ES2580758T3

ES2580758T3 - Cable de material compuesto trenzado y método de fabricación del mismo y uso

Info

Publication number: ES2580758T3
Application number: ES09790358.7T
Authority: ES
Inventors: Michael F. Grether
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2016-08-26
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: US20100038112A1; JP5628172B2; US8525033B2; CN104766676A; CA2733530C; EP2321830A1; JP2012500452A; EP2321830B1; RU2447526C1; KR101620124B1; PL2321830T3; CA2733530A1; WO2010019333A1; BRPI0912464B1; KR20110045057A; CN102124528A

Abstract

Un cable trenzado (10, 10', 11, 11'), que comprende: un alambre único (1, 2) que define un eje (9) longitudinal central; una primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto trenzados alrededor del único alambre (1, 2) en una primera dirección de disposición en un primer ángulo de disposición (α) definido con relación al eje (9) longitudinal central y que tiene una primera longitud de disposición (L); y una segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto en la primera dirección de disposición en un segundo ángulo de disposición definido en relación al eje (9) longitudinal central y que tiene una segunda longitud de disposición (L'), caracterizado por que una diferencia relativa entre el primer ángulo de disposición (α) y el segundo ángulo de disposición (β) es superior a 0° y no superior a aproximadamente 4°.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

DESCRIPCION

Cable de material compuesto trenzado y metodo de fabricacion del mismo y uso Campo tecnico

La presente divulgacion se refiere, en general, a cables trenzados y a su metodo de fabricacion y uso. La divulgacion se refiere adicionalmente a cables trenzados incluidos cables de material compuesto trenzados helicoidalmente y a su metodo de fabricacion y uso. Dichos cables de material compuesto trenzados helicoidalmente son utiles en cables de transmision de energia electrica y otras aplicaciones.

Antecedentes

El trenzado de cables es un proceso en el que se combinan cables individuales, tipicamente en una disposicion helicoidal, para producir un cable acabado. Veanse, por ejemplo, las US-5.171.942 y US-5.554.826. El cable o cabo de alambres trenzado resultante proporciona una flexibilidad mucho mayor de la que se dispondria a partir de una barra solida de area de seccion transversal equivalente. La disposicion trenzada es tambien beneficiosa debido a que el cable trenzado helicoidalmente mantiene su forma de seccion transversal global redonda cuando el cable se somete a curvado en el manejo, instalacion y uso. Dichos cables trenzados helicoidalmente se usan en una variedad de aplicaciones tales como cables de elevacion, cables de aeronaves y cables de transmision de energia.

Los cables trenzados helicoidalmente se producen tipicamente a partir de metales utiles tales como acero, aluminio o cobre. En algunos casos, tales como cables de transmision de energia electrica aereos no revestidos, un nucleo de alambres trenzados helicoidalmente se rodea por una capa conductora de alambres. El nucleo de alambres trenzados helicoidalmente podria comprender alambres de metal ductil fabricados a partir de un primer material tal como acero, por ejemplo, y la capa exterior conductora de energia podria comprender alambres de un metal ductil fabricado de otro material tal como aluminio, por ejemplo. En algunos casos, el nucleo de alambres trenzados helicoidalmente puede ser un cable pre-trenzado usado como materia prima en la fabricacion de un cable de transmision de energia electrica de diametro mayor. Los cables trenzados helicoidalmente pueden comprender generalmente tan pocos como siete alambres individuales a construcciones mas comunes que contienen 50 o mas alambres.

La Figura 1A ilustra un cable de transmision de energia electrica trenzado helicoidalmente de ejemplo, tal como se describe en US-5.554.826. El cable 20 de transmision de energia electrica trenzado helicoidalmente ilustrado incluye un alambre 1 conductor metalico ductil central, una primera capa 13 de alambres 3 conductores metalicos ductiles (se muestran seis alambres) trenzados alrededor del alambre 1 conductor metalico ductil central en una primera direccion de disposicion (se muestra en el sentido de las agujas del reloj, correspondiente a una direccion de disposicion a mano derecha), una segunda capa 15 de alambres 5 conductores metalicos ductiles trenzados alrededor de la primera capa 13 en una segunda direccion de disposicion opuesta a la primera direccion de disposicion (se muestran en direccion contraria a las agujas del reloj, correspondiente a una direccion de disposicion a mano izquierda), y una tercera capa 17 de alambres 7 de conductores metalicos ductiles trenzados alrededor de la segunda capa 15 en una tercera direccion de disposicion opuesta a la segunda direccion de disposicion (se muestra en la direccion de las agujas del reloj, correspondiente a una direccion de disposicion a mano derecha).

Durante el proceso de trenzado del cable, los alambres metalicos ductiles se someten a tensiones mas alla de la tension de fluencia del material metalico pero por debajo de la tension de fallo o de rotura. Esta tension actua deformando plasticamente el alambre metalico cuando se bobina helicoidalmente alrededor de un radio relativamente pequeno de la capa de alambres precedente o del alambre central. Se han introducido recientemente articulos de cables utiles hechos de materiales que son compuestos y por ello no pueden deformarse plasticamente con facilidad a una nueva forma. Ejemplos comunes de estos materiales incluyen compuestos reforzados con fibra que son atractivos debido a sus mejoradas propiedades mecanicas con relacion a los metales pero que son principalmente elasticos en su respuesta a las tensiones de esfuerzos. Los cables de material compuesto que contienen alambres de polimero reforzado con fibra son conocidos en la tecnica, tal como lo son los cables de material compuesto que contienen alambres metalicos reforzados con fibra ceramica, veanse, por ejemplo, las US- 6.559.385 y US-7.093.416; y la Solicitud PCT Publicada WO 97/00976.

Un uso de cables de material compuesto trenzados (por ejemplo, cables que contienen un compuesto de matriz de polimero o alambres de material compuesto de matriz metalica) es un elemento de refuerzo en cables de transmision de energia electrica no revestidos. Aunque son conocidos los cables de transmision de energia electrica que incluyen alambres de material compuesto de matriz de aluminio, para algunas aplicaciones hay un deseo continuado de obtener propiedades mejoradas. La tecnica busca continuamente cables de material compuesto trenzados mejorados, y metodos mejorados de fabricacion y uso de los cables de material compuesto trenzados.

El documento US-2008/081721 A1 desvela un cable trenzado segun el preambulo de la reivindicacion 1.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Sumario

En algunas aplicaciones, es deseable mejorar adicionalmente la construccion de los cables de material compuesto trenzados y su metodo de fabricacion En ciertas aplicaciones, es deseable mejorar las propiedades fisicas de los cables de material compuesto trenzados helicoidalmente, por ejemplo, su resistencia a la traccion y su alargamiento hasta rotura del cable. En algunas aplicaciones particulares, es deseable adicionalmente proporcionar un medio conveniente para mantener la disposicion helicoidal de los alambres de material compuesto trenzados previamente a su incorporacion a un articulo posterior tal como a un cable de transmision de energia electrica. Dichos medios para mantenimiento de la disposicion helicoidal no han sido necesarios en nucleos previos con nucleos metalicos ductiles plasticamente deformables, o con alambres que pueden curarse o endurecerse despues de disponerse helicoidalmente.

Ciertas realizaciones de la presente invencion estan dirigidas a cables de material compuesto trenzados y metodos de trenzar helicoidalmente capas de alambres de material compuesto en una direccion de disposicion comun que de como resultado un incremento sorprendente en la resistencia a la traccion del cable de material compuesto cuando se compara con cables de material compuesto trenzados helicoidalmente que usan direcciones de trenzado alternadas entre cada capa de alambres de material compuesto. Dicho incremento sorprendente en la resistencia a la traccion no se ha observado para alambres ductiles convencionales (por ejemplo, metal, u otro no compuesto) cuando se trenzan usando una direccion de disposicion comun. Adicionalmente, hay tipicamente una baja motivacion para el uso de una direccion de disposicion comun para las capas de alambres trenzados de un cable convencional de alambres ductiles, debido a que los alambres ductiles pueden deformarse plasticamente con facilidad, y dichos cables usan generalmente longitudes de disposicion mas cortas, para las que las direcciones de disposicion alternadas pueden preferirse para el mantenimiento de la integridad del cable.

De ese modo, en un aspecto, la presente divulgacion proporciona un cable de material compuesto trenzado mejorado. En realizaciones de ejemplo, el cable de material compuesto trenzado comprende un unico alambre que define un eje longitudinal central, una primera pluralidad de alambres de material compuesto trenzados alrededor del alambre de material compuesto unico en una primera direccion de disposicion en un primer angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central y que tiene una primera longitud de disposicion, y una segunda pluralidad de alambres de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central y que tiene una segunda longitud de disposicion, siendo la diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion y el segundo angulo de disposicion superior a 0° y no superior a aproximadamente 4°.

En una realizacion de ejemplo, el cable trenzado comprende adicionalmente una tercera pluralidad de alambres de material compuesto trenzados alrededor de la segunda pluralidad de alambres de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un tercer angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central y que tiene una tercera longitud de disposicion, siendo la diferencia relativa entre el segundo angulo de disposicion y el tercer angulo de disposicion no superior a aproximadamente 4°. En otra realizacion de ejemplo, el cable trenzado comprende adicionalmente una cuarta pluralidad de alambres de material compuesto trenzados alrededor de la tercera pluralidad de alambres de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un cuarto angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central y que tiene una cuarta longitud de disposicion, siendo la diferencia relativa entre el tercer angulo de disposicion y el cuarto angulo de disposicion no superior a aproximadamente 4°.

En realizaciones de ejemplo adicionales, el cable trenzado puede comprender adicionalmente alambres de material compuesto trenzados alrededor de la cuarta pluralidad de alambres de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, en donde los alambres de material compuesto tienen una longitud de disposicion caracteristica, y la diferencia relativa entre el cuarto angulo de disposicion y cualquier angulo de disposicion posterior no es superior a aproximadamente 4°.

En ciertas realizaciones de ejemplo, la diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion y el segundo angulo de disposicion, el segundo angulo de disposicion y el tercer angulo de disposicion, el tercer angulo de disposicion y el cuarto angulo de disposicion, y en general, cualquier angulo de disposicion de la capa inferior y el angulo de disposicion de la capa exterior adyacente, es no superior a 4°, mas preferiblemente no superior a 3°, con maxima preferencia no superior a 0,5°. En algunas realizaciones, el primer angulo de disposicion es igual al segundo angulo de disposicion, el segundo angulo de disposicion es igual al tercer angulo de disposicion, el tercer angulo de disposicion es igual al cuarto angulo de disposicion, y en general, cualquier angulo de disposicion de la capa interior es igual al angulo de disposicion de la capa exterior adyacente.

En realizaciones adicionales, una o mas de la primera longitud de disposicion es menor que o igual a la segunda longitud de disposicion, la segunda longitud de disposicion es menor que o igual a la tercera longitud de disposicion, la cuarta longitud de disposicion es menor que o igual a una longitud de disposicion inmediatamente posterior, y/o cada longitud de disposicion sucesiva es menor que o igual a la longitud de disposicion inmediatamente precedente. En otras realizaciones, una o mas de la primera longitud de disposicion es igual a la segunda longitud de disposicion, la segunda longitud de disposicion es igual a la tercera longitud de disposicion, y la tercera longitud de disposicion es igual a la cuarta longitud de disposicion. En algunas realizaciones, puede ser preferido el uso de una disposicion paralela, como es conocido en la tecnica.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En un aspecto adicional, la presente divulgacion proporciona realizaciones alternativas de un cable de transmision de energia electrica trenzado que comprende un nucleo y una capa conductora alrededor del nucleo, en el que el nucleo comprende cualquiera de los cables de material compuesto trenzados descritos anteriormente. En algunas realizaciones de ejemplo, el cable trenzado comprende adicionalmente una pluralidad de alambres ductiles trenzados alrededor de los alambres de material compuesto trenzados del nucleo de cable de material compuesto trenzado.

En ciertas realizaciones de ejemplo, la pluralidad de alambres ductiles se trenza alrededor del eje longitudinal central en una pluralidad de capas radiales que rodean los alambres de material compuesto del nucleo de cable de material compuesto. En realizaciones de ejemplo adicionales, al menos una parte de la pluralidad de alambres ductiles se trenza en una primera direccion de disposicion en un angulo de disposicion relativo al eje longitudinal central, y con una primera longitud de disposicion de alambres ductiles. En otras realizaciones de ejemplo, al menos una parte de la pluralidad de alambres ductiles se trenza en una segunda direccion de disposicion en un angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, y en una segunda longitud de disposicion de alambres ductiles.

En cualquiera de los aspectos anteriores de cables trenzados y sus realizaciones relacionadas, las siguientes realizaciones de ejemplo pueden emplearse ventajosamente. De ese modo, en una realizacion de ejemplo, el alambre unico tiene una forma de seccion transversal tomada en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central que es circular o eliptica. En ciertas realizaciones de ejemplo, el alambre unico es un alambre de material compuesto. En realizaciones de ejemplo adicionales, cada alambre de material compuesto y/o alambre ductil tiene una seccion transversal, en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central, seleccionada de entre circular, eliptica, y trapezoidal.

En realizaciones de ejemplo adicionales, el cable trenzado comprende adicionalmente un medio de mantenimiento alrededor de al menos una de la primera pluralidad de alambres de material compuesto, la segunda pluralidad de alambres de material compuesto, la tercera pluralidad de alambres de material compuesto, o la cuarta pluralidad de alambres de material compuesto. En algunas realizaciones de ejemplo, el medio de mantenimiento comprende al menos uno de entre un aglutinante o una cinta. En ciertas realizaciones de ejemplo, la cinta comprende una cinta adhesiva envuelta alrededor de al menos una de entre la primera pluralidad de alambres de material compuesto o la segunda pluralidad de alambres de material compuesto. En ciertas realizaciones actualmente preferidas, la cinta adhesiva comprende un adhesivo sensible a la presion.

En un aspecto adicional, la divulgacion proporciona un metodo de fabricacion del cable trenzado tal como se ha descrito en los aspectos y realizaciones anteriores, que comprende el trenzado de una primera pluralidad de alambres de material compuesto alrededor de un unico alambre que define un eje longitudinal central, en donde el trenzado de la primera pluralidad de alambres de material compuesto se lleva a cabo en una primera direccion de disposicion en un primer angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, en donde la primera pluralidad de alambres tiene una primera longitud de disposicion; Y el trenzado de una segunda pluralidad de alambres de material compuesto alrededor de la primera pluralidad de alambres de material compuesto, en donde el trenzado de la segunda pluralidad de alambres de material compuesto se lleva a cabo en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, y en donde la segunda pluralidad de alambres tiene una segunda longitud de disposicion, adicionalmente en donde una diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion y el segundo angulo de disposicion es no superior a 4°. En una realizacion particular, el metodo comprende adicionalmente el trenzado de una pluralidad de alambres ductiles alrededor de los alambres de material compuesto.

Realizaciones de ejemplo de cables de material compuesto trenzados segun la presente divulgacion tienen varios rasgos y caracteristicas que permiten su uso y proporcionan ventajas en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en algunas realizaciones de ejemplo, los cables de material compuesto trenzados segun la presente divulgacion pueden presentar una tendencia reducida a experimentar fracturas o fallos prematuros con valores bajos de tensiones de traccion durante la fabricacion o uso, cuando se comparan con otros cables de material compuesto. Ademas, los cables de material compuesto trenzados segun algunas realizaciones de ejemplo pueden presentar una resistencia a la corrosion mejorada, duracion medioambiental (por ejemplo, resistencia a los UV y la humedad), resistencia a la perdida de resistencia a temperaturas elevadas, limite de fluencia, asi como un modulo de elasticidad relativamente altos, baja densidad, bajo coeficiente de expansion termica, elevada conductividad electrica, elevada resistencia al pandeo, y elevada resistencia, en comparacion con los cables convencionales de alambre metalico ductil trenzado.

En algunas realizaciones de ejemplo, los cables de material compuesto trenzados fabricados segun las realizaciones de la presente divulgacion pueden presentar un incremento en la resistencia a la traccion del 10% o superior en comparacion con cables de material compuesto de la tecnica anterior. Los cables de material compuesto trenzados segun ciertas realizaciones de la presente divulgacion pueden fabricarse tambien con un coste de fabricacion mas bajo debido a un incremento en la productividad del proceso de trenzado del cable que cumple los requisitos minimos de resistencia a la traccion para su uso en ciertas aplicaciones criticas, por ejemplo, el uso en aplicaciones de transmision de energia electrica aerea.

Se han resumido varios aspectos y ventajas de las realizaciones de ejemplo de la divulgacion. El sumario anterior no se pretende que describa cada realizacion ilustrada o cada implementacion de las ciertas realizaciones de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

ejemplo de la presente divulgacion. Los dibujos y la descripcion detallada que sigue ejemplifican mas particularmente ciertas realizaciones preferidas que usan los principios desvelados en la presente memoria.

Breve descripcion de los dibujos

Las realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion se describen adicionalmente con referencia a las figuras adjuntas, en donde:

La Fig. 1A es una vista en perspectiva de un cable de transmision de energia electrica trenzado helicoidalmente de la tecnica anterior.

La Fig. 1B es una vista en perspectiva de un cable de material compuesto trenzado helicoidalmente segun realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion.

Las Figs. 2A-2C son vistas esquematicas, superiores de capas de cables de material compuesto dispuestas segun realizaciones ejemplares de la presente divulgacion, ilustrando la direccion de disposicion, angulo de disposicion y longitud de disposicion para cada capa del cable.

Las Figs. 3A-3D son vistas desde el extremo de la seccion transversal de varios cables de material compuesto trenzados helicoidalmente segun realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion.

Las Figs. 4A-4E son vistas desde el extremo de la seccion transversal de varios cables de material compuesto trenzados helicoidalmente que incluyen una o mas capas que comprenden una pluralidad de alambres ductiles trenzados alrededor de los alambres de material compuesto trenzados helicoidalmente segun otras realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion.

La Fig. 5A es una vista lateral de un cable de material compuesto trenzado helicoidalmente que incluye medios de mantenimiento alrededor del nucleo de alambre de material compuesto trenzado segun una realizacion de ejemplo adicional de la presente divulgacion.

Las Figs. 5B-5D son vistas desde el extremo de la seccion transversal de un cable de material compuesto trenzado helicoidalmente que incluye varios medios de mantenimiento alrededor del nucleo del alambre de material compuesto trenzado segun otras realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion.

La Fig. 6 es una vista esquematica de un aparato de trenzado de ejemplo usado para fabricar el cable segun realizaciones de ejemplo adicionales de la presente divulgacion

La Fig. 7 es una vista desde el extremo de la seccion transversal de un cable de material compuesto trenzado helicoidalmente que incluye un medio de mantenimiento alrededor del nucleo de alambre de material compuesto trenzado, y una o mas capas que comprenden una pluralidad de alambres ductiles trenzados alrededor del nucleo de cable de material compuesto trenzado segun realizaciones de ejemplo adicionales de la presente divulgacion.

La Fig. 8 es un trazado del efecto de la diferencia relativa en el angulo de disposicion entre las capas de alambres interior y exterior sobre la resistencia a la traccion medida para cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion.

La Fig. 9 es un trazado del efecto de la diferencia relativa en la longitud de disposicion entre las capas de alambres interior y exterior sobre la resistencia a la traccion medida para cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion.

La Fig. 10 es un trazado del efecto del angulo de cruce sobre la resistencia a la traccion medida para cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion.

Numeros de referencia iguales en los dibujos indican elementos iguales. Los dibujos en la presente memoria no estan a escala, y en los dibujos, los componentes de los cables de material compuesto se dimensionan para remarcar las caracteristicas seleccionadas.

Descripcion detallada

Se usan ciertos terminos a todo lo largo de la descripcion y las reivindicaciones que, aunque en su mayor parte son bien conocidos, pueden requerir alguna explicacion. Se entendera que, en la presente memoria, cuando se hace referencia a un “alambre” como “quebradizo”, significa que el alambre se facturara bajo una carga de traccion con una minima deformacion plastica.

El termino “ductil” cuando se usa para hacer referencia a la deformacion de un alambre, significa que el alambre se sometera sustancialmente a deformacion plastica durante el doblado sin fractura o rotura.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La expresion “alambre de material compuesto” se refiere a un alambre formado a partir de una combinacion de materiales que difieren en composicion o forma que se unen juntos, y que presentan un comportamiento quebradizo o no ductil.

La expresion “alambre de material compuesto de matriz metalica” se refiere a un alambre de material compuesto que comprende uno o mas materiales de refuerzo unidos en una matriz que consiste en una o mas fases de metal ductil.

La expresion “alambre de material compuesto de matriz de polimero” se refiere de modo similar a un alambre de material compuesto que comprende uno o mas materiales de refuerzo unidos en una matriz que consiste en una o mas fases polimericas.

El termino “curvado” o “curvando” cuando se usa para referirse a la deformacion de un alambre incluyen deformacion por curvado bidimensional y/o tridimensional, tal como curvado del alambre helicoidalmente durante el trenzado. Cuando se hace referencia a que un alambre tiene deformacion por curvado, esto no excluye la posibilidad de que el alambre tambien tenga deformacion resultante de fuerzas de traccion y/o torsion.

Una deformacion “significativa por curvado elastico” significa que tiene lugar una deformacion por curvado cuando el alambre se curva hasta un radio de curvatura hasta 10.000 veces el radio del alambre. Tal como se aplica a un alambre de seccion transversal circular, esta deformacion significativa por curvado elastico impartiria una tension en la fibra exterior del alambre de al menos el 0,01%

Los terminos “cablear” y “trenzar” se usan de modo intercambiable, tal como lo son “cableado” y “trenzado”.

El termino “disposicion” describe la manera en la que los alambres en una capa trenzada de un cable trenzado helicoidalmente se bobinan en una helice.

La expresion “direccion de disposicion” se refiere a la direccion de trenzado de los hilos del alambre en una capa trenzada helicoidalmente. Para determinar la direccion de disposicion de una capa trenzada helicoidalmente, un observador mira hacia la superficie de la capa de alambre trenzado helicoidalmente tal como el cable apunta separandose del observador. Si los hilos de alambre parecen girar en una direccion en el sentido de las agujas del reloj cuando los hilos progresan separandose del observador, entonces se hace referencia al cable como que tiene una “disposicion a mano derecha”. Si los hilos de alambre parecen girar en una direccion contraria a las agujas del reloj cuando los hilos progresan separandose del observador, entonces se hace referencia al cable como que tiene una “disposicion a mano izquierda”.

Las expresiones “eje central” y “eje longitudinal central” se usan de modo intercambiable para indicar un eje longitudinal comun situado radialmente en el centro de un cable multicapa trenzado helicoidalmente.

La expresion “angulo de disposicion” se refiere al angulo, formado por un alambre trenzado, con relacion al eje longitudinal central de un cable trenzado helicoidalmente.

La expresion “angulo de cruce” significa la diferencia relativa (absoluta) entre los angulos de disposicion en capas de alambres adyacentes de un cable de alambres trenzados helicoidalmente.

La expresion “longitud de disposicion” se refiere a la longitud del cable trenzado en la que un unico alambre en una capa trenzada helicoidalmente completa totalmente una revolucion helicoidal alrededor del eje longitudinal central de un cable trenzado helicoidalmente.

El termino “ceramico” significa vidrio, ceramica cristalina, vidrio-ceramica, y combinaciones de los mismos.

El termino “policristalino” significa un material que tiene predominantemente una pluralidad de granos cristalinos en el que el tamano de grano es menor que el diametro de la fibra en la que estan presentes los granos.

La expresion “fibra continua” significa una fibra que tiene una longitud que es relativamente infinita cuando se compara con el diametro medio de la fibra. Tipicamente, esto significa que la fibra tiene una relacion de aspecto (es decir, relacion de la longitud de la fibra al diametro medio de la fibra) de al menos 1 x 105 (en algunas realizaciones, al menos 1 x 106, o incluso al menos 1 x 107). Tipicamente, dichas fibras tienen una longitud del orden de al menos aproximadamente 15 cm a al menos varios metros, y pueden tener incluso longitudes del orden de kilometros o mas.

La presente divulgacion proporciona un cable trenzado que incluye una pluralidad de alambres de material compuesto trenzados. Los alambres de material compuesto pueden ser quebradizos y no ductiles, y por ello pueden no deformarse suficientemente durante los procesos de trenzado del cable convencional de tal manera que mantengan su disposicion helicoidal sin rotura de los alambres. Por lo tanto, la presente divulgacion proporciona, en ciertas realizaciones, un cable de material compuesto trenzado de resistencia a la traccion mas alta, y adicionalmente, proporciona, en algunas realizaciones, un medio para mantenimiento de la disposicion helicoidal de los alambres en el cable trenzado. En esta forma, el cable trenzado puede proporcionarse convenientemente como un articulo intermedio o como un articulo final. Cuando se usa como un articulo intermedio, el cable de material

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

compuesto trenzado puede incorporarse posteriormente a un articulo final tal como un cable de transmision de energia electrica, por ejemplo, un cable de transmision de energia electrica aereo.

Se describiran ahora varias realizaciones de ejemplo de la divulgacion con referencia particular a los dibujos. Las realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion pueden recoger varias modificaciones y alteraciones sin apartarse del espiritu y alcance de la divulgacion. En consecuencia, se ha de entender que las realizaciones de la presente divulgacion no han de estar limitadas a las realizaciones de ejemplo descritas a continuacion, sino que han de ser controladas por las limitaciones expuestas en las reivindicaciones y cualesquiera equivalentes de las mismas.

Por ello en un aspecto, la presente divulgacion proporciona un cable de material compuesto trenzado. En referencia a los dibujos, la Fig. 1B ilustra una vista en perspectiva de un cable 10 de material compuesto trenzado segun una realizacion de ejemplo de la presente divulgacion. Tal como se ha ilustrado, el cable 10 de material compuesto trenzado helicoidalmente incluye un unico alambre 2 que define un eje longitudinal central, una primera capa 12 que comprende una primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto trenzados alrededor del unico alambre 2 de material compuesto en una primera direccion de disposicion (se muestra en el sentido de las agujas del reloj, correspondiente a una disposicion a mano derecha), y una segunda capa 14 que comprende una segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto en la primera direccion de disposicion.

Opcionalmente, puede trenzarse una tercera capa 16 que comprende una tercera pluralidad de alambres 8 de material compuesto alrededor de la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto en la primera direccion de disposicion para formar el cable 10’ de material compuesto. Opcionalmente, puede trenzarse una cuarta capa (no mostrada) o incluso mas capas adicionales de alambres de material compuesto alrededor de la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto en la primera direccion de disposicion para formar un cable 10’ de material compuesto. Opcionalmente, el unico alambre 2 es un alambre de material compuesto tal como se muestra en la Fig. 1B, aunque en otras realizaciones, el unico alambre 2 puede ser un alambre ductil, por ejemplo un alambre 1 metalico ductil tal como se muestra en la Fig. 1 A.

En realizaciones de ejemplo de la de divulgacion, dos o mas capas trenzadas (por ejemplo 12, 14 y 16) de alambres de material compuesto (por ejemplo 4, 6 y 8) pueden bobinarse helicoidalmente alrededor de un unico alambre central 2 que define un eje longitudinal central, siempre que cada capa sucesiva de alambres de material compuesto se bobine en la misma direccion de disposicion que cada capa precedente de alambres de material compuesto. Adicionalmente, se entendera que aunque se ilustra en la Fig. 1B una disposicion a mano derecha para cada capa (12, 14 y 16), puede usarse alternativamente una disposicion a mano izquierda para cada capa (12, 14 y 16).

Con referencia a la Fig. 1B y las Figs. 2A-2C, en realizaciones de ejemplo adicionales, el cable de material compuesto trenzado comprende un unico alambre 2 que define un eje 9 longitudinal central, una primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto trenzados alrededor del unico alambre 2 de material compuesto en una primera direccion de disposicion en un primer angulo a de disposicion definido con relacion al eje 9 longitudinal central y que tiene una primera longitud de disposicion L (Fig. 2A), y una segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de disposicion p definido con relacion al eje 9 longitudinal central y que tiene una segunda longitud de disposicion L’ (Fig. 2B).

En realizaciones de ejemplo adicionales, el cable trenzado comprende opcionalmente ademas una tercera pluralidad de alambres 8 de material compuesto trenzados alrededor de la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un tercer angulo de disposicion y definido con relacion al eje 9 longitudinal central y que tiene una tercera longitud de disposicion L’’ (Fig. 2C), siendo la diferencia relativa entre el segundo angulo de disposicion p y el tercer angulo de disposicion y no superior a aproximadamente 4°.

En realizaciones de ejemplo adicionales (no mostradas), el cable trenzado puede comprender adicionalmente (por ejemplo, posteriormente) capas (por ejemplo, una cuarta, quinta, u otra capa posterior) de alambres de material compuesto trenzados alrededor de la tercera pluralidad de alambres 8 de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un angulo de disposicion (no mostrado en las figuras) definido con relacion al eje longitudinal 9 comun, en el que los alambres de material compuesto en cada capa tienen una longitud de disposicion caracteristica (no mostrada en las figuras), siendo la diferencia relativa entre el tercer angulo de disposicion y y el cuarto o posteriores angulos de disposicion no superior a aproximadamente 4°. Realizaciones en las que se emplean cuatro o mas capas de alambres de material compuesto trenzados hacen uso preferiblemente de alambres de material compuesto que tienen un diametro de 0,5 mm o menor.

En algunas realizaciones de ejemplo, la diferencia relativa (absoluta) entre el primer angulo de disposicion a y el segundo angulo de disposicion p no es superior a aproximadamente 4°. En ciertas realizaciones de ejemplo, la diferencia relativa (absoluta) entre uno o mas de entre el primer angulo de disposicion a y el segundo angulo de disposicion p, el segundo angulo de disposicion p y el tercer angulo de disposicion y, no es superior a 4°, no superior a 3°, no superior a 2°, no superior a 1°, o no superior a 0,5°. En ciertas realizaciones de ejemplo, uno o mas del primer angulo de disposicion es igual al segundo angulo de disposicion, el segundo angulo de disposicion es igual al tercer angulo de disposicion, y/o cada angulo de disposicion sucesivo es igual al angulo de disposicion inmediatamente precedente.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En realizaciones adicionales, una o mas de la primera longitud de disposicion es menor que o igual a la segunda longitud de disposicion, la segunda longitud de disposicion es menor que o igual a la tercera longitud de disposicion, la cuarta longitud de disposicion es menor que o igual a una longitud de disposicion inmediatamente posterior, y/o cada longitud de disposicion sucesiva es menor que o igual a la longitud de disposicion inmediatamente precedente. En otras realizaciones, una o mas de la primera longitud de disposicion es igual a la segunda longitud de disposicion, la segunda longitud de disposicion es igual a la tercera longitud de disposicion, y/o cada longitud de disposicion sucesiva es igual a la longitud de disposicion inmediatamente precedente. En algunas realizaciones, puede preferirse el uso de una disposicion paralela, como es conocido en la tecnica.

Varias realizaciones de cable de material compuesto trenzado (10, 11, 10’, 11’) se ilustran mediante vistas en seccion transversal en las Figs. 3A, 3B, 3C y 3D, respectivamente. En cada una de las realizaciones ilustradas de las Figs. 3 A-3D, se entiende que los alambres de material compuesto (4, 6 y 8) se trenzan alrededor de un unico alambre (2 en las Figs. 3A y 3C; 1 en las Figs. 3B y 3D) que define un eje longitudinal central (no mostrado), en una direccion de disposicion (no mostrada) que es la misma para cada capa correspondiente (12, 14 y 16 tal como se muestra en la Fig. 1B) de alambres de material compuesto (4, 6, y 8). Dicha direccion de disposicion puede ser en el sentido de las agujas del reloj (disposicion a mano derecha tal como se muestra en la Fig. 1B) o contraria a las agujas del reloj (disposicion a mano izquierda, no mostrada).

Aunque las Figs. 3A y 3C muestran un unico alambre 2 de material compuesto central que define un eje longitudinal central (no mostrado), se entiende adicionalmente que el unico alambre 2 puede ser un alambre 1 metalico ductil, tal como se muestra en las Figs. 3B y 3D. Se entiende adicionalmente que cada capa de alambres de material compuesto presenta una longitud de disposicion (no mostrada en las Figs. 3A-3D), y que la longitud de disposicion de cada capa de alambres de material compuesto puede ser diferente, o preferiblemente, la misma longitud de disposicion.

Adicionalmente, se entiende que en algunas realizaciones de ejemplo, cada uno de los alambres de material compuesto tiene una forma de seccion transversal, en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central, generalmente circular, eliptica, o trapezoidal. En ciertas realizaciones de ejemplo, cada uno de los alambres de material compuesto tiene una forma de seccion transversal que es generalmente circular, y el diametro de cada alambre de material compuesto es al menos aproximadamente de 0,1 mm, mas preferiblemente al menos de 0,5 mm; aun mas preferiblemente al menos 1 mm, aun mas preferiblemente al menos 2 mm, con maxima preferencia al menos 3 mm; y como mucho aproximadamente 15 mm, mas preferiblemente como mucho 10 mm, aun mas preferiblemente como mucho 5 mm, aun mas preferiblemente con mucho 4 mm, con maxima preferencia como mucho 3 mm. En otras realizaciones de ejemplo, el diametro de cada alambre de material compuesto puede ser menor de 1 mm, o superior a 5 mm.

Tipicamente el diametro medio del unico alambre central, que tiene una forma de seccion transversal generalmente circular, esta en un intervalo de desde aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 15 mm. En algunas realizaciones, el diametro medio del unico alambre central es deseablemente al menos aproximadamente 0,1 mm, al menos 0,5 mm, al menos 1 mm, al menos 2 mm, al menos 3 mm, al menos 4 mm, o incluso hasta aproximadamente 5 mm. En otras realizaciones, el diametro medio del unico alambre central es menor de aproximadamente 0,5 mm, menor de 1 mm, menor de 3 mm, menor de 5 mm, menor de 10 mm, o menor de 15 mm.

En realizaciones de ejemplo adicionales no ilustradas por las Figs. 3A-3D, el cable de material compuesto trenzado puede incluir mas de tres capas trenzadas de alambres de material compuesto alrededor del alambre unico que define un eje longitudinal central. En ciertas realizaciones de ejemplo, cada uno de los alambres de material compuesto en cada capa del cable de material compuesto puede ser de la misma construccion y forma; sin embargo, esto no se requiere para conseguir los beneficios descritos en la presente memoria.

En un aspecto adicional, la presente divulgacion proporciona varias realizaciones de un cable de transmision de energia electrica trenzado que comprende un nucleo de material compuesto y una capa conductora alrededor del nucleo de material compuesto, y en el que el nucleo de material compuesto comprende cualquiera de los cables de material compuesto trenzados descritos anteriormente. En algunas realizaciones, el cable de transmision de energia electrica puede ser util como un cable de transmision de energia electrica aereo, o un cable de transmision de energia electrica subterraneo. En ciertas realizaciones de ejemplo, la capa conductora comprende una capa metalica que contacta sustancialmente con toda la superficie del nucleo de cable de material compuesto. En otras realizaciones de ejemplo, la capa conductora comprende una pluralidad de alambres conductores metalicos ductiles trenzados alrededor del nucleo de cable de material compuesto.

Las Figs. 4A-4E ilustran realizaciones de ejemplo de cables trenzados (30, 40, 50, 60 o 70, correspondientes a las Figs. 4A, 4B, 4C, 4D y 4E) en las que se trenzan helicoidalmente una o mas capas adicionales de alambres ductiles (por ejemplo 28, 28’, 28’’), por ejemplo, alambres conductores de metal ductil, alrededor del nucleo 10 de cable de material compuesto de la Fig. 3 A. Se entendera, sin embargo, que la divulgacion no esta limitada a estas realizaciones de ejemplo, y que otras realizaciones, que usen otros nucleos de cable de material compuesto (por ejemplo, los cables de material compuesto 11, 10’, y 11’ de las Figs. 3B, 3C y 3D, respectivamente), estan dentro del alcance de la presente divulgacion.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Por ello, en la realizacion particular ilustrada por la Fig. 4A, el cable trenzado 30 comprende una primera pluralidad de alambres ductiles 28 trenzados alrededor del cable de material compuesto trenzado 10 mostrado en las Figs. 1B, 2A-2B, y 3A. En una realizacion adicional ilustrada por la Fig. 4B, el cable trenzado 40 comprende una segunda pluralidad de alambres ductiles 28’ trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres ductiles 28 del cable trenzado 30 de la Fig. 4A. En una realizacion adicional ilustrada por la Fig. 4C, el cable trenzado 50 comprende una tercera pluralidad de alambres ductiles 28’’ trenzados alrededor de la segunda pluralidad de alambres ductiles 28’ del cable trenzado 40 de la Fig. 4B.

En la realizacion particular ilustrada por las Figs. 4A-4C, los cables trenzados respectivos (30, 40 o 50) tienen un nucleo que comprende un cable 10 de material compuesto trenzado de la Fig. 3A, que incluye un unico alambre 2 que define un eje 9 longitudinal central (Fig. 2C), una primera capa 12 que comprende una primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto trenzados alrededor del unico alambre 2 de material compuesto en una primera direccion de disposicion, una segunda capa 14 que comprende una segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres 4 de material compuesto en la primera direccion de disposicion. En ciertas realizaciones de ejemplo, la primera pluralidad de alambres ductiles 28 se trenza en una direccion de disposicion opuesta a la de una capa radial adjunta, por ejemplo, la segunda capa 14 que comprende la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto.

En otras realizaciones de ejemplo, la primera pluralidad de alambres ductiles 28 se trenza en una direccion de disposicion igual a la de una capa radial adjunta, por ejemplo, la segunda capa 14 que comprende la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto. En realizaciones de ejemplo adicionales, al menos una de entre la primera pluralidad de alambres ductiles 28, la segunda pluralidad de alambres ductiles 28’, o la tercera pluralidad de alambres ductiles 28’’, se trenza en una direccion de disposicion opuesta a la de una capa radial adjunta, por ejemplo, la segunda capa 14 que comprende la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto.

En realizaciones de ejemplo adicionales, cada alambre ductil (28, 28’, o 28’’) tiene una forma de seccion transversal, en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central, seleccionada de entre circular, eliptica, o trapezoidal. Las Figs. 4A-4C ilustran realizaciones en donde cada alambre ductil (28, 28’, o 28’’) tiene una forma de seccion transversal, en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central, que es sustancialmente circular En la realizacion particular ilustrada por la Fig. 4D, el cable trenzado 60 comprende una primera pluralidad de alambres 28 ductiles con forma generalmente trapezoidal trenzados alrededor del cable 10 de material compuesto trenzado mostrado en las Figs. 1B, 2A-2B. En una realizacion adicional ilustrada por la Fig. 4E, el cable trenzado 70 comprende adicionalmente una segunda pluralidad de alambres 28’ ductiles con forma generalmente trapezoidal trenzados alrededor del cable trenzado 60 de la Fig. 4D.

En realizaciones de ejemplo adicionales, algunos o todos de los alambres ductiles (28, 28’, o 28’’) pueden tener una forma de seccion transversal, en una direccion sustancialmente normal al eje longitudinal central, que tiene forma de “Z” o “S” (no mostrados). Los alambres de dichas formas son conocidos en la tecnica, y pueden ser deseables, por ejemplo, para formar una capa exterior de entrelazado del cable.

En realizaciones adicionales, los alambres ductiles (28, 28’, o 28’’) comprenden al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en cobre, aluminio, hierro, cinc, cobalto, niquel, cromo, titanio, tungsteno, vanadio, circonio, manganeso, silicio, aleaciones de los mismos, y combinaciones de los mismas.

Los cables de material compuesto trenzados pueden usarse como articulos intermedios que se incorporan posteriormente en articulos finales, por ejemplo, cables de traccion, cables de elevacion, cables de transmision de energia electrica aereos, y similares, mediante el trenzado de una multiplicidad de alambres ductiles alrededor de un nucleo que comprende alambres de material compuesto, por ejemplo, los cables de material compuesto trenzados helicoidalmente descritos previamente, u otros cables de material compuesto trenzados. Por ejemplo, el nucleo puede estar hecho mediante el trenzado (por ejemplo, bobinado helicoidalmente) de dos o mas capas de alambres (4, 6, 8) de material compuesto alrededor de un unico alambre central (2) tal como se ha descrito anteriormente usando tecnicas conocidas en la tecnica. Tipicamente, dichos nucleos de cable de material compuesto trenzado helicoidalmente tienden a comprender tan pocos como 19 alambres individuales hasta 50 o mas alambres.

Para nucleos de material compuesto de una pluralidad de alambres (2, 4, 6) de material compuesto, es deseable, en algunas realizaciones, mantener los alambres de material compuesto (por ejemplo, al menos la segunda pluralidad de alambres 6 de material compuesto en la segunda capa 14 de las Figs. 5A-5D) juntos durante o despues del trenzado usando un medio de sujecion, por ejemplo, una cinta sobre-envuelta, con o sin adhesivo, o un aglutinante (vease, por ejemplo, la US-6.559.385 B1 [Johnson et al.]). Las Figs. 5A-5C ilustran varias realizaciones que usan un medio de sujecion en la forma de una cinta 18 para mantener los alambres de material compuesto juntos despues del trenzado.

La Figura 5A es una vista lateral del cable trenzado 10 (Figs. 1B, 2A-2B, y 3A), con un medio de sujecion de ejemplo que comprende una cinta 18 aplicada parcialmente al cable 10 de material compuesto trenzado alrededor de los alambres (2, 4, 6) de material compuesto. Tal como se muestra en la Fig. 5B, la cinta 18 puede comprender un soporte 20 con una capa 22 de adhesivo. Alternativamente, tal como se muestra en la Fig. 5C, la cinta 18 puede comprender solo un soporte 20, sin un adhesivo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En ciertas realizaciones de ejemplo, la cinta 18 puede envolverse de modo que cada envoltura sucesiva hace tope con la envoltura previa sin un hueco y sin solape, tal como se ha ilustrado en la Fig. 5A. Alternativamente, en algunas realizaciones, las envolturas sucesivas pueden separarse de modo que dejen hueco entre cada envoltura o de modo que solapen la envoltura previa. En una realizacion preferida, la cinta 18 se mueve de modo que cada envoltura se solape con la envoltura precedente en aproximadamente 1/3 a 1/2 del ancho de la cinta.

La Fig. 5B es una vista desde el extremo del cable trenzado de la Fig. 5A en la que el medio de sujecion es una cinta 18 que comprende un soporte 20 con un adhesivo 22. En esta realizacion de ejemplo, los adhesivos adecuados incluyen, por ejemplo, adhesivos basados en (co)polimero de (met)acrilato, adhesivos de poli(a-olefina), adhesivos basados en copolimeros en bloque, adhesivos basados en goma natural, adhesivos basados en silicona, y adhesivos de fusion en caliente. Pueden preferirse en ciertas realizaciones adhesivos sensibles a la presion.

En realizaciones de ejemplo adicionales, los materiales adecuados para la cinta 18 o el refuerzo 20 incluyen laminas metalicas, particularmente aluminio; poliester; poliimida; y soportes reforzados con vidrio; siempre que la cinta 18 sea suficientemente fuerte para mantener la deformacion de curvatura elastica y sea capaz de retener su configuracion envuelta por si misma, o este suficientemente confinada si es necesario. Un soporte 20 particularmente preferido es el aluminio. Dicho soporte tiene preferiblemente un grosor de entre 0,05 a 0,13 mm (0,002 y 0,005 pulgadas), y un ancho seleccionado en base al diametro del cable trenzado 10. Por ejemplo, para un cable trenzado 10 que tenga dos capas de alambres de material compuesto trenzados tal como se ha ilustrado en la Figura 5A, y que tenga un diametro de aproximadamente 1,3 cm (0,5 pulgadas), se prefiere una cinta de aluminio que tenga un ancho de 2,5 cm (1,0 pulgadas).

Algunas tintas comercialmente disponibles actualmente preferidas incluyen las siguientes Metal Foil Tapes (disponibles en 3M Company, St. Paul, MN): Tape 438, un soporte de aluminio de 0,13 mm de grosor (0,005 pulgadas) con un adhesivo acrilico y un grosor de cinta total de 0,18 mm (0,0072 pulgadas); Tape 431, un soporte de aluminio de 0,05 mm de grosor (0,0019 pulgadas) con un adhesivo acrilico y un grosor de cinta total de 0,08 mm (0,0031 pulgadas); y Tape 433, un soporte de aluminio de 0,05 mm de grosor (0,002 pulgadas) con un adhesivo de silicona y un grosor de cinta total de 0,09 mm (0,0036 pulgadas). Una cinta de chapa metalica/tejido de vidrio adecuada es Tape 363 (disponible en 3M Company, St. Paul, MN), tal como se describe en los Ejemplos. Una cinta de soporte de poliester adecuada incluye la Polyester Tape 8402 (disponible en 3M Company, St. Paul, MN), con un soporte de poliester de 0,03 mm de grosor (0,001 pulgadas), un adhesivo basado en silicona, y un grosor de cinta total de 0,03 mm (0,0018 pulgadas).

La Fig. 5C es una vista desde el extremo del cable trenzado de la Fig. 5 A en el que la cinta 18 comprende un soporte 20 sin adhesivo 22. Cuando la cinta 18 es un soporte 20 sin adhesivo, los materiales adecuados para el soporte 20 incluye cualquiera de los recien descritos para su uso con un adhesivo, siendo un soporte preferido un soporte de aluminio que tenga un grosor de entre 0,05 a 0,13 mm (0,002 y 0,005 pulgadas) y un ancho de 2,54 cm (1,0 pulgadas).

Cuando se usa la cinta 18 como el medio de sujecion, bien con o bien sin adhesivo 22, la cinta puede aplicarse al cable trenzado con un aparato de envoltura de cinta convencional tal como es conocido en la tecnica. Las maquinas de encintado adecuadas incluyen las disponibles en Watson Machine, International, Patterson, NJ, tal como el modelo numero CT-300 Concentric Taping Head. La estacion de sobre-envoltura se situa generalmente en la salida del aparato de trenzado del cable y se aplica a los cables de material compuesto trenzados helicoidalmente previamente a que el cable 10 sea bobinado sobre un carrete de transporte. La cinta 18 se selecciona de modo que mantenga la disposicion trenzada de los alambres de material compuesto elasticamente deformados.

La Fig. 5D ilustra realizaciones de ejemplo alternativas de un cable 34 de material compuesto trenzado con un medio de sujecion en la forma de un aglutinante 24 aplicado al cable trenzado 10 para mantener los alambres (2, 4, 6) de material compuesto en su disposicion trenzada. Los aglutinantes adecuados 24 incluyen composiciones adhesivas sensibles a la presion que comprenden uno o mas de homopolimeros de poli(alfa-olefina), copolimeros, terpolimeros, y tetrapolimeros derivados de monomeros que contienen 6 a 20 atomos de carbono y agentes reticulantes fotoactivos tal como se describe en US-5.112.882 (Babu et al.). El curado por radiacion de estos materiales proporciona peliculas adhesivas que tienen un equilibrio ventajoso de propiedades adhesivas de despegado y rotura.

Alternativamente, el aglutinante 24 comprende materiales termoestables, que incluyen, pero sin limitarse a epoxis. Para algunos aglutinantes, es preferible extrudir o recubrir en otra forma el aglutinante 24 sobre el cable trenzado 10 mientras los alambres salen de la maquina de formacion del cable tal como se ha explicado anteriormente. Alternativamente, el aglutinante 24 puede aplicarse en la forma de un adhesivo suministrado como una cinta de transferencia. En este caso, el aglutinante 24 se aplica a una lamina de transferencia o liberacion (no mostrada). La lamina de liberacion se envuelve alrededor de los alambres de material compuesto del cable trenzado 10. Se retira entonces el soporte, dejando la capa de adhesivo por detras como el aglutinante 24.

En realizaciones adicionales, puede aplicarse opcionalmente un adhesivo 22 o aglutinante 24 alrededor de cada capa individual de alambres de material compuesto (por ejemplo 12, 14, 16 en la Fig. 1B) o entre cualquier capa adecuada de alambres de material compuesto (por ejemplo, 2, 4, 6, 8 en la Fig. 1B) segun se desee.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En una realizacion actualmente preferida, los medios de sujecion no se anaden significativamente al diametro total del cable 10 de material compuesto trenzado. Preferiblemente, el diametro exterior del cable de material compuesto trenzado que incluye el medio de sujecion no es superior a 110% del diametro exterior de la pluralidad de alambres (2, 4, 6, 8) de material compuesto trenzados excluyendo el medio de sujecion, mas preferiblemente no mas del 105%, y con maxima preferencia no mas del 102%.

Se reconocera que los alambres de material compuesto tienen una cantidad significativa de deformacion de curvado elastica cuando se trenzan sobre un equipo de formacion de cables convencional. Esta deformacion de curvado elastica significativa haria que los alambres vuelvan a su forma no trenzada o no curvada cuando no haya un medio de sujecion para el mantenimiento de la disposicion helicoidal de los alambres. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el medio de sujecion se selecciona de modo que mantenga una deformacion de curvado elastica significativa de la pluralidad de los alambres de material compuesto trenzados (por ejemplo 2, 4, 6, 8 en la Fig. 1B).

Adicionalmente, la aplicacion pretendida para el cable trenzado 10 puede sugerir que ciertos medios de sujecion esten mejor adaptados para la aplicacion. Por ejemplo, cuando el cable trenzado 10 se use como un nucleo en un cable de transmision de energia, se seleccionaran o bien el aglutinante 24 o bien la cinta 18 sin un adhesivo 22 de modo que no afecten adversamente al cable de transmision a las temperaturas y otras condiciones experimentadas en esta aplicacion. Cuando se use una cinta adhesiva 18 como el medio de sujecion, tanto el adhesivo 22 como el soporte 20 deberian seleccionarse para ser adecuados para la aplicacion pretendida.

En ciertas realizaciones de ejemplo, los alambres de material compuesto trenzados (por ejemplo 2, 4, 6, 8 en la Fig. 1B) comprenden cada uno una pluralidad de fibras continuas en una matriz tal como se explicara con mas detalle a continuacion. Debido a que los alambres son de compuesto, no adquieren una deformacion plastica durante la operacion de formacion del cable lo que seria posible con alambres ductiles. Por ejemplo, en disposiciones de la tecnica anterior que incluyen alambres ductiles, el proceso convencional de formacion del cable podria llevarse a cabo de modo que deformen plasticamente de modo permanente los alambres de material compuesto en su disposicion helicoidal. La presente divulgacion permite el uso de alambres de material compuesto que pueden proporcionar unas caracteristicas deseadas superiores en comparacion con alambres no de compuesto convencionales. El medio de sujecion permite que el cable de material compuesto trenzado se maneje convenientemente como un articulo final o se maneje convenientemente antes de ser incorporado en un articulo final posterior.

Aunque la presente divulgacion puede ponerse en practica con cualquier alambre de material compuesto adecuado, en ciertas realizaciones de ejemplo, cada uno de los alambres de material compuesto se selecciona para ser un alambre de material compuesto reforzado con fibra que comprende al menos uno de entre una fibra continua de arrastre o una fibra monofilamento continua en una matriz.

Una realizacion preferida para los alambres de material compuesto comprende una pluralidad de fibras continuas en una matriz Una fibra preferida comprende a-AbO3 policristalino. Estas realizaciones preferidas para los alambres de material compuesto tienen preferiblemente una resistencia a la traccion hasta el fallo de al menos el 0,4%, mas preferible al menos el 0,7%. En algunas realizaciones, al menos el 85% (en algunas realizaciones, al menos el 90%, o incluso al menos el 95%) en numero de las fibras en el nucleo de compuesto de matriz metalica son continuas.

Otros alambres de material compuesto que se podrian usar con la presente divulgacion incluyen alambres de vidrio / epoxi; alambres de material compuesto de carburo de silicio / aluminio; alambres de material compuesto de carbono / aluminio; alambres de material compuesto de carbono / epoxi; alambres de carbono / polieter eter cetona (PEEK); alambres de carbono / (co)polimero; y combinaciones de dichos alambres de material compuesto.

Ejemplos de fibras de vidrio adecuadas incluyen A-Glass, B-Glass, C-Glass, D-Glass, S-Glass, AR-Glass, R- Glass, fibra de vidrio y paraglass, tal como es conocido en la tecnica. Pueden usarse tambien otras fibras de vidrio; esta lista no esta limitada, y hay muchos tipos diferentes de fibras de vidrio disponibles comercialmente, por ejemplo, en Coming Glass Company (Coming, NY).

En algunas realizaciones de ejemplo, pueden preferirse las fibras de vidrio continuas. De forma tipica, las fibras continuas de vidrio tienen un diametro medio de fibra en un intervalo de aproximadamente 3 micrometros a aproximadamente 19 micrometros. En algunas realizaciones, las fibras de vidrio tienen una resistencia media a la traccion de al menos 3 GPa, 4 GPa y o incluso al menos 5 GPa. En algunas realizaciones, las fibras de vidrio tienen un modulo en un intervalo de aproximadamente 60 GPa a 95 GPa, o de aproximadamente 60 GPa a aproximadamente 90 GPa.

Ejemplos de fibras ceramicas adecuadas incluyen fibras de oxidos metalicos (por ejemplo, alumina), fibras de nitruro de boro, fibras de carburo de silicio, y combinacion de cualquiera de estas fibras. De forma tipica, las fibras de oxido ceramico son ceramicas cristalinas y/o una mezcla de ceramica cristalina y vidrio (es decir, una fibra puede contener ambas fases de ceramica cristalina y de vidrio). De forma tipica, dichas fibras tienen una longitud del orden de al menos 50 metros, e incluso pueden tener longitudes del orden de kilometros o mas. Tipicamente, las fibras de ceramica continuas tienen un diametro de fibra medio en un intervalo de desde 5 micrometros a aproximadamente 50 micrometros, de aproximadamente 5 micrometros a aproximadamente 25 micrometros, de aproximadamente 8 micrometros a aproximadamente 25 micrometros, o incluso de aproximadamente

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

8 micrometros a aproximadamente 20 micrometros En algunas realizaciones, las fibras de ceramica cristalina tienen una resistencia media a la traccion de al menos 1,4 GPa, al menos 1,7 GPa, al menos 2,1 GPa y/o incluso al menos 2,8 GPa. En algunas realizaciones, las fibras de ceramica cristalina tienen un modulo superior a 70 GPa y aproximadamente no superior a 1000 GPa, o incluso no superior a 420 GPa.

Ejemplos de fibras de ceramica monofilamento adecuadas incluyen las fibras de carburo de silicio. De forma tipica, las fibras de carburo de silicio de monofilamento son cristalinas y/o una mezcla de ceramica cristalina y vidrio (es decir, una fibra puede contener fases tanto de ceramica cristalina como de vidrio). De forma tipica, dichas fibras tienen una longitud del orden de al menos 50 metros, e incluso pueden tener longitudes del orden de kilometros o mas. De forma tipica, las fibras continuas de carburo de silicio de monofilamento tienen un diametro medio de fibra en un intervalo de aproximadamente 100 micrometros a aproximadamente 250 micrometros. En algunas realizaciones, las fibras de ceramica cristalina tienen una resistencia media a la traccion de al menos 2,8 GPa, al menos 3,5 GPa, al menos 4,2 GPa y/o incluso al menos 6 GPa. En algunas realizaciones, las fibras de ceramica cristalina tienen un modulo superior a 250 GPa y aproximadamente no superior a 500 GPa, o incluso no superior a 430 GPa.

Las fibras de alumina se describen, por ejemplo en US- 4.954.462 (Wood et al.) y 5.185.299 (Wood et al.). En algunas realizaciones, las fibras de alumina son fibras de alumina alfa policristalina y que comprenden, en base a un oxido teorico, mas del 99 por ciento en peso de AbO3 y el 0,2-0,5 por ciento en peso de SiO2, en base al peso total de las fibras de alumina. En otro aspecto, algunas fibras de alfa-alumina policristalina deseable comprenden alfa alumina que tiene un tamano de grano medio de menos de un micrometro (o incluso, en algunas realizaciones, menor de 0,5 micrometros). En otro aspecto, en algunas realizaciones, las fibras policristalinas de alumina alfa tienen una resistencia media a la traccion de al menos 1,6 GPa (en algunas realizaciones, al menos 2,1 GPa, o incluso, al menos 2,8 GPa). Fibras de alfa alumina se comercializan con el nombre comercial de “NEXTEL 610” (3M Company, St. Paul, MN).

Las fibras de aluminosilicato se describen, por ejemplo, en US-4.047.965 (Karst et al.). Las fibras de aluminosilicato las comercializa 3M Company of St. Paul, MN, EE. UU., con los nombres comerciales “NEXTEL 440”, “NEXTEL 550”, y “NEXTEL 720”. Las fibras de aluminoborosilicato se describen, por ejemplo, en US-3.795.524 (Sowman). Las fibras de aluminoborosilicato ilustrativas las comercializa 3M Company con el nombre comercial “NEXTEL 312”. Las fibras de nitruro de boro pueden fabricarse, por ejemplo, tal como se describe en US-3.429.722 (Economy) y 5.780.154 (Okano et al.). Las fibras de carburo de silicio ilustrativas las comercializa, por ejemplo, COI Ceramics, San Diego, CA, EE. UU, con el nombre comercial “NICALON” en estopas de 500 fibras; Ube Industries, Japon, con el nombre comercial “TYRANNO”; y Dow Corning, Midland, MI, EE. UU., con el nombre comercial “SYLRAMIC”.

Las fibras de carbono adecuadas incluyen fibras de carbono disponibles comercialmente tales como las fibras denominadas como PANEX® y PYRoN® (disponibles en ZOLtEk, Bridgeton, MO), THORNEL (disponible en CYTEC Industries, Inc., West Paterson, NJ), HEXTOW (disponible en HEXCEL, Inc., Southbury, CT), y TORAYCA (disponible en TORAY Industries, Ltd. Tokio, Japon). Dichas fibras de carbono pueden derivarse de un precursor de poliacrilonitrilo (PAN). Otras fibras de carbono adecuadas incluyen PAN-IM, PAN-HM, PAN UHM, PITCH o sus productos del rayon, tal como es conocido en la tecnica.

Fibras adicionales comercialmente adecuadas comercialmente disponibles incluyen ALTEX (disponible en Sumitomo Chemical Company, Osaka, Japon), y ALCEN (disponible en Nitivy Company, Ltd., Tokio, Japon).

Las fibras adecuadas incluye tambien aleaciones con memoria de forma (es decir, una aleacion metalica que se somete a una transformacion martensitica de modo que la aleacion metalica sea deformable mediante un mecanismo de maclaje por debajo de la temperatura de transformacion, en donde dicha deformacion es reversible cuando la estructura maclada se invierte a la fase original tras el calentamiento por encima de la temperatura de transformacion). Fibras de aleacion con memoria de forma comercialmente disponibles, pueden obtenerse, por ejemplo, en Johnson Matthey Company (West Whiteland, PA).

En algunas realizaciones las fibras ceramicas estan en estopas. Las estopas son conocidas en la tecnica de la fibra y se refieren a una pluralidad de fibras (individuales) (de forma tipica, al menos 100 fibras, de forma mas tipica, al menos 400 fibras) recogidas en forma de mecha. En algunas realizaciones, las estopas comprenden al menos 780 fibras individuales por estopa, en algunos casos al menos 2600 fibras individuales por estopa, y en otros casos al menos 5200 fibras individuales por estopa. Las estopas de fibra ceramica estan disponibles generalmente en una variedad de longitudes, incluidas 300 metros, 500 metros, 750 metros, 1000 metros, 1500 metros, 2500 metros, 5000 metros, 7500 metros, y mas largas. Las fibras pueden tener una forma de seccion transversal que sea circular o eliptica.

Las fibras comercialmente disponibles pueden incluir tipicamente un material de encolado organico anadido a la fibra durante la fabricacion para proporcionar lubricacion y para proteger los hilos de fibra durante el manejo. El encolado puede eliminarse, por ejemplo, disolviendo o quemando el encolado para separarlo de las fibras. De forma tipica, es deseable eliminar el encolado antes de formar alambres de material compuesto de matriz metalica. Las fibras pueden tener recubrimientos usados, por ejemplo, para mejorar la humectabilidad de las fibras, para reducir o prevenir la reaccion entre las fibras y el material de la matriz metalica fundido. Dichos revestimientos y tecnicas para proporcionar dichos revestimientos son conocidos en la tecnica de las fibras y del material compuesto.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En realizaciones de ejemplo adicionales, cada uno de los alambres de material compuesto se selecciona de entre un alambre de material compuesto de matriz metalica y un alambre de material compuesto de polimero. Los alambres de material compuesto adecuados se desvelan, por ejemplo en US-6.180.232; US-6.245.425; US- 6.329.056; US-6.336.495; US-6.344.270; US-6.447.927; US-6.460.597; US-6.544.645; US-6.559.385. US- 6.723.451; y US-7.093.416.

Un alambre de material compuesto de matriz metalica reforzado con fibra actualmente preferido es un alambre de material compuesto de matriz de aluminio reforzado con fibra ceramica. Los alambres de material compuesto de matriz de aluminio reforzados con fibra ceramica comprenden preferiblemente fibras continuas de a-Al2C>3 policristalino encapsulado dentro de una matriz de, o bien aluminio elemental sustancialmente puro o bien una aleacion de aluminio puro con hasta aproximadamente el 2% en peso de cobre, en base al peso total de la matriz. Las fibras preferidas comprenden granos equidimensionales de menos de aproximadamente 100 nm de tamano, y un diametro de fibra en el intervalo de aproximadamente 1-50 micrometros. Se prefiere un diametro de fibra en el intervalo de aproximadamente 5-25 micrometros siendo mas preferido un intervalo de aproximadamente 5-15 micrometros.

Los alambres de material compuesto reforzados con fibra de la presente divulgacion tienen una densidad de fibra de entre aproximadamente 3,90-3,95 gramos por centimetro cubico. Entre las fibras preferidas estan las descritas en US-4.954.462 (Wood et al.). Las fibras preferidas estan disponibles comercialmente bajo el nombre comercial de “NEXTEL 610” fibras basadas en alfa alumina (disponibles en 3M Company, St. Paul, MN). La matriz de encapsulado se selecciona para que sea tal que no reaccione quimicamente de modo significativo con el material de la fibra (es decir, sea relativamente inerte quimicamente con respecto al material de la fibra, eliminando de ese modo la necesidad de proporcionar un recubrimiento protector sobre la fibra exterior.

En ciertas realizaciones actualmente preferidas de un alambre de material compuesto, el uso de una matriz que comprende o bien sustancialmente aluminio elemental puro o bien una aleacion de aluminio elemental

con hasta aproximadamente el 2% en peso de cobre, en base al peso total de la matriz, se ha demostrado que produce alambres exitosos. En la presente memoria las expresiones “aluminio elemental sustancialmente puro”, “aluminio puro” y “aluminio elemental” son intercambiables y se pretende que indiquen aluminio que contiene menos de aproximadamente el 0,05% en peso de impurezas.

En una realizacion actualmente preferida, los alambres de material compuesto comprenden entre el 30-70% en volumen de fibras de a-A^Os policristalino, en base al volumen total del alambre de material compuesto, dentro de una matriz de aluminio sustancialmente elemental. Se prefiere actualmente que la matriz contenga menos de aproximadamente el 0,03% en peso de hierro, y con maxima preferencia menos de aproximadamente el 0,01% en peso de hierro, en base al peso total de la matriz. Se prefiere un contenido de fibra de entre aproximadamente el 40-60% de fibra de a-Al2O3 policristalino. Dichos alambres de material compuesto, formados con una matriz que tiene un modulo de elasticidad de menos de aproximadamente 20 MPa y fibras que tienen una resistencia a la traccion longitudinal de al menos aproximadamente 2,8 GPa se ha descubierto que tienen excelentes caracteristicas de resistencia.

La matriz tambien puede formarse a partir de una aleacion de aluminio elemental con hasta aproximadamente el 2% en peso de cobre, en base al peso total de la matriz. Como en la realizacion en la que se usa una matriz de aluminio elemental sustancialmente puro, alambres de material compuesto que tengan una matriz de aleacion de aluminio/cobre comprenden preferiblemente entre aproximadamente el 30-70% en volumen de fibras de a-Al2O3 policristalino, y mas preferiblemente por lo tanto aproximadamente el 40-60% en volumen de fibras de a-A^Oa policristalino, en base al volumen total del compuesto. Ademas, preferiblemente la matriz contiene menos de aproximadamente el 0,03% en peso de hierro, y con maxima preferencia menos de aproximadamente el 0,01% en peso de hierro en base al peso total de la matriz. La matriz de aluminio/cobre tiene preferiblemente un modulo de elasticidad de menos de aproximadamente 90 MPa, y, como anteriormente, las fibras de a-Al2O3 policristalino tienen una resistencia a la traccion longitudinal de al menos aproximadamente 2,8 GPa.

Los alambres de material compuesto se forman preferiblemente a partir de fibras sustancialmente continuas de a-Al2O3 policristalino contenidas dentro de una matriz de aluminio elemental sustancialmente puro o la matriz formada a partir de la aleacion de aluminio elemental y hasta aproximadamente el 2% en peso de cobre descrita anteriormente. Dichos alambres se fabrican generalmente mediante un proceso en el que se pasa un carrete de fibras sustancialmente continuas de a- Al2O3 policristalino, dispuestas en una estopa de fibras, a traves de un bano del material de matriz fundido. El segmento resultante se solidifica a continuacion, proporcionando de ese modo fibras encapsuladas dentro de la matriz.

Materiales de matriz metalica de ejemplo incluyen el aluminio, por ejemplo, aluminio elemental de alta pureza (por ejemplo, superior al 99,95%), cinc, estano, magnesio, y aleaciones de los mismos (por ejemplo, una aleacion de aluminio y cobre). Tipicamente, el material de la matriz se selecciona de modo que el material de la matriz no reaccione quimicamente de modo significativo con la fibra (es decir sea relativamente inerte quimicamente con respecto al material de la fibra), por ejemplo, para eliminar la necesidad de proporcionar un recubrimiento protector sobre la fibra exterior. En algunas realizaciones, el material de matriz incluye, deseablemente, aluminio y sus aleaciones.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En algunas realizaciones, la matriz metalica comprende al menos un 98 por ciento en peso de aluminio, al menos un 99 por ciento en peso de aluminio, mas de un 99,9 por ciento en peso de aluminio, o incluso mas de un 99,95 por ciento en peso de aluminio. Las aleaciones de aluminio ilustrativas de aluminio y cobre comprenden, al menos, un 98 por ciento en peso de A1 y hasta un 2 por ciento en peso de Cu. En algunas realizaciones, las aleaciones utiles son aleaciones de aluminio de serie 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 y/u 8000 (designaciones de la Aluminum Association de EE. UU.). Aunque los metales con mayor pureza tienden a ser deseables para la fabricacion de alambres con mayor resistencia a la traccion, tambien son utiles los metales con formas menos puras.

Existen metales adecuados que pueden obtenerse comercialmente. Por ejemplo, el aluminio esta disponible bajo la designacion comercial de “SUPER PURE ALUMINUM; 99.99% Al” en Alcoa de Pittsburgh, PA, las aleaciones de aluminio (por ejemplo, Al-2% en peso de Cu [0,03% en peso de impurezas]) pueden obtenerse, por ejemplo, en Belmont Metals, Nueva York, NY. El cinc y el estano estan disponibles, por ejemplo, en Metal Services, St. Paul, MN (“cinc puro”; 99,999% de pureza y “estano puro”; 99,95% de pureza). Por ejemplo, Magnesium Elektron, Manchester, Inglaterra, comercializa magnesio con el nombre comercial “PURE”. Las aleaciones de magnesio (por ejemplo, WE43A, EZ33A, AZ81A, y ZE41A) pueden obtenerse, por ejemplo, en TIMET, Denver, CO, EE. UU.

Los alambres de material compuesto de matriz metalica comprenden tipicamente al menos el 15 por ciento en volumen (en algunas realizaciones, al menos 20, 25, 30, 35, 40, 45, o incluso 50 por ciento en volumen) de fibras, en base al volumen combinado total de las fibras y el material de la matriz. De forma mas tipica, los nucleos y alambres de material compuesto comprenden un intervalo del 40 al 75 (en algunas realizaciones, del 45 al 70) por ciento en volumen de fibras, basado en el volumen total combinado del material de las fibras y de la matriz.

Los alambres de material compuesto de matriz metalica pueden fabricarse usando tecnicas conocidas en la tecnica. El alambre de material compuesto de matriz metalica continua puede fabricarse, por ejemplo, mediante procesos de infiltracion de matriz metalica continua. Se describe un proceso adecuado, por ejemplo, en US- 6.485.796 (Carpenter et al.). Los alambres que comprenden polimeros y fibra pueden fabricarse mediante procesos de estirado por extrusion que son conocidos en la tecnica.

En realizaciones de ejemplo adicionales, los alambres de material compuesto se seleccionan para incluir alambres de material compuesto de polimero. Los alambres de material compuesto de polimero comprenden al menos una fibra continua en una matriz de polimero. En algunas realizaciones de ejemplo, la al menos una fibra continua comprende metal, carbono, ceramica, vidrio, y combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones actualmente preferidas, la al menos una fibra continua comprende titanio, tungsteno, boro, aleaciones con memoria de forma, nanotubos de carbono, grafito, carburo de silicio, boro, aramida, poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol)3, y combinaciones de los mismos. En realizaciones adicionales actualmente preferidas, la matriz de polimero comprende un (co)polimero seleccionado de entre un epoxi, un ester, un ester de vinilo, una poliimida, un poliester, un ester de cianato, una resina fenolica, una resina bis-maleimida, y combinaciones de los mismos.

Son conocidos en la tecnica, alambres metalicos ductiles para trenzado alrededor de un nucleo de material compuesto para proporcionar un cable de material compuesto, por ejemplo un cable de transmision de energia electrica segun ciertas realizaciones de la presente divulgacion. Los metales ductiles preferidos incluyen hierro, acero, circonio, cobre, estano, cadmio, aluminio, manganeso y cinc; sus aleaciones con otros metales y/o silicio; y similares. Los alambres de cobre estan disponibles comercialmente, por ejemplo, en Southwire Company, Carrolton, GA. Los alambres de aluminio estan disponibles comercialmente, por ejemplo, en Nexans, Weybum, Canada o Southwire Company, Carrolton, GA bajo los nombres comerciales de “1350-H19 ALUMINUM” y “1350-H0 ALUMINUM”.

Tipicamente, los alambres de cobre tienen un coeficiente de expansion termica en un intervalo de desde 12 ppm/0C a aproximadamente 18 ppm/0C sobre al menos un intervalo de temperatura de desde 20 0C a aproximadamente 800 0C. Alambres de aleacion de cobre (por ejemplo bronces de cobre Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu- Sn-X, Cu-Cd; en las que X = Fe, Mn, Zn, Sn y/o Si; comercialmente disponibles, por ejemplo en Southwire Company, Carrolton, GA.; cobre reforzado por dispersion de oxido, por ejemplo, en OMG Americas Corporation, Research Triangle Park, NC, bajo el nombre “GLIDCOP”). En algunas realizaciones, los alambres de aleacion de cobre tienen un coeficiente de expansion termica en un intervalo de aproximadamente 10 ppm/0C a aproximadamente 25 ppm/0C en un intervalo de temperatura de al menos aproximadamente 20 0C a aproximadamente 800 0C. Los alambres pueden tener varias formas (por ejemplo, circular, eliptica y trapezoidal).

Tipicamente, el alambre de aluminio tiene un coeficiente de expansion termica en un intervalo de desde aproximadamente 20 ppm/0C a aproximadamente 25 ppm/0C sobre al menos un intervalo de temperaturas desde aproximadamente 20 0C a aproximadamente 500 0C. En algunas realizaciones, los alambres de aluminio (por ejemplo, “1350.-H19 ALUMINUM”) tienen una resistencia a la rotura por traccion, de al menos 138 MPa (20 ksi), al menos 158 MPa (23 ksi), al menos 172 MPa (25 ksi) o al menos 186 MPa (27 ksi) o al menos 200 MPa (29 ksi). En algunas realizaciones, los alambres de aluminio (por ejemplo, “1350-H0 ALUMINUM”) tienen una resistencia a la traccion superior a 41 MPa (6 ksi) hasta no superior a 97 MPa (14 ksi), o incluso no superior a 83 MPa (12 ksi).

Hay disponibles comercialmente alambres de aleacion de aluminio, por ejemplo, alambres de aleacion de aluminio-circonio comercializados bajo los nombres comerciales “ZTAL”, “XTAL”, y “KTAL” (disponibles en

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Sumitomo Electric Industries, Osaka, Japon), o “6201” (disponible en Southwire Company, Carrolton, GA). En algunas realizaciones, los alambres de aleacion de aluminio tienen un coeficiente de expansion termica en un intervalo de desde aproximadamente 20 ppm/0C a aproximadamente 25 ppm/0C sobre al menos un intervalo de temperatura de desde aproximadamente 20 0C a aproximadamente 500 0C.

La presente divulgacion se lleva acabo preferiblemente de modo que proporcione cables trenzados muy largos. Es preferible tambien que los alambres de material compuesto dentro del cable trenzado 10 en si sean continuos a todo lo largo de la longitud del cable trenzado. En una realizacion preferida, los alambres de material compuesto son sustancialmente continuos y de al menos 150 metros de largo. Mas preferiblemente, los alambres de material compuesto son continuos y de al menos 250 metros de largo, mas preferiblemente de al menos 500 metros, aun mas preferiblemente de al menos 750 metros, y con maxima preferencia al menos 1000 metros de largo en el cable trenzado 10.

En un aspecto adicional, la divulgacion proporciona un metodo de fabricacion de los cables de material compuesto trenzados descritos anteriormente, comprendiendo el metodo el trenzado de una primera pluralidad de alambres de material compuesto alrededor de un unico alambre que define un eje longitudinal central, en donde el trenzado de una primera pluralidad de alambres de material compuesto se lleva a cabo en una primera direccion de disposicion en un primer angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, y en donde la primera pluralidad de alambres de material compuesto tiene una primera longitud de disposicion; y el trenzado de una segunda pluralidad de alambres de material compuesto alrededor de la primera pluralidad de alambres de material compuesto, en donde el trenzado de la segunda pluralidad de alambres de material compuesto se lleva a cabo en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de disposicion definido con relacion al eje longitudinal central, en donde la segunda pluralidad de alambres de material compuesto tiene una segunda longitud de disposicion, y adicionalmente en donde una diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion y el segundo angulo de disposicion no es superior a 4°. En una realizacion actualmente preferida, el metodo comprende adicionalmente el trenzado de una pluralidad de alambres ductiles alrededor de los alambres de material compuesto.

Los alambres de material compuesto pueden trenzarse o bobinarse helicoidalmente como es conocido en la tecnica sobre cualquier equipo de trenzado de cables adecuado, tal como trenzadoras de cable planetarias disponibles en Cortinovis, Spa, de Bergamo, Italia, y de Watson Machinery International, de Patterson, NJ. En algunas realizaciones, puede ser ventajoso emplear una trenzadora rigida tal como es conocido en la tecnica

Aunque puede usarse cualquier alambre de material compuesto del tamano adecuado, se prefiere para muchas realizaciones y muchas aplicaciones que los alambres de material compuesto tengan un diametro desde 1 mm a 4 mm, sin embargo, pueden usarse alambres de material compuesto mayores o mas pequenos;

En una realizacion preferida, el cable de material compuesto trenzado incluye una pluralidad de alambres de material compuesto trenzados que se trenzan helicoidalmente en una direccion de disposicion para tener un factor de disposicion de 10 a 150. El “factor de disposicion” de un cable trenzado se determina mediante la division de la longitud del cable trenzado en la que un unico alambre 12 completa una revolucion helicoidal por el exterior nominal del diametro de la capa que incluye ese trenzado.

Durante el proceso de trenzado del cable, el alambre central, o el cable de material compuesto trenzado sin acabar intermedio que tiene una o mas capas adicionales bobinadas alrededor de el, es extraido a traves del centro de los diversos portadores, en el que cada portador anade una capa al cable trenzado. Los alambres individuales a ser anadidos como una capa se extraen simultaneamente de sus bobinas respectivas mientras se giran alrededor del eje central del cable por el portador accionado por motor. Esto se hace de forma secuencial para cada capa deseada. El resultado es un nucleo trenzado helicoidalmente. Opcionalmente, puede aplicarse un medio de sujecion, tal como una cinta, por ejemplo, al nucleo de material compuesto trenzado resultante para ayudar a contener juntos los alambres trenzados.

Un aparato 80 de ejemplo para la fabricacion de cables de material compuesto trenzados segun las realizaciones de la presente divulgacion se muestra en la Fig. 6. En general, los cables de material compuesto trenzados segun la presente divulgacion pueden fabricarse mediante alambres de material compuesto trenzados alrededor de un unico alambre en la misma direccion de disposicion, tal como se ha descrito anteriormente. El alambre unico puede comprender un alambre de material compuesto o un alambre ductil. Se forman al menos dos capas de alambres de material compuesto mediante el trenzado de alambres de material compuesto alrededor del unico alambre del nucleo. Por ejemplo, 19 o 37 alambres formados en al menos dos capas alrededor de un unico alambre central, tal como se muestra en la Fig. 1B.

Se proporciona un carrete de alambre 81 en la cabecera de la maquina 80 de trenzado planetaria convencional, en donde el carrete 81 es libre de girar, con una tension capaz de ser aplicada a traves de un sistema de frenado en el que la tension puede aplicarse al nucleo durante la entrega (en algunas realizaciones, en el intervalo de 091 kg [0-200 libras]). El alambre unico 90 se enrosca traves de portadores 82, 83 de bobina, a traves de matrices 84, 85 de cierre, alrededor de ruedas 86 de cabrestante y fijadas al carrete receptor 87.

Previamente a la aplicacion de las capas de trenzado exterior, se proporcionan alambres de material compuesto individuales sobre bobinas separadas 88 que se colocan en un numero de portadores 82, 83 accionados por motor del equipo de trenzado. En algunas realizaciones, el intervalo de tension requerida para tirar del cable 89A, 89B de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

las bobinas 88 es tipicamente 4,5-22,7 kg (10-50 libras). Tipicamente, hay un portador para cada capa de cable de material compuesto trenzado acabado. Los alambres 89A, 89B de cada capa se llevan juntos a la salida de cada portador en una matriz 84, 85 de cierre y se disponen sobre el alambre central o sobre la capa precedente.

Las capas de alambres de material compuesto que comprenden el cable de material compuesto se trenzan helicoidalmente en la misma direccion tal como se ha descrito anteriormente. Durante el proceso de trenzado del cable de material compuesto, el alambre central, o el cable de material compuesto trenzado sin acabar intermedio que puede tener una o mas capas adicionales bobinadas alrededor de el, se extrae a traves del centro de los diversos portadores, anadiendo cada portador una capa al cable trenzado. Los alambres individuales a ser anadidos sobre una capa se extraen simultaneamente desde sus bobinas respectivas mientras se giran alrededor del eje central del cable por el portador accionado por motor. Esto se hace de forma secuencial para cada capa deseada. El resultado es un cable 91 de material compuesto trenzado helicoidalmente que puede cortarse y manejarse convenientemente sin perdida de forma o sin deshacerse.

En algunas realizaciones de ejemplo, los cables de material compuesto trenzados comprenden alambres de material compuesto trenzados que tienen una longitud de al menos 100 metros, al menos 200 metros, al menos 300 metros, al menos 400 metros, al menos 500 metros, al menos 1000 metros, al menos 2000 metros, al menos 3000 metros, o incluso al menos 4500 metros o mas.

La capacidad de manejar el cable trenzado es una caracteristica deseable. Sin pretender imponer ninguna teoria, el cable mantiene su disposicion de trenzado helicoidal porque durante la fabricacion, los alambres metalicos se someten a tensiones, incluidas las tensiones de flexion, por encima de la tension de fluencia del material del alambre, pero por debajo de la tension de rotura o fallo. Esta tension se imparte cuando el alambre se bobina helicoidalmente alrededor del radio relativamente pequeno de la capa precedente o del alambre central. Se imparten tensiones adicionales en las matrices 84, 85 de cierre que aplican al cable fuerza radial y fuerza transversal durante la fabricacion. Los alambres, por lo tanto, se deforman plasticamente y mantienen su forma helicoidalmente trenzada.

El material del alambre central unico y de los alambres de material compuesto para una capa dada se lleva a un contacto intimo mediante las matrices de cierre. En referencia a la Fig. 6, las matrices 84, 85 de cierre se dimensionan tipicamente para minimizar las tensiones de deformacion sobre los alambres de la capa que esta siendo bobinada. El diametro interno de la matriz de cierre se adapta al tamano del diametro de la capa externa. Para minimizar las tensiones en los alambres de la capa, la matriz de cierre tiene una dimension que se encuentra en el intervalo de 0-2,0% mas grande con respecto al diametro externo del cable, (es decir, los diametros interiores de la matriz se encuentran en el intervalo de 1,00 a 1,02 veces el diametro del cable exterior). Las matrices de cierre de ejemplo son cilindros, y se mantienen en su posicion, por ejemplo, usando pernos u otras fijaciones adecuadas. Las matrices pueden hacerse, por ejemplo, de acero endurecido para herramientas.

El cable de material compuesto trenzado acabado resultante puede pasar a traves de otras estaciones de trenzado, si se desea, y finalmente bobinarse sobre un carrete 87 de recepcion de diametro suficiente para evitar danos al cable. En algunas realizaciones, pueden ser deseables los procedimientos conocidos en la tecnica para enderezar el cable. Por ejemplo, el cable terminado puede pasarse a traves de un dispositivo enderezador compuesto por rodillos (cada rodillo midiendo, por ejemplo, 10-15 cm [4-6 pulgadas], estando linealmente dispuesto en dos bancos, con, por ejemplo, 5-9 rodillos en cada banco. La distancia entre los dos bancos de rodillos puede variar de forma que los rodillos incidan justo en el cable o causen una flexion importante del cable. Los dos bancos de rodillos se colocan en los lados opuestos del cable, con los rodillos de un banco en correspondencia con los espacios creados por los rodillos opuestos del otro banco. Por lo tanto, los dos bancos pueden desplazarse entre si. Mientras el cable pasa a traves del dispositivo enderezador, el cable se flexiona hacia atras y hacia adelante sobre los rodillos, permitiendo que los hilos se estiren en el conductor hasta tener la misma longitud, reduciendo o eliminando con ello hilos holgados.

En algunas realizaciones, puede ser deseable proporcionar el alambre central unico a una temperatura elevada (por ejemplo, al menos 25 0C, 50 0C, 75 0C, 100 0C, 125 0C, 150 0C, 200 0C, 250 0C, 300 0C, 400 0C, o incluso, en algunas realizaciones, al menos 500 0C) por encima de la temperatura ambiente (por ejemplo, 22 0C). El alambre central unico puede llevarse a la temperatura deseada, por ejemplo, mediante calentamiento del alambre enrollado (por ejemplo, en un horno durante varias horas). El alambre enrollado calentado se coloca sobre el carrete de entrega (vease, por ejemplo, el carrete 81 de entrega en la Fig. 6) de una maquina trenzadora. Deseablemente, el carrete a la temperatura elevada esta en el proceso de trenzado mientras el alambre esta en o cerca de la temperatura deseada (tipicamente durante aproximadamente 2 horas).

Adicionalmente puede ser deseable, para los alambres de material compuestos sobre los carretes de entrega que forman las capas exteriores del cable, estar a la temperatura ambiente. Esto es, en algunas realizaciones, puede ser deseable tener una temperatura diferencial entre el alambre unico y los alambres de material compuesto que forman las capas de compuesto exteriores durante el proceso de trenzado. En algunas realizaciones, puede ser deseable conducir el trenzado con una unica tension de alambre de al menos 0,1 kN, 2 kN, 5 kN, 10 kN (100 kg, 200 kg, 500 kg, 1000 kg), o incluso de al menos 49 kN (5000 kg).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Los cables trenzados de la presente divulgacion son utiles en numerosas aplicaciones. Dichos cables trenzados se cree que son particularmente deseables para su uso en cables de transmision de energfa electrica, que pueden incluir cables de transmision de energfa electrica aereos y subterraneos, debido a su combinacion de bajo peso, elevada resistencia, buena conductividad electrica, bajo coeficiente de expansion termica, altas temperaturas de uso, y resistencia a la corrosion.

La Fig. 7 es una vista del extremo de la seccion transversal de un cable 80 de material compuesto trenzado helicoidalmente que incluye una o mas capas que comprenden una pluralidad de alambres ductiles (28, 28’) trenzados alrededor de un nucleo 32’ (Fig. 5C) que comprende alambres (2, 4, 6, 8) de material compuesto trenzados helicoidalmente trenzados en la misma direccion de disposicion y mantenidos en su sitio mediante un medio de sujecion tal como una cinta 18 envuelta alrededor de al menos la segunda capa de los alambres 16 de material compuesto trenzados segun otra realizacion de ejemplo de la presente divulgacion.

Dicho cable de material compuesto trenzado helicoidalmente es particularmente util como un cable de transmision de energfa electrica. Cuando se usa como un cable de transmision de energfa electrica, los alambres ductiles (28, 28’) actuan como los conductores electricos, es decir los conductores de alambre ductil. Tal como se ha ilustrado, el cable de transmision de energfa electrica puede incluir dos capas de alambres (28, 28’) conductores ductiles. Pueden usarse segun se desee mas capas de alambres conductores (no mostrados en la Fig. 7). Preferiblemente, cada capa conductora comprende una pluralidad de alambres conductores (28, 28’) como es conocido en la tecnica. Los materiales adecuados para los alambres (28, 28’) conductores ductiles incluyen el aluminio y aleaciones de aluminio Los alambres (28, 28’) conductores ductiles pueden trenzarse alrededor del nucleo de material compuesto trenzado (por ejemplo 32’) mediante el equipo de trenzado de cables adecuado como es conocido en la tecnica (vease, por ejemplo, la Fig. 6).

El porcentaje en peso de los alambres de material compuesto dentro del cable de transmision de energfa electrica dependera del diseno de la lfnea de transmision. En el cable de transmision de energfa electrica, los alambres conductores de aluminio o aleacion de aluminio pueden ser cualquiera de los diversos materiales conocidos en la tecnica de transmision de energfa en aire, incluidos, pero sin limitarse a, 1350 Al (ASTM B609-91), 1350-H19 Al (ASTM B230-89), o 6201 T-81 Al (ASTM B399-92).

Para una descripcion de los cables de transmision de energfa electrica adecuados y los procesos en los que pueden usarse los cables trenzados de la presente divulgacion, vease, por ejemplo, la especificacion estandar para Concentric Lay Stranded Aluminum Conductors, Coated, Steel Reinforced (ACSR) aStM B232-92; o US- 5.171.942 y 5.554.826. Una realizacion preferida del cable de transmision de energfa electrica es un cable de transmision de energfa electrica aereo. En estas aplicaciones, los materiales para el medio de sujecion deberfan seleccionarse para su uso a temperaturas de al menos 100 0C, o 240 0C, o 300 0C, dependiendo de la aplicacion. Por ejemplo, el medio de sujecion no deberfa corroer la capa conductora de aluminio, o expulsar gases no deseables, o perjudicar en otra forma al cable de transmision a las temperaturas anticipadas durante el uso.

En otras aplicaciones, en las que se ha de usar el cable trenzado como un artfculo final en sf, o en las que se ha de usar como un artfculo intermedio o componente en un artfculo posterior diferente, se prefiere que el cable trenzado este libre de capas conductoras de energfa electrica alrededor de la pluralidad de alambres de material compuesto.

La operacion de la presente divulgacion se describira adicionalmente con relacion a los siguientes ejemplos detallados. Estos ejemplos se ofrecen para ilustrar adicionalmente las diversas realizaciones y tecnicas especfficas y preferidas. Deberfa entenderse, sin embargo, que se pueden realizar muchas variaciones y modificaciones mientras se permanece dentro del alcance de la presente divulgacion.

Ejemplos

Ejemplo 1

Para este ejemplo, el material de partida consistio en longitudes de 3,7 m (12 pies) cortadas de un carrete de produccion normal de cable 3M ACCR de compuesto de matriz de aluminio (AMC) (tipo 795-T16, disponible en 3M Company, St. Paul, MN). Esta construccion comprendfa un nucleo que contenfa 19 alambres AMC (producidos por 3M Company, St. Paul, MN) que tenfan un diametro de 2,13 mm (0,084 pulgadas), rodeado por 26 alambres metalicos de Al-Zr (aluminio-circonio) extrafdos de una barra de Al-Zr (producidos por Lamifil, Inc., Hemiksem, Belgica) y que tenfan un diametro de 4,45 mm (0,175 pulgadas). La construccion basica de este cable se muestra en la Fig. 4B.

Para construir una muestra de ensayo del cable de material compuesto segun las realizaciones de la presente divulgacion, la longitud de partida de 3,7 m (12 pies) del cable de produccion normal se desmonto primero en sus alambres constitutivos, teniendo cuidado de evitar alterar la forma helicoidal existente de los alambres de Al-Zr. A continuacion, se construyeron las dos capas helicoidales del nucleo en la longitud y orientacion de disposicion deseadas usando una herramienta de sobremesa simple. Para cada capa, los alambres se aseguraron primero en un extremo de una cubierta de manivela de mano y entonces se roscaron a traves de una placa de gufa con forma de “roseta” para dispersar los alambres de material compuesto individuales en una disposicion adecuada para el trenzado.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

En etapas de cuarto de vuelta, la manivela se giro simultaneamente por un operador, mientras que otro operador movia la guia de alambres a lo largo de la mesa siguiendo intervalos de cuartos de longitud de disposicion marcados.

Despues de que se completo esta operacion para la capa del nucleo interior, su extremo libre se encinto temporalmente para mantenerla en su sitio, y el proceso se repitio para la capa del nucleo exterior. El nucleo de 19 hilos trenzados se envolvio a continuacion con cinta de lamina metalica/tela de vidrio tipo 363 (disponible en 3M Company, St. Paul, MN) que tenia un grosor de 182,5 micrometros (7,3 milesimas) y ancho de 1.9 cm (% de pulgada) para proporcionar un nucleo de material compuesto encintado acabado.

Partiendo del nucleo de alambre de material compuesto envuelto con cinta acabado, fue relativamente simple volver a trenzar los alambres de Al-Zr en su sitio, uno cada vez, dada su forma helicoidal retenida. Con cuidado, estos cables simplemente se encajaron de vuelta a su posicion, en sus longitudes de disposicion originales y muy proximos al diametro del cable global original. Una vez se completo el montaje, los extremos de una parte central de 3,1 m (10 pies) de largo se aseguran usando cinta de filamento, y el material extra en cada extremo fue recortado usando una sierra de rueda abrasiva.

Usando el metodo anterior, se prepararon un total de 12 muestras experimentales en seis condiciones de trenzado cubriendo longitudes de disposicion y angulos de disposicion variables e incluyendo tanto la direccion de disposicion a mano izquierda (designada “L”) como la direccion de disposicion a mano derecha (designada “R”), tal como se resume en la Tabla 1.

Tabla 1 - Cable trenzado compuesto 10

: Construction del nucleo interior Construccion del nucleo exterior Angulo de cruce

Condition: Muestras Direccion de disposicion Longitud de disposicion Longitud de disposicion Angulo de disposicion Direccion de disposicion Longitud de disposicion Longitud de disposicion Angulo de disposicion Longitud de disposicion relativa



: (pulg.) (cm) (grados) (pulg.) (cm) (grados) (grados)

1: LLO-1, LLO-2 L 16,5 42 -1,84 R 27,4 70 2,21 1,00 4,05

2: LLO-3, LLO-4 L 70 178 -0,43 R 27,4 70 2,21 1,00 2,64

3: LLO-5, LLO-6 R 16,5 42 1,84 R 27,4 70 2,21 1,00 0,37

4: LLO-7, LLO-8 L 19,9 51 -1,52 R 33,2 84 1,83 1,21 3,35

5: LLO-9, LLO-10 L 25,0 64 -1,21 R 41,0 104 1,48 1,50 2,69

6: LLO-11, LLO-12 R 25,0 64 1,21 R 41,0 104 1,48 1,50 0,27

Las seis condiciones de trenzado pueden verse como un diseno aproximadamente ortogonal sobre el angulo de disposicion del nucleo interior y la longitud relativa de disposicion del nucleo exterior, tal como se describe a continuacion. Sin embargo, tal como se muestra al final de la columna de la tabla anterior, ambas de estas variables influyen en el angulo de cruce (es decir, la diferencia relativa entre los angulos de disposicion de las capas interior y exterior adyacentes del alambre trenzado helicoidalmente) entre los alambres del nucleo interior y exterior, lo que puede ser importante para el mecanismo resultante de la resistencia a la traccion del cable de material compuesto mejorado.

Para todas las muestras de cables de material compuesto de ejemplo preparadas, la capa del alambre conductor interior de Al-Zr tiene una direccion de disposicion a mano izquierda en una longitud de disposicion objetivo de 25,4 cm (10,0 pulgadas), y la capa de alambre conductor de Al-Zr exterior tiene una direccion de disposicion a mano derecha en una longitud de disposicion objetivo de 33,0 cm (13,0 pulgadas). Los valores medios medidos para estas capas difieren del objetivo en 1,6 cm (0,65 pulgadas) o menos, correctamente dentro de las especificaciones de trenzado deseadas. Los diametros finales de las muestras de cable conductor variaron desde 28,50 a 28,85 mm (1,122 pulgadas a 1,136 pulgadas), no lejos del diametro original de 28,55 mm (1,124 pulgadas).

Los ensayos de resistencia a la traccion fueron llevados a cabo por Wire Rope Industries (Pointe-Claire, Quebec, Canada) bajo una obligacion por escrito de confidencialidad con 3M Company. La preparacion de la muestra y los metodos de ensayo usados fueron similares a los expuestos en el documento 3M TM505, “Preparation of ACCR Samples Using Resin End Terminations” (Disponible en 3M Company, St. Paul, MN). Un esbozo de este metodo de ensayo se da en los siguientes parrafos.

Primero, se elimino cualquier curvatura en aproximadamente 0,6 m (2 pies) de un extremo de la muestra del cable mediante un cuidadoso “retro curvado” del cable en intervalos estrechos. A una “longitud final” desde este extremo (tipicamente aproximadamente 25 cm [10 pulgadas]), se aplico una abrazadera de manguito a continuacion para impedir cualquier perturbacion de los alambres dentro del lapso del ensayo interior. Se envolvio entonces una gruesa capa de cinta de tela adyacente a esta abrazadera, para servir tanto como sellado como un dispositivo de centrado en el troquel de fundicion de resina. Los extremos de todos los alambres de Al-Zr se dispersaron entonces cuidadosamente (“en forma de escoba”) en una forma conica con un angulo maximo de aproximadamente 30°, y la cinta del nucleo expuesta se retiro para permitir que los alambres del nucleo se dispersaran naturalmente. Si hubiese cualquier residuo de aceite sobre los alambres procedente de sus operaciones previas, los alambres se limpiaran usando acetona, 2-butanona, o un disolvente similar, seguidos por un cuidadoso secado. Si los cables estuviesen ya limpios, esta etapa no seria necesaria.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

El extremo del cable preparado fue situado entonces dentro de un conector de carcasa dividida. Observese que este conector tenfa un orificio ahusado, asf como agujeros disenados para asegurarlo posteriormente dentro de una maquina de ensayo de traccion. Las dos semi-carcasas se apretaron juntas, capturando aproximadamente 2,5 cm (1 pulgada) de envoltura de cinta para formar un sellado libre de fugas. Los alambres de Al-Zr se recortaron hasta un nivel justamente por encima del extremo del conector, pero las longitudes completas de los alambres del nucleo se dejaron intactas.

El conector se monto entonces verticalmente, con la muestra del cable colgando desde la parte inferior. Un lote recien preparado de dos partes de “Wirelock” Socket Compound (Millfield Enterprises Ltd., Newbum, Newcastle- upon-Tyne, Inglaterra) se vertio dentro del conector para llenarlo completamente. Una vez gelificado completamente el compuesto (aproximadamente 15 minutos), se anadio un tubo de extension de carton alrededor de los alambres del nucleo expuestos. A continuacion, se preparo mas compuesto Wirelock, y el tubo de extension tambien se lleno. Despues de permitir que el conjunto curara sin perturbacion durante un mmimo de 45 minutos, se repitieron todas las etapas a continuacion para el otro extremo de la muestra del cable. Se permitieron otras 12 horas para obtener un curado de resina completo previamente al ensayo de traccion.

La muestra de ensayo acabada se monto entonces dentro de la maquina de ensayo de traccion. Esta maquina es capaz de alcanzar la carga de rotura esperada de la muestra a una velocidad controlada, usando o bien una velocidad de cruceta especificada o bien una velocidad de fuerza especificada, y tenfa una celula de carga apropiadamente calibrada. Se tuvo cuidado en asegurar que la muestra se montara con los dos conectores estrechamente alineados a lo largo del eje de la maquina para minimizar las cargas de curvatura. Se retiraron las abrazaderas de manguito de la muestra y se aplico una suave pretension, tfpicamente 4,5-9,0 kN (500-1000 libras). Se verifico la alineacion de la muestra, y los extremos del cable fueron meneados para ayudar a liberar cualquier friccion o doblado.

Despues del cierre de todas las puertas de seguridad alrededor del recinto de ensayo, se llevo a cabo el ensayo de traccion hasta el punto del fallo de la muestra a una velocidad de carga correspondiente a una tasa de tension de muestra verdadera del 1% por minuto. La carga de pico se registro como la resistencia a la traccion de cada muestra de ensayo. Observese que los resultados del ensayo pueden invalidarse si el fallo de la muestra tiene lugar dentro del cono de resina, o si los alambres se han deslizado dentro de la resina, o en el caso de una pobre preparacion de la muestra o un dano extrano en la muestra. En tales casos, los resultados de la muestra no se usaron. Todos los resultados del ensayo de traccion obtenidos para los ejemplos se tabularon en la tabla 2, a continuacion. Observese que, para esta construccion de cable, la resistencia de rotura nominal especificada (RBS) es de 138,49 kN (31.134 librasf [14.134,9 kgf]).

Tabla 2 - Cable de transmision de energia electrica de potencia

Condicion: Muestra Angulo de disposicion del nucleo interior Longitud de disposicion relativa Angulo de cruce Resistencia a la traccion Resistencia a la traccion relativa


: (grados) (grados) (kN)(Iibras) (% RBS)

1: LLO-1 -1,84 1,00 4,05 136 (30600) 98,3%

1: LLO-2 -1,84 1,00 4,05 135 (30400) 97,6%

2: LLO-3 -0,43 1,00 2,64 144 (32400) 104,1%

2: LLO-4 -0,43 1,00 2,64 143 (32200) 103,4%

3: LLO-5 1,84 1,00 0,37 151,7 (34100) 109,5%

3: LLO-6 1,84 1,00 0,37 152 (34200) 109,8%

4: LLO-7 -1,52 1,21 3,35 138 (31000) 99,6%

4: LLO-8 -1,52 1,21 3,35 139 (31300) 100,5%

5: LLO-9 -1,21 1,50 2,69 145 (32700) 105,0%

5: LLO-10 -1,21 1,50 2,69 146 (32900) 105,7%

6: LLO-11 1,21 1,50 0,27 147 (33100) 106,3%

6: LLO-12 1,21 1,50 0,27 151 (34000) 109,2%

La Fig. 8 muestra un trazado del efecto de la diferencia relativa en el angulo de disposicion entre las capas de alambre interior y exterior (angulo de disposicion del nucleo interior), sobre la resistencia a la traccion medida para los cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion. Usando los resultados para las condiciones 1, 2, y 3, la Fig. 8 muestra la respuesta de la resistencia a la traccion a cambios en el angulo de disposicion del nucleo interior. La tendencia es estadfsticamente elevadamente significativa, y se describe mediante un ajuste cuadratico con un coeficiente de determinacion ajustado (R2) de 0,994.

La Fig. 9 muestra un trazado del efecto de la diferencia relativa en la longitud de disposicion entre las capas de alambre exterior e interior (longitud de disposicion del nucleo exterior relativa) sobre la resistencia a la traccion medida para los cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion. De nuevo, la tendencia es estadfsticamente elevadamente significativa, y se describe mediante un ajuste cuadratico con un coeficiente de determinacion ajustado (R2) de 0,975.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Hay un cierto numero de aspectos sorprendentes en la Fig. 9. Primero, el incremento observado en la resistencia a la traccion del cable con un 50% de incremento en la longitud de disposicion relativa (7,4% RBS) es mucho mayor que la que se predeciria por los calculos de la tension de doblado de helice circular original. En consecuencia, la tension de curvado maxima se reduciria desde 0,00052 a 0,00022, traduciendose en una mejora de aproximadamente un 4,5% en la resistencia a la traccion del nucleo de material compuesto en solitario. Dado que el nucleo de material compuesto soporta aproximadamente el 60% del total de la carga del conductor en el fallo, esto predeciria un incremento total en la resistencia del conductor de solo aproximadamente el 2,6%. Adicionalmente, los resultados de la resistencia a la traccion de la Condicion 6 (106,3% y 109,2% RBS) son sorprendentemente no los mas elevados de todos, incluso aunque esta condicion representa la combinacion de las mejores condiciones tanto para el angulo de disposicion del nucleo interior como la longitud de disposicion del nucleo exterior.

Estos aspectos sorprendentes pueden explicarse trazando todos los resultados experimentales en funcion del angulo de cruce. La Fig. 10 muestra un trazado de la diferencia relativa entre los angulos de disposicion de las capas interior y exterior (angulo de cruce de la disposicion exterior/interior) sobre la resistencia a la traccion medida para cables de material compuesto trenzados helicoidalmente de ejemplo de la presente divulgacion. Esta tendencia es estadisticamente elevadamente significativa, y se describe mediante un encaje cuadratico con un coeficiente de determinacion ajustado (R2) de 0,904.

Como se ha demostrado por estos resultados, la resistencia a la traccion de un cable de material compuesto ACCR con un nucleo de 19 alambres puede incrementarse sustancialmente alterando la construccion del nucleo de modo que se minimice el angulo de cruce entre los alambres del nucleo interior y exterior. Las longitudes de disposicion globales mas largas del nucleo proporcionan algun beneficio, principalmente debido a la disminucion asociada del angulo de cruce. Sin embargo, tal como se ensena por la presente divulgacion, el metodo mas simple y mas efectivo para tener una resistencia a la traccion incrementada es invertir la orientacion de la disposicion de capas del nucleo alternas de modo que todas las capas del nucleo tengan la misma orientacion.

Referencias a todo lo largo de la presente especificacion a “una realizacion”, “ciertas realizaciones”, “una o mas realizaciones” o “una realizacion”, tanto si se incluye como si no la expresion “de ejemplo” siguiendo al termino “realizacion”, significa que un rasgo, estructura, material, o caracteristica particular descrita en conexion con la realizacion se incluye en al menos una realizacion de las ciertas realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion. De ese modo, las apariciones de frases tales como “en una o mas realizaciones”, “en ciertas realizaciones”, “en una realizacion” o “en alguna realizacion” en varios lugares a todo lo largo de la presente especificacion no se refieren necesariamente a la misma realizacion de las ciertas realizaciones de ejemplo de la presente divulgacion. Adicionalmente los rasgos, estructuras, materiales o caracteristicas particulares pueden combinarse en cualquier forma adecuada en una o mas realizaciones.

Aunque la especificacion describe en detalle ciertas realizaciones de ejemplo, se apreciara que los expertos en la materia, tras alcanzar una comprension de lo precedente, pueden concebir facilmente alteraciones de, variaciones de, y equivalentes a estas realizaciones. En consecuencia, se deberia entender que la presente divulgacion no ha de estar indebidamente limitada a las realizaciones ilustrativas expuestas en la presente memoria anteriormente. En particular, en la presente memoria, la enumeracion de intervalos numericos mediante puntos extremos se pretende que incluya todos los numeros subsumidos dentro de ese intervalo (por ejemplo 1 a 5 incluye 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, y 5). Ademas, todos los numeros usados en la presente memoria se suponen modificados por el termino “aproximadamente”.

Adicionalmente, todas las publicaciones y patentes referenciadas en la presente memoria se incorporan por referencia en su totalidad en el mismo grado que si se indicara especificamente e individualmente para cada publicacion o patente individual que se incorpora por referencia. Se han descrito varias realizaciones de ejemplo. Estas y otras realizaciones estan dentro del alcance de las reivindicaciones a continuacion.

Claims

10

15

2.

20

3.

25

4.

30

5.

35

6.

40

7.

8.

45

9.

50

10.

55 11.

12.

60

13.

14.

REIVINDICACIONES

Un cable trenzado (10, 10’, 11, 11 ’), que comprende: un alambre unico (1,2) que define un eje (9) longitudinal central;

una primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto trenzados alrededor del unico alambre (1, 2) en una primera direccion de disposicion en un primer angulo de disposicion (a) definido con relacion al eje (9) longitudinal central y que tiene una primera longitud de disposicion (L); y

una segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto trenzados alrededor de la primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de disposicion definido en relacion al eje (9) longitudinal central y que tiene una segunda longitud de disposicion (L’), caracterizado por que una diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion (a) y el segundo angulo de disposicion (p) es superior a 0° y no superior a aproximadamente 4°.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, en donde el alambre unico (1, 2) tiene una seccion transversal tomada en una direccion sustancialmente normal al eje (9) longitudinal central, y en donde una forma de la seccion transversal del alambre unico (1, 2) es circular o eliptica, en donde el alambre unico (1,2) es un alambre (2) de material compuesto.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, en donde cada uno de la primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto y de la segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto se trenza helicoidalmente para tener un factor de disposicion de 10 a 150.

El cable trenzado (10’, 11’) de la reivindicacion 1, que ademas comprende una tercera pluralidad de alambres (8) de material compuesto trenzados alrededor de la segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un tercer angulo de disposicion (y) definido con relacion al eje (9) longitudinal central y que tiene una tercera longitud de disposicion (L’’), en donde una diferencia relativa entre el segundo angulo de disposicion (p) y el tercer angulo de disposicion (y) es no superior a aproximadamente 4°.

El cable trenzado (10’, 11’) de la reivindicacion 4, que ademas comprende una cuarta pluralidad de alambres de material compuesto trenzados alrededor de la tercera pluralidad de alambres (8) de material compuesto en la primera direccion de disposicion en un cuarto angulo de disposicion definido con relacion al eje (9) longitudinal central y que tiene una cuarta longitud de disposicion, en donde una diferencia relativa entre el tercer angulo de disposicion (y) y el cuarto angulo de disposicion es no superior a aproximadamente 4°.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, que ademas comprende una pluralidad de alambres ductiles (28, 28’, 28’’) trenzados alrededor de los alambres de material compuesto.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 6, en donde al menos una parte de la pluralidad de alambres ductiles (28, 28’, 28’’) se trenza en la primera direccion de disposicion.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 6, en donde al menos una parte de la pluralidad de alambres ductiles (28, 28’, 28’’) se trenza en una segunda direccion de disposicion opuesta a la primera direccion de disposicion.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 6, en donde la pluralidad de alambres ductiles (28, 28’, 28’’) se trenza alrededor del eje (9) longitudinal central en una pluralidad de capas radiales que rodean los alambres (4, 6) de material compuesto.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 9, en donde cada capa radial se trenza en una direccion de disposicion opuesta a la de una capa radial adjunta.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, en donde la diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion (a) y el segundo angulo de disposicion (p) es no superior a 3°.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, en donde la diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion (a) y el segundo angulo de disposicion (p) es no superior a 0,5°.

El cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, en donde la primera longitud de disposicion (L) es igual a la segunda longitud de disposicion (L’).

Un metodo de fabricacion del cable trenzado (10, 10’, 11, 11’) de la reivindicacion 1, que comprende:

trenzar la primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto alrededor de un alambre unico (1, 2) que define un eje (9) longitudinal central, en donde el trenzado de la primera pluralidad de alambres (4) de material compuesto se lleva a cabo en una primera direccion de disposicion en un primer angulo de disposicion (a) definido con relacion al eje (9) longitudinal central, y en donde la primera pluralidad de 5 alambres (4) de material compuesto tiene una primera longitud de disposicion (L); y

trenzar una segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto alrededor de la primera pluralidad de alambres de material compuesto, en donde el trenzado de la segunda pluralidad de alambres (6) de material compuesto se lleva a cabo en la primera direccion de disposicion en un segundo angulo de 10 disposicion (p) definido en relacion al eje (9) longitudinal central, y en donde la segunda pluralidad de

alambres (6) de material compuesto tiene una segunda longitud de disposicion (L’),

adicionalmente en donde una diferencia relativa entre el primer angulo de disposicion y el segundo angulo de disposicion (p) es superior a 0° y no superior a 4°.