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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION la société : BRITISH INSULATED CALLENDER'S CABLES LIMITED " Perfectionnements relatifs au traitement par la chaleur des recouvrements isolants de fils électriques et decâbles et d'autres matériaux.
Priorité d'une demande de brevet déposée en Grande-Bretagne le 18 avril 1942 aux noms de G.H. Walton, J.C. Quayle et P. Jones.et la société : British Insulated Câbles Limited.
Une méthode a été proposée pour le traitement par la chaleur des recouvrements des fils et câbles électriques, dans laquelle la chaleur est produite à l'intérieur du maté- riau en le traitant comme le diélectrique entre deux électro- des entre lesquelles on maintient une différence de potentiel alternative à une haute fréquence . Dans une telle disposition la perte diélectrique dans le matériau l'oblige à absorber l'énergie du champ électrique, résultant de la libération de chaleur dans la partie de matériau qui se trouve dans le champ électrique.
La présente invention procure une méthode générale (et appareil pour emploi dans celte-ci) de chauffage de certaines
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espèces de mélanges de caoutchouc et d'autre$ matériau pour l'emploi de courants électriques à haute fréquence.
Elle est applicable à un matériau isolant chargé par conductibilité c'est-à-dire à un matériau qui contient une grande quantité de matière conductrice sous forme de petits grains ou de poudre distribués sur toute son étendue dans le but de lui conférer certaines propriétés. Un exemple est fourni par l'usage de noir de carbone en poudre comme agent de renforcement dans du caoutchouc. La méthode opère par la production de courants électriques de haute fréquence à l'intérieur du mélange grâce à la matière con- ductricedistribuée dans celui-ci. L'appareil pour l'exé- cution de cette méthode peut aussi opérer et opérera généra- lement pour la génération de chaleur, jusqu'à une certaine étendue, par la méthode de production des pertes diélectri- ques.
On a trouvé que la dernière méthode seule, ne peut être appliquée, avec un avantage pratique, à la vulcanisa- tion de matériaux chargés/par conductibilité dans certaines conditions, notamment lorsque un tel matériau se trouve dans le champ diélectrique, sous la forme d'une couche en série avec une autre couche d'épaisseur comparable et de qua- lités diélectriques substantiellement plus/élevées.
Une telle couche peut être une couche d'air, lorsque le matériau à traiter n'est pas en contact intime avec les électrodes .Les conditions sont réunies lorsque le recouvrement d'un fil ou câble électrique comprend une couche interne de bonne qualité isolante (servant de couche diélectrique) et une couche ex- terne (prévue pour la protection mécanique) consistant en caoutchouc chargé au moyen d'une grande quantité de matériau conducteur, par exemple de noir de carbone en poudre pour procurer une gaine tenace.
Dans un tel cas la couche externe en relation avec la couche interne se comporte comme @un conducteur d'une étendue'suffisantepour éviter l'établisse- ment à travers elle d'une grande différence de potentiel,
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Par suite de la grande différence dans les'propriétés des deux couches la presque totalité de la différence de potentiel est absorbée en maintenant le champ électrique dans la couche interne et la présence des particules conductrices supprime la plus grande partie du champ élec- trique dans la couche externe de façon telle que les condi- tions pour la génération de chaleur par des pertes dans le caoutchouc chargé électriquement ne peuvent être produites ici.
Ainsi, dans ce cas la méthode de ,chauffage par pertes de décharge ne peut être utilisée avec avantage pratique car l'application du champ électrique,. pendant la vulcanisa- tion ou autre traitement par la chaleur de la couche interne ne vulcanise pas le revêtement .
Le cas susmentionné est un exemple important de. ce qui peut être réalisé, de manière satisfaisante par la méthode et l'appareil selon la présente invention. On re- connaîtra par la considération de la description suivante de la méthode et de l'appareil qu'ils peuvent aussi être employés dans d'autres cas.
Comme indiqué ci-dessus , la présente invention pré- voit une méthode et un appareil capables de soumettre à la vulcanisation du caoutchouc chargé, par lemoyen'de courants électriques à haute fréquence passant dans le matériau,Lors- que la méthode et l'appareil sont employés dans des cas dans lesquels .un champ diélectrique suffisamment fort peut être établi dans le matériau diélectrique, ils peuvent aussi être employépour vulcaniser du caoutchouc diélectri- que, ou pour traiter par la chaleur d'autre matériau diélec- trique par la méthode de perte diélectr ique de haute fré- quence, même lorsque du tel caoutchouc, ou autre matériau, est inclus à l'intérieur d'un recouvrement de matériau chargé par conductibilité.
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Dans cette méthode le caoutchouc à vulcaniser ou à traiter d'autre façon par la chaleur est poussé à travers une courte bobine cylindrique aux bornes de laquelle est appliqué un'potentiel alternatif à haute fréquence de façon telle que la bobine'produise dans son intérieur un champ magnétique à haute fréquence. A l'intérieur de ce champ le caoutchouc chargé par conduction constitue une spire fermée d'un transformateur, dans lequel de la chaleur est engendrée par le passage de courants à haute fréquence .
De cette façon de- la chaleur est rapidement engendrée dans le caoutchouc et la vulcanisation est accomplie . En parlant de haute fréquence en relation avec l'invention on doit comprendre qu'il est fait référence à une bande de fréquen- ees de 20 à 200 millions de cycles par seconde. C'est cette bande qui est d'importance pratique pour l'invention et dans la plupart des cas il sera préférable d'employer la portion supérieure de cette bande, c'est-à-dire des fréquences de l'ordre de 100 à 200 millions de. cycles par seconde.
Il semble probable qu'avec de telles fréquences les courants dans le matériau chargé par conductibilité sont en partie des courants de conduction à travers les parties conductri- ces et en partie des courants de déplacement à travers le matériau isolant intervenant.
On comprendra que pour les hautes fréquences en question l'opération effective est dépendante de la construc- tion de la bobiner La bobine est axialement de faible longueur, celle-ci étant, par exemple, du même ordre que le diamètrede la bobine. Dans le but d'obtenir du chauffage suffisant pour la vulcanisation, pendant que le caoutchouc sedéplace à la haute vitessedésirable pratiquement à tra- vers la bobine, il sera généralement désirable de dispo- ser plusieurs de ces bobines l'une derrière l'autre sur le même axe, de façon telle.que le caoutchouc puisse passer suc cessivement à travers elles.
Ces diverses bobines peuvent être connectées en parallèle à une conduite principale à '
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haute fréquence, ou de préférence chacune d'elle pourvue d'un oscillateur',séparé pour fournir l'énergie à haute fréquence. Pour les fréquences en question il est possi- ble de construire, des bobines d'une grandeur convenable qui seront approximativement en résonnance . Par suite de la grande chute de potentiel dans la bobine il y aura une grande différence de potentiel entre les deux extrémités de la bobine de façon telle que associée avec cette diffé- rence il existera un fort champ électrique, qui s'étendra dans n'importe quel matériau diélectrique qui peut être associé avec le matériau chargé par conductibilité et engen- drera dans un tel matériau diélectrique de la chaleur par la méthode deperte diélectrique.
L'invention sera décrite maintenant en se référant aux dessins annexés dans lesquels la fige l montre en coupe longitudinale une partie d'un appareil suivant l'invention et la fige 2 montre une des bobines et le matériau dans' celle-ci pendant l'opération, aussi en coupe longitudinale.
L'appareil montré est tout d'abord conçu pour la uulcanisa- tion continue du recouvrement de fil électrique e, consis- tant en une couche intérieure a, (fig. 2) de matériau diélec- trique et une couche externe b de matériau isolant chargé de particules conductrices. La couche a peut être un com-. posé de caoutchouc de là qualité prévue pour l'isolement du fil, 'et la couche 11 peut être un composé de caoutchouc fortement chargé au moyen de noir de carbone pour produire une gaine tenace. Chaque bobine e c est formée de quelques spires des fil de cuivre bien espacées l'une de l'autre.
Avec la bobine disposée comme montré dans la figure 2, à travers les bornes d'un oscillateur o, travaillant à une fréquence comprise entre 100 et,200 millions de cycles par seconde, la bobine est en résonance approximative@@@ avec la fréquence du fournisseur de courant et a ainsi une
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grande différence de potentiel à travers elle et un grand courant oscillant dans celle-ci.
Ce courant produit un fort champ magnétique, qui s'étend dans la coucher, et y engendre des courants de circulation, produisant de la cha- leur dans cette couche. Par suite de la forme spéciale et de la construction de la couche b elle n'empêche pas l'é- tablissement d'un champ électrique entre les diffec@@tes parties de la bobine c par la voie de la couche a de façon telle que dela chaleur puisse êtreengendrée dans cette couche par la méthode de perte diélectrique .
Comme indiqué en figure 1, llappareil comprend un logement d dans lequel sont enfermées trois bobines semblables c, dispo- sées co-axialement et espacées à courte distance l'une de l'autre, Ce logement d est de préférence construit en métal et est de telles dimensions et forme par rapport aux bobines qu'il ne fournit pas dans ses parois un chanin conducteur suffisamment complet pour absorber à un haut degré de l'énergie par induction électro-magnétique des bobines ,ni pour absorber une quantité substantielle d'éner- gie des champs électriques produits par les bobines. Comme indiqué, le logement est fendu suivant le plan horizontal passant par le centre et une garniture p isolante est in- sérée .
Cette garniture brise la continuité électrique de la paroi et aide à former un joint étanche de pression entre les deux moitiés du logement. Les extrémités des bobines amenées chacune à l'extérieur du logement d à tra- vers un manchon isolant f qui forme un joint étanche avec le conducteur et avec la paroi du logement d. Chaque man- chon f se trouve dans une ouverture à collier dont la par- tieextérieure est connectée à un tubeen métal h formant un câble concentrique avec le conducteur de la bobine conve- nant pour former une connexion entre la'bobine et son o scillateur.
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A l'extrémité de gauche du logement d se trouve une ouverture i, dont le coté extérieur est pourvu d'un chapeau ± de caoutchouc, qui/comme montré,, possède un trou cylin- drique et une paroi rétrécie l'entourant et un rebord adja- cent à l'ouverture 1 par lequel rebord il est fixé en posi- tion contre l'ouverture. Ce chapeau est enfermé dans un logement auxiliaire court k avec une embouchure à travers laquelle le fil couvert peut entrer. Le chapeau est d'un tel diamètre interne qu'il n'assure seulement qu'un faible ;jeu avec la surface externe du recouvrement du fil. Il y a une autre ouverture 1 à l'extrémité de droite du logement d et une disposition similaire de chapeau j et de recou- veenent k pent être prévue ici.
Alternativement, cependant .un logement additionnel tel que 1 peut être attaché pour donner un traitement étendu au fil couvert comme il passe au travers, si cela est nécessaire, le nombre de logements d étant choisis pour assurer la durée de traitement requise.
En tout .cas à l'extrémité de droite des séries de logement d un chapeau est prévu . Un tuyau 1 procure du gaz ou de la vapeur sous pression à l'intérieur du logement ou des' logements de façon à maintenir de la pression sur la sur- face du recouvrement du 't'il quand cela est nécessaire ou avantageux. Du gaz peut %tre fourni d'une façon adéquate pour maintenir la pression dans la chambre d, lorsque des pertes se produisent aux chapeaux j .
On verra que cet appareil permet le passage continu à travers lui d'un câble couvert à une vitesse appropriée et le traitement par la chaleur de celui-ci pendant-ce passage de la -durée désirée.