EP1986198A1 - Câble de contrôle électrique - Google Patents

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EP1986198A1
EP1986198A1 EP08154660A EP08154660A EP1986198A1 EP 1986198 A1 EP1986198 A1 EP 1986198A1 EP 08154660 A EP08154660 A EP 08154660A EP 08154660 A EP08154660 A EP 08154660A EP 1986198 A1 EP1986198 A1 EP 1986198A1
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EP
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cable
polymer
core
strands
copper
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Withdrawn
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EP08154660A
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Francis Debladis
Stéphane Morice
Laurent Tribut
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/182—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments
    • H01B7/1825—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments forming part of a high tensile strength core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/42—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes polyesters; polyethers; polyacetals
    • H01B3/421—Polyesters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/003—Power cables including electrical control or communication wires

Definitions

  • the present invention relates to electrical control cables, or power cables, used to transmit currents.
  • Such cables are used in various fields of the industry, such as for example the automotive industry, where they are assembled into bundles for the power supply of different equipment. These cables must thus be the lightest possible, and have a small footprint while maintaining good mechanical strength.
  • Such cables are conventionally formed by a plurality of copper strands, generally twisted to form a strand so as to increase the flexibility of the cable, and surrounded by an insulating sheath, obtained for example by extrusion.
  • the figure 1 shows an example of such a cable 1, seen in cross section, and made from seven identical copper strands 20 surrounded by an insulating sheath 30 of circular section.
  • the diameter of the cable is typically of the order of 1.6 mm and the copper strands 20 each have a diameter of the order of 0.3 mm.
  • the preceding cable uses a quantity of copper that is oversized compared to the real needs corresponding to the quantity of current to be transmitted by the cable. More precisely, almost half of the copper in the previous cable structure is used to increase the tensile strength of the cable, but also to ensure the effectiveness of crimping.
  • This type of cable can significantly reduce the amount of copper used to the value just necessary for good signal transmission, while maintaining a very good mechanical strength to traction through the use of aramid.
  • the aramid has a very high tensile strength compatible with the required values, this type of material has a low level of elongation at break, typically of the order of 3%. These characteristics are shown on the tensile curve 1 of the figure 2 illustrating the tensile force required as a function of elongation for the aramid.
  • the present invention relates to a composite control cable comprising a polymer core and a plurality of strands of an electrically conductive material extending in the longitudinal direction of the cable around said core, characterized in that the polymer is chosen from polymers having an elongation rate greater than 7%, and a tensile strength such that the resulting tensile strength of the cable is greater than a predetermined limit value.
  • the tensile curve of an example of such a polymer is shown schematically as 2 of the figure 2 . It is found that the tensile force of the selected polymer varies linearly with the rate of elongation, preferably with a slight slope. In this way, it is possible to easily obtain an elongation of the cable, exerting a minimum tensile force.
  • the tensile curve 1 'of the cable is the resultant of the tensile curve 2 of the polymer core alone, and of the tensile curve 3 of the strands of electrically conductive material, in the copper example.
  • Point A on this curve 1 ' represents the tensile strength of the minimum required cable, to obtain the desired minimum elongation ratio of 7%.
  • a polymer selected according to the invention such as a PEN (polyethylene naphthalate), a polyester (PES), or a polyethylene terephthalate (PET), it was possible to obtain tensile strengths greater than a limit value of the order of 70 N, corresponding to the requirements generally in the field of the automotive industry, using polymers having a tensile strength much lower than that of the aramid.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the polymer core preferably has a diameter between 0.2 and 0.3 mm.
  • the number of copper strands used, for example by forming a twist, around the core is preferably chosen to continuously surround the entire circumference of the heart. Indeed, in this case, the copper strands are always in contact two by two along the entire length of the cable, which increases the reliability of crimping operations of connectors on the cable ends.
  • the diameter of the polymer core is 0.3 mm, it will be advantageous to use nine copper strands of 0.16 mm diameter each. If the diameter of the core is 0.2 mm, six copper strands of 0.2 mm in diameter will advantageously be used. In both cases, a cable is obtained whose quantity of copper has been substantially reduced compared to the seven-stranded copper cable shown below, with mechanical performance and similar bulk.
  • the present invention has been described in the context of a cable using copper strands, it can be applied regardless of the electrically conductive material used for the strands surrounding the polyamide core (copper alloy, aluminum or aluminum alloy). aluminum among others).

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Abstract

La présente invention concerne un câble de contrôle composite comportant un coeur en polymère et une pluralité de brins en un matériau électriquement conducteur s'étendant dans la direction longitudinale du câble autour dudit coeur. Selon l'invention, le polymère est choisi parmi les polymères présentant un taux d'allongement à la rupture supérieur à 7%, et une résistance à la traction telle que la résistance à la traction résultante du câble soit supérieure à une valeur limite prédéterminée.

Description

  • La présente invention est relative aux câbles de contrôle électriques, ou câbles d'énergie, utilisés pour transmettre des courants.
  • De tels câbles sont utilisés dans différents domaines de l'industrie, tels que par exemple l'industrie automobile, où ils sont assemblés en faisceaux pour l'alimentation électrique de différents équipements. Ces câbles doivent ainsi notamment être les plus légers possibles, et présenter un faible encombrement tout en conservant une bonne résistance mécanique.
  • De tels câbles sont classiquement formés par une pluralité de brins de cuivre, généralement torsadés pour former un toron de façon à augmenter la flexibilité du câble, et entourés par une gaine isolante, obtenue par exemple par extrusion. La figure 1 montre un exemple d'un tel câble 1, vu en coupe transversale, et réalisé à partir de sept brins de cuivre identiques 20 entourés par une gaine isolante 30 de section circulaire. Pour donner un ordre d'idée, le diamètre du câble est typiquement de l'ordre de 1,6 mm et les brins de cuivre 20 présentent chacun un diamètre de l'ordre de 0,3 mm.
  • D'autres câbles de structure similaire à celle de la figure 1, mais avec un nombre différent de brins de cuivre, par exemple dix-neuf brins, sont également connus.
  • Les avantages d'un câble selon la structure précédente résident essentiellement dans la simplicité du procédé de fabrication, mais également dans le fait qu'il permet d'avoir un sertissage fiable des connecteurs. En effet, il suffit de dénuder localement le câble en ôtant une portion de la gaine isolante 30 à l'endroit où l'on souhaite placer le connecteur, puis de venir compresser mécaniquement une douille du connecteur autour de la section de câble dénudée. De plus, le cuivre présente intrinsèquement une bonne tenue mécanique à la traction.
  • En revanche, on s'est aperçu que le câble précédent utilise une quantité de cuivre surdimensionnée par rapport aux besoins réels correspondant à la quantité de courant à transmettre par le câble. Plus précisément, près de la moitié du cuivre dans la structure de câble précédente est utilisée pour augmenter la résistance à la traction du câble, mais aussi pour garantir l'efficacité du sertissage.
  • Or, le cuivre coûte de plus en plus cher et il est important de trouver des nouvelles structures de câbles qui réduisent le plus possible la quantité de cuivre utilisée.
  • On connaît déjà différentes solutions de câbles composites dans lesquels on combine des brins de cuivre avec un coeur en matériau non conducteur. Notamment, le document US 7, 145, 082 décrit un câble de contrôle dans lequel plusieurs fils conducteurs, par exemple en cuivre, sont toronnés autour d'un coeur ou âme centrale composé d'un polymère mutlifilaments du type fibres d'aramide.
  • Ce type de câble permet de réduire de façon conséquente la quantité de cuivre utilisée à la valeur juste nécessaire pour la bonne transmission du signal, tout en conservant une très bonne tenue mécanique à la traction grâce à l'utilisation de l'aramide.
  • En revanche, si l'aramide possède une très haute résistance mécanique à la traction compatible avec les valeurs requises, ce type de matériau présente un faible niveau d'allongement à la rupture, typiquement de l'ordre de 3%. Ces caractéristiques sont montrées sur la courbe de traction 1 de la figure 2 illustrant la force de traction nécessaire en fonction de l'allongement pour l'aramide.
  • Or, durant toute la durée d'utilisation du câble, et notamment au moment de son installation, par exemple à l'intérieur d'un véhicule automobile, ou d'une intervention quelconque ultérieure sur ce câble pour remplacement ou réparation, il peut s'avérer nécessaire, ou à tout le moins inévitable, de tirer sur le câble pour provoquer son allongement. C'est notamment le cas lorsque l'on veut connecter l'extrémité du câble à une boîte de connexion située à un endroit difficile d'accès dans le véhicule automobile. Or, si l'on tire, de manière intentionnelle ou non, sur un câble avec un coeur en fibres d'aramide, celui-ci ne va pas s'allonger.
  • Pour résoudre ce problème, la présente invention a pour objet un câble de contrôle composite comportant un coeur en polymère et une pluralité de brins en un matériau électriquement conducteur s'étendant dans la direction longitudinale du câble autour dudit coeur, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi les polymères présentant un taux d'allongement à la rupture supérieur à 7%, et une résistance à la traction telle que la résistance à la traction résultante du câble soit supérieure à une valeur limite prédéterminée.
  • La courbe de traction d'un exemple d'un tel polymère est schématisée sous la référence 2 de la figure 2. On constate que la force de traction du polymère sélectionné varie linéairement en fonction du taux d'allongement, avec de préférence une faible pente. De la sorte, il est possible d'obtenir facilement un allongement du câble, en exerçant une force de traction minimale.
  • La courbe de traction 1' du câble est la résultante de la courbe de traction 2 du coeur en polymère seul, et de la courbe de traction 3 des brins en matériau électriquement conducteur, dans l'exemple en cuivre. Le point A sur cette courbe 1' représente la résistance à la traction du câble minimum requise, pour obtenir le taux d'allongement à la rupture minimum de 7% désiré. Les essais ont montré qu'en utilisant un polymère sélectionné selon l'invention, tel qu'un PEN (Polyéthylène Naphtalate), un Polyester (PES), ou un Polyéthylène téréphtalate (PET), on pouvait obtenir des résistances à la traction supérieures à une valeur limite de l'ordre de 70 N, correspondant ainsi aux exigences requises généralement dans le domaine de l'industrie automobile, en utilisant des polymères présentant une résistance à la traction bien inférieure à celle de l'aramide.
  • A titre d'exemple non limitatif, le coeur en polymère présente de préférence un diamètre entre 0,2 et 0,3 mm. Le nombre des brins de cuivre utilisés, par exemple en formant une torsade, autour du coeur est choisi de préférence pour entourer de façon continue toute la circonférence du coeur. En effet, dans ce cas, les brins de cuivre sont toujours en contact deux à deux sur toute la longueur du câble, ce qui augmente la fiabilité des opérations de sertissage de connecteurs sur les extrémités de câble. Ainsi, si le diamètre du coeur en polymère est de 0,3 mm, on utilisera avantageusement neuf brins de cuivre de 0,16 mm de diamètre chacun. Si le diamètre du coeur est de 0,2 mm, on utilisera avantageusement six brins de cuivre de 0,2 mm de diamètre. Dans les deux cas, on obtient un câble dont la quantité en cuivre a été sensiblement réduite par rapport au câble à sept brins de cuivre présenté ci-dessous, à performance mécanique et encombrement similaire.
  • Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un câble utilisant des brins de cuivre, elle peut être appliquée quel que soit le matériau conducteur électrique utilisé pour les brins entourant le coeur en polyamide (alliage de cuivre, aluminium ou alliage d'aluminium entre autre).

Claims (6)

  1. Câble de contrôle composite comportant un coeur en polymère et une pluralité de brins en un matériau électriquement conducteur s'étendant dans la direction longitudinale du câble autour dudit coeur, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi les polymères présentant un taux d'allongement à la rupture supérieur à 7%, et une résistance à la traction telle que la résistance à la traction résultante du câble soit supérieure à une valeur limite prédéterminée.
  2. Câble de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits brins sont torsadés autour du coeur.
  3. Câble de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits brins sont en cuivre.
  4. Câble de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère est du Polyéthylène Naphtalate (PEN).
  5. Câble de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polymère est du Polyester (PES).
  6. Câble de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polymère est du Polyéthylène téréphtalate (PET).
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