hoisting ropes or traction, including elevator cables, that is to say the cables that support the cabin elevator and transmit the movement of the drum drive.
  • the type of cable conventionally used for such applications is a mixed cable with eight strands of steel wires wound helically on a textile core natural hard fibers, such as sisal.
  • a textile core natural hard fibers such as sisal.
  • Elevator traction cables can also be cables with metal strands on a soul metallic, independent or not. We thus know cables with twelve outer strands wound on a core independent Warrington type, or cables to nine outer strands on a metal core independent itself to nine strands.
  • the aim is to avoid or at least limit the friction of the strands or strands against each other, and the risks of indentation, in order to improve and maintain the flexibility of the cable, and avoid breaks of son.
  • the present invention aims to solve problems mentioned above.
  • it aims to provide a lifting or pulling cable that equal weight, a breaking strength considerably increased compared to all-steel cables or cables known mixes, allowing in particular, with equal mass, to increase the payload as well as the height of lifts, or, at equal charge, to reduce the number of strands or the diameter of the cables used.
  • the object of the invention is a mixed cable having a plurality of strands wired around a synthetic core, characterized in that the core is constituted by a core formed of a bundle of parallel synthetic fibers between they extend in the longitudinal direction of the cable, and by a compact sheath made of thermoplastic material enclosing said core and serving as a winding support to the strands.
  • the principle of the invention can also be apply identically to a cable in its constitution the simplest, that is to say a simple strand, the inventions also relates to a mixed strand having a plurality of outer strands stranded around a core synthetic material, this strand being characterized in that the soul is constituted by a nucleus formed of a beam of parallel synthetic fibers extending between them longitudinal direction of the strand, and by a sheath thermoplastic material enclosing said core and serving of winding support to the wires.
  • the invention lies in its essential characteristics, in the presence of a two-component synthetic composite core arranged concentrically: a compact but deformable sheath radial compression (a thermoplastic) that surrounds tightly a central core formed of a bundle of individual fibers, also of synthetic material, substantially continuous along the length of the cable, and arranged in such a way as to participate effectively in all tensile force exerted on the cable by a load.
  • a compact but deformable sheath radial compression a thermoplastic
  • the synthetic material serves as padding, for maintain the strands or wires, one for each relationship to each other in the cable section, and so avoid, for example, friction of metal wires on one another or even indentations caused by the radial pressure that can be exerted between wires or strands when the cable is turned on, but it makes virtually no additional contribution to traction.
  • the section and the number of fibers of the cable or strand according to the invention are determined so that the soul forms with the wires or metal strands a assembly such as deformations under load, mainly in elongation, are substantially equivalent for the synthetic fiber core and for strands or external metal wires, despite the differences in mechanical characteristics of these materials.
  • the sheath surrounding the fibers is a deformable but not very compressible material, so that this material flows during the manufacture of the cable or strand until filling the free spaces between the soul and the strands or wires of the surrounding layer directly the soul.
  • the sheath serves in particular to maintain the fibers parallel together, ensuring the compactness of the soul.
  • the sheath constitutes a layer intermediate between the outer strands or wires and the fibers of the soul, which avoids or at least limits the effect of shearing fibers, which extend according to the axial direction, by the outer threads, or the threads outer strands, which are transverse to the so-called axial direction.
  • the fibers are preferably made of polyethylene or aramid, and the sheath is for example polyamide extruded.
  • the outer strands of the cable according to the invention may be entirely metallic, that is to say made entirely of wire, or mixed, and in particular made of mixed strands conforming themselves to the invention.
  • the strand shown in section in FIG. comprises a composite synthetic core 4 with a structure concentric: a central core 1 formed by a beam of free and parallel fibers, the cohesion of which is ensured by a monolithic sheath 3 which corsets the beam.
  • This soul is surrounded by a layer of threads of steel 2 (here ten in number) wound spirally on the sheath 3, and which presses around the core 1 in him thus giving their footprints, as we see on the drawing.
  • the constituent fibers of the core are by example of polyethylene fibers, aramid, Kevlar®, Twaron®, etc.
  • Sheath 3 is made of a material thermoplastic, for example a polyamide, having good adhesion properties with the fibers of the core.
  • the cable shown in section in FIG. composed of a core 5 of synthetic fibers similar to the soul 4 previously described and surrounded by twelve strands seventeen steel wires. Between the core 11 and the layer outer strand 12, is interposed a layer thermoplastic material, constituting a compact sheath 13 which is pressed around the soul by the 12. As can be seen from the drawing, the threads strands, located towards the inside of the cable, are embedded in the thermoplastic material of the sheath 13, thus providing a large contact area and therefore a strong adhesion. The latter is still reinforced by the effect of centripetal radial compression exerted by the strands on the sheath when a tension is exerted on the cable.
  • the constituent materials of the core 5, the core 11 and sheath 13, are of the same type as those indicated for the strand of Figure 1.
  • FIG. 3 represents yet another cable, having a synthetic fiber core 5 having a central beam 11 of synthetic fibers and a sheath thermoplastic material 13.
  • the eight strands 10 are not entirely made of steel, but are actually strands in accordance with that shown in Figure 1.
  • the weight of the cables is due first instead of the weight of the steel wires composing it. So, the ratio breaking load / weight of steel ropes is substantially constant, relying mainly on the construction of the cable and not of its diameter.
  • the comparative table below indicates the R / P ratio of the breaking load R to the weight per meter P, for two types of cables, 8x19 and 12x17, in a current embodiment (col.2) and produced according to the invention ( col.3) respectively.
  • the implementation of the cables according to the invention does not require no modification of the existing installations: the anchors and cable terminations are identical to conventional applications of steel cables; the interface between the drums of the machineries and the cable is always a steel contact on drum material, which does not change the conditions for a transmission of adhesion movement; the criteria for removal and replacement are similar, based on the decrease diameter and the number of broken steel wires; and the cables of the invention are not more sensitive to acts of vandalism as all-steel cables.
  • the invention is not limited to the modes of realization which have been described above only to as an example.
  • the number of wires of each strand, and the number of strands of the cable can obviously be changed.
  • the use of these cables is not not limited to their application as cables lifts, and they can also be used as hoisting ropes, lines, for applications in mountain or in the maritime domain, etc.

Landscapes

  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Lift-Guide Devices, And Elevator Ropes And Cables (AREA)

Description

La présente invention concerne les câbles de levage ou de traction, notamment les câbles pour ascenseurs, c'est-à-dire les câbles qui soutiennent la cabine d'ascenseur et lui transmettent le mouvement du tambour d'entraínement.
Les caractéristiques requises pour ces câbles sont notamment une souplesse importante, une bonne régularité diamétrale assurant un allongement permanent régulier, et une bonne résistance à l'abrasion, puisque l'entraínement est assuré par frottement entre le câble et le tambour. Pour des explications complémentaires sur les caractéristiques requises pour de tels câbles et les contraintes auxquelles ils doivent répondre, on pourra se reporter, par exemple, à la demande de brevet français déposée sous le N° 93 08648.
Le type de câble classiquement utilisé pour de telles applications est un câble mixte à huit torons de fils en acier enroulés en hélice sur une âme en textile naturel à fibres dures, tel que du sisal. On connaít aussi un câble similaire, mais dont l'âme elle-même est mixte, à savoir constituée de torons métalliques et de fibres textiles de remplissage.
Les câbles de traction pour ascenseurs peuvent aussi être des câbles à torons métalliques sur une âme métallique, indépendante ou non. On connaít ainsi des câbles à douze torons extérieurs bobinés sur une âme indépendante de type Warrington, ou encore des câbles à neuf torons extérieurs sur une âme métallique indépendante elle-même à neuf torons.
Dans d'autres applications de levage, on utilise aussi des câbles comportant des fibres naturelles de type sisal, ou synthétiques (polypropylène), dont le rôle est de former un matelas inséré entre les différentes couches de torons. On vise ainsi à éviter ou au moins limiter le frottement des fils ou torons les uns contre les autres, et les risques d'indentation, afin d'améliorer et de conserver la souplesse du câble, et d'éviter les ruptures de fils.
On connaít aussi, par la Demande de Brevet Internationale WO 89/11559; un câble dont l'âme centrale en matière polymère ou élastomère sert de support d'enroulement aux torons métalliques et comporte à cet effet des gorges en hélice destinées à les recevoir. L'âme peut être creuse au centre pour y recevoir des éléments de renforcement.
Un point commun de ces inserts en matériaux non métalliques est qu'ils ne participent pas directement à la reprise de tension dans le câble, c'est-à-dire qu'ils ne contribuent pas directement à augmenter la résistance à la traction du câble.
On connaít aussi, par exemple par le document US-A-5566786, des câbles destinés à servir de câble de traction pour ascenseurs, et qui sont constitués uniquement de fibres synthétiques susceptibles de transmettre un effort de traction. Un tel câble présente en particulier l'avantage d'une masse linéique plus faible qu'un câble acier ou composite, à résistance équivalente. Il présente toutefois l'inconvénient de nécessiter des modifications importantes par rapport aux câbles plus classiques en ce qui concerne sa mise en oeuvre et son contrôle. Par exemple, un système d'ancrage spécial, très complexe, lui est nécessaire. De plus, on ne peut pas contrôler l'état d'usure des fibres synthétiques, comme on le fait pour les fils d'acier, par des méthodes électriques ou électromagnétiques. Il a bien été prévu d'insérer dans les fibres synthétiques des fibres de carbone électriquement conductrices, dont le contrôle de la conductivité permet d'obtenir un état de l'usure du câble. Mais cela augmente la complexité du câble, et donc le coût. Par ailleurs, ces câbles peuvent encore présenter d'autres inconvénients, par exemple une mauvaise transmission par adhérence entre le câble et le tambour d'entraínement, ou un risque accru de coupure volontaire par vandalisme.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. Elle vise en particulier à fournir un câble de levage ou de traction qui présente, à poids égal, une résistance à la rupture considérablement accrue par rapport aux câbles tout acier ou aux câbles mixtes connus, permettant notamment, à masse égale, d'augmenter la charge utile de même que la hauteur de course des ascenseurs, ou, à charge égale, de diminuer le nombre de brins ou le diamètre des câbles utilisés.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un câble mixte comportant une pluralité de torons câblés autour d'une âme en matière synthétique, caractérisé en ce que l'âme est constituée par un noyau formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles entre elles s'étendant selon la direction longitudinale du câble, et par une gaine compacte en matière thermoplastique enserrant ledit noyau et servant de support d'enroulement aux torons.
Le principe de l'invention pouvant également s'appliquer à l'identique à un câble dans sa constitution la plus simple, c'est-à-dire un simple toron, l'inventions a aussi pour objet un toron mixte comportant une pluralité de fils extérieurs toronnés autour d'une âme en matière synthétique, ce toron étant caractérisé en ce que l'âme est constituée par un noyau formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles entre elles s'étendant selon la direction longitudinale du toron, et par une gaine en matière thermoplastique enserrant le dit noyau et servant de support d'enroulement aux fils.
Comme on l'aura compris, l'invention réside dans ses caractéristiques essentielles, dans la présence d'une âme synthétique composite à deux composants disposés concentriquement : une gaine compacte mais déformable par compression radiale (un thermoplastique) qui entoure étroitement un noyau central formé d'un faisceau de fibres individuelles, également en matière synthétique, sensiblement continues sur la longueur du câble, et agencées de manière à participer effectivement à tout effort de traction exercé sur le câble par une charge.
Contrairement à cela, dans les câbles mixtes connus, la matière synthétique sert de rembourrage, pour assurer le maintien des torons ou des fils l'un par rapport à l'autre dans la section du câble, et ainsi éviter par exemple des frottements de fils métalliques l'un sur l'autre ou même des indentations provoquées par la pression radiale qui peut s'exercer entre fils ou torons lorsque le câble est mis sous tension, mais elle n'apporte pratiquement aucune contribution supplémentaire à la traction.
Pour participer effectivement à la résistance à la traction, la section et le nombre des fibres du câble ou toron selon l'invention sont déterminés de manière que l'âme forme avec les fils ou torons métalliques un assemblage tel que les déformations sous charge, principalement en allongement, sont sensiblement équivalentes pour l'âme en fibres synthétiques et pour les torons ou les fils métalliques extérieurs, malgré les différences de caractéristiques mécaniques de ces matériaux. Par ailleurs, la gaine entourant les fibres est en un matériau déformable mais peu compressible, de sorte que ce matériau flue lors de la fabrication du câble ou du toron jusqu'à remplir les espaces libres entre l'âme et les torons ou fils de la couche entourant directement l'âme. Il résulte de cela une pression radiale exercée par les torons ou fils extérieurs sur la gaine, et de là sur la couche périphérique des fibres de l'âme, ce qui crée une adhérence forte, ou une sorte de cohésion mécanique, entre fils ou torons et les dites fibres, propre à assurer une transmission entre eux des efforts de traction. De plus, le frottement entre les fibres, qui est d'ailleurs accru par l'effet de compression radiale exercé par les torons ou fils extérieurs, permet de transmettre au moins en partie, de proche en proche jusqu'au coeur de l'âme, les efforts de traction subis par la couche périphérique, de sorte que toute la section de l'âme peut participer à la reprise de la charge de traction à laquelle le câble est soumis.
La gaine sert notamment à maintenir les fibres parallèles ensemble, en assurant la compacité de l'âme.
On notera que la transmission des efforts entre les torons ou fils extérieurs et l'âme est d'autant mieux assurée par frottement entre la gaine et les dits torons ou fils extérieurs que ceux-ci pénètrent dans le matériau de la gaine, puisque cela augmente la surface de contact.
Par ailleurs, la gaine constitue une couche intermédiaire entre les torons ou fils extérieurs et les fibres de l'âme, qui évite ou au moins limite l'effet de cisaillement des fibres, qui s'étendent selon la direction axiale, par les fils extérieurs, ou les fils des torons extérieurs, qui sont transversaux à la dite direction axiale.
Qu'il s'agisse du câble ou du simple toron, les fibres sont préférentiellement en polyéthylène ou aramide, et la gaine est par exemple en polyamide extrudée.
Les torons extérieurs du câble selon l'invention peuvent être entièrement métalliques, c'est-à-dire entièrement constitués de fils métalliques, ou mixtes, et en particulier constitués de torons mixtes conformes eux-même à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaítront dans la description qui va être faite de torons et câbles conformes à l'invention.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une section d'un toron mixte selon l'invention ;
  • la figure 2 est une section d'un câble conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation ;
  • la figure 3 est une section d'un câble conforme à l'invention selon un deuxième mode de réalisation.
Le toron représenté en coupe sur la figure 1, comprend une âme synthétique composite 4 à structure concentrique : un noyau central 1 formé par un faisceau de fibres libres et parallèles entre elles, dont la cohésion est assurée par une gaine monolithique 3 qui corsète le faisceau. Cette âme est entourée par une couche de fils d'acier 2 (ici au nombre de dix) enroulés en spirale sur la gaine 3, et qui la presse autour du noyau 1 en lui donnant de ce fait leurs empreintes, comme on le voit sur le dessin.
Les fibres 1 constitutives de l'âme sont par exemple des fibres de polyéthylène, d'aramide, kevlar®, Twaron®, etc. La gaine 3 est en une matière thermoplastique, par exemple un polyamide, ayant de bonnes propriétés d'adhérence avec les fibres de l'âme.
Le câble représenté en coupe à la figure 2 est composé d'une âme 5 en fibres synthétiques analogue à l'âme 4 décrite précédemment et entourée de douze torons de dix sept fils en acier. Entre le noyau 11 et la couche extérieure de torons 12, est interposée une couche intermédiaire en matière thermoplastique, constituant une gaine compacte 13 qui est pressée autour de l'âme par les torons 12. Comme on le voit bien sur le dessin, les fils des torons, situés vers l'intérieur du câble, sont incrustés dans la matière thermoplastique de la gaine 13, fournissant ainsi une surface de contact importante et donc une forte adhérence. Cette dernière est encore renforcée par l'effet de compression radiale centripète exercée par les torons sur la gaine lorsqu'une tension est exercée sur le câble.
Les matériaux constitutifs de l'âme 5, le noyau 11 et la gaine 13, sont du même type que ceux indiqués pour le toron de la figure 1.
La figure 3 représente encore un autre câble, comportant une âme en fibres synthétiques 5 dotée d'un faisceau central 11 de fibres synthétiques et une gaine en matière thermoplastique 13. A la différence de l'exemple précédent, les huit torons 10 ne sont pas entièrement en acier, mais sont en fait des torons conformes à celui représenté figure 1.
Les trois exemples ci-dessus ne sont nullement limitatifs.La charge de rupture d'un câble classique, même mixte, est essentiellement dépendante de la section métallique qui est la somme des sections de tous les fils composant le câble. Elle ne dépend pratiquement pas des inserts non métalliques existants dans les câbles mixtes, et en particulier des fibres synthétiques qui, n'ayant principalement qu'une fonction de remplissage des vides entre fils ou torons, ne reprennent aucune partie de la charge.
D'autre part, le poids des câbles est dû en premier lieu au poids des fils d'acier le composant. Ainsi, le rapport charge de rupture / poids des câbles en acier est sensiblement constant, ne dépendant principalement que de la construction du câble et non de son diamètre.
Le tableau comparatif ci-dessous indique le rapport R/P de la charge de rupture R au poids au mètre P, pour deux types de câbles,8x19 et 12x17, dans une réalisation courante (col.2) et réalisés selon l'invention (col.3) respectivement.
Figure 00070001
On constate facilement l'augmentation du rapport R/P à structure de câble correspondante. Par rapport aux câbles tout acier, et à poids de câble égal, la charge utile peut être augmentée, ou inversement, pour une même charge, le poids et le diamètre des câbles peuvent être diminués, permettant de diminuer les dimensions des machines ou charpentes des ascenseurs ou appareils similaires. Également, la durée de vie des câbles selon l'invention est augmentée par rapport aux câbles tout acier.
Par rapport aux câbles entièrement en fibres, la mise en oeuvre des câbles selon l'invention ne demande aucune modification des installations existantes : les ancrages et les terminaisons de câble sont identiques aux applications classiques de câbles acier ; l'interface entre les tambours des machineries et le câble est toujours un contact acier sur matériau du tambour, ce qui ne modifie pas les conditions d'une transmission de mouvement par adhérence ; les critères de dépose et remplacement sont similaires, se basant sur la diminution de diamètre et le nombre de fils d'acier cassés ; et les câbles de l'invention ne sont pas plus sensibles aux actes de vandalisme que les câbles tout acier.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. Le nombre de fils de chaque toron, et le nombre de torons du câble pourront bien évidemment être modifiés. Également, l'utilisation de ces câbles n'est pas limitée à leur application en tant que câbles d'ascenseurs, et ils peuvent aussi être utilisés comme câbles de levage, de suspentes, pour des applications en montagne ou dans le domaine maritime, etc.

Claims (8)

  1. Câble mixte comportant une pluralité de torons (10, 12) câblés autour d'une âme (5) en matière synthétique constituée par un noyau (11) et par une gaine compacte (13) en matière thermoplastique enserrant le dit noyau et servant de support d'enroulement aux dits torons (10,12), caractérisé en ce que ledit noyau (11) est formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles entre elles s'étendant selon la direction longitudinale du câble.
  2. Toron mixte comportant une pluralité de fils (2) toronnés autour d'une âme (4) en matière synthétique, est constituée par un noyau (1) et par une gaine compacte (3) en matière thermoplastique enserrant le dit noyau et servant de support d'enroulement aux dits fils, caractérisé en ce que ledit noyau (1) est formé d'un faisceau de fibres synthétiques parallèles entre elles s'étendant selon la direction longitudinale du toron.
  3. Toron selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres constitutives du noyau (1) sont en polyéthylène ou aramide.
  4. Toron selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine (3) est en polyamide.
  5. câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres constitutives du noyau (11) sont en polyéthylène ou aramide.
  6. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (13) est en polyamide.
  7. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les torons (12) sont constitués de fils métalliques.
  8. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les torons (10) sont des torons selon la revendication 2.
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