Fordele ved at bruge kontinuerlige fleksible styrekabler i industrielle applikationer

Robust konnektivitet understøttet af fleksible flerleder styrekabler er påkrævet for at sikre pålidelig drift af industrielle operationer som samleanlæg, transportørsystemer, pick and place-udstyr og fødevare- og drikkevareforarbejdning. Det kan virke enkelt at vælge og specificere styrekabler, men det er en kompliceret proces med mange anvendelsesbehov og industristandarder, der skal tages i betragtning.

Blandt industristandarderne er UL oliemodstandsniveau I og II samt UL 1581 vertikal flammetest for brandmodstand; kablet skal yde mekanisk beskyttelse som defineret i UL 1277 slag- og knusningstest og kunne modstå over 8 millioner cyklusser med kontinuerlig bøjning ved driftstemperaturer fra -40 °C til +90 °C. Det kræver et kabel med fintrådede kobberledere i en specielt formuleret PVC-kappe, der er egnet til barske miljøer, at opfylde disse krav. Afskærmede kabler fås til applikationer, hvor elektromagnetisk interferens (EMI) skal undertrykkes.

Denne artikel beskriver fordelene ved højfleksible kabler og de anvendelser, der er bedst egnet til at bruge disse kabler i forbindelse med industristandarder for oliebestandighed, flammebestandighed og mekanisk beskyttelse. Derefter gennemgås de typer bevægelser, der forekommer i industrielle applikationer, flexkabelklasser og konstruktionsmuligheder, og der ses på, hvor ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY flerlederkabler fra Lapp passer ind. Der afsluttes med eksempler på skærmede og uskærmede flexkabler fra Lapp, og brugen af kabelforskruninger i standard- og EMI-følsomme applikationer gennemgås.

Modstandsdygtighed over for olie

Olie bruges som smøremiddel eller kølemiddel i forskellige industrimaskiner, og dets tilstedeværelse kan medføre betydelig fare for driften og levetiden af fleksible kabler. Ikke alle isoleringsmaterialer, der bruges på industrikabler, reagerer ens i nærvær af olie. Materialets formulering er en afgørende faktor for, hvordan de reagerer. En kritisk faktor i isoleringsmaterialer er tilstedeværelsen af blødgørere, der understøtter fleksibilitet og giver slidresistens.

Afhængigt af isoleringsmaterialet vil olien blive absorberet, eller blødgøreren vil blive udvasket. I begge tilfælde kan isoleringens trækegenskaber, ligesom fleksibiliteten, blive væsentligt forringet. Processen er som følger (figur 1):

• For det første, når olier kommer i kontakt med polyvinylchlorid (PVC) eller isoleringsforbindelser af polyolefin, interagerer de med blødgøringsmidlerne.
• Hvis isoleringsmaterialet er en polyolefin, vil olien blive absorberet og forårsage hævelse og svækkelse af isoleringen.
• Hvis isoleringsmaterialet er PVC, kan olien få blødgøringsmidlet til at sive ud og forårsage hærdning af isoleringen.

Figur 1: Når olie kommer i kontakt med kabelisolering (venstre), kan det få polyolefiner til at svulme op og svækkes (midten), og det kan få PVC til at miste noget blødgøringsmateriale, hvilket hærder kablet (højre). (Billedkilde: Lapp)

Kabler, der bruges i kontinuerlige flexapplikationer som Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY, skal opfylde to niveauer af UL-olieresistenstest:

• Niveau I placerer kablet i olie i fire dage ved 100 °C. Kablet skal bevare 50 % af sin uældede trækstyrke og 50 % af sin uældede forlængelsesevne.
• Niveau II placerer kablet i olie i 60 dage ved 75 °C. Kablet skal bevare 65 % af sin uældede trækstyrke og 65 % af sin uældede forlængelsesevne.

Flammebestandighed

Lapp definerer syv niveauer af flammemodstand, FR-00 til FR-06. FR-00 angiver et kabel, der let antændes og brænder. I den anden ende af spektret angiver FR-06 kabler med høj flammebestandighed. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kontinuerlige flexkabler er klassificeret FR-02 og er testet ved hjælp af UL VW-1 (UL 1581) vertikal flammetest.

I denne test giver en tirrill-båndbrænder mulighed for at kontrollere luft- og gasstrømmene. En specificeret flamme påføres prøven i 15 sekunder og fjernes. Flammen påføres igen efter 15 sekunder, eller når prøven holder op med at flamme, alt efter hvad der er længst. Testen består af fem 15-sekunders flammebevægelser. For at bestå testen må prøven ikke udsende flammer eller glødende partikler, og det kirurgiske vat i bunden af brænderen må ikke antændes. IEC 60332-1 er modstykket til UL VW-1, og flammens anvendelsestid varierer efter kabeldiameter.

Mekanisk beskyttelse

Kravene til mekanisk beskyttelse varierer meget. I nogle tilfælde skal kabler overleve ulykker som at blive ramt af faldende genstande eller blive kørt over af en gaffeltruck eller et andet køretøj. Der findes en række stød- og knusetests til forskellige beskyttelsesniveauer. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kontinuerlige flexkabler er klassificeret MP-02 som defineret i UL 1277 stød- og knusetest (tabel 1).

Tabel 1: Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kontinuerlige flexkabler har en mekanisk beskyttelsesklasse på MP-02. (Kilde til tabel: Lapp)

Bevægelsestype

Der er tre grundlæggende typer af bevægelse i industrielle systemer (figur 2):

• Fleksible kabler bruges i ikke-automatiserede applikationer, der oplever tilfældige bevægelser. Typiske anvendelser omfatter værktøjsmaskiner og bærbart udstyr.
• Kontinuerligt bøjelige kabler oplever konstant lineær bevægelse i automatiserede systemer og oplever kontinuerlige kræfter under bøjning. Anvendelserne kan omfatte vandrette og lodrette c-baner, slæbekæder, kraftkæder, automatiserede samlinger osv. De kan bevæge sig frem og tilbage med en hastighed på mere end fem meter i sekundet og opleve kræfter, der er større end fem gange tyngdeaccelerationen.
• Torsionskabler udsættes for bøjning og vridning i tre dimensioner. Almindelige anvendelser omfatter industrirobotter, pick-and-place-maskiner og monteringsoperationer.

Figur 2: De tre almindelige bevægelsestyper i industrielle systemer omfatter tilfældig bøjning (venstre), kontinuerlig bøjning (midten) og torsion (højre). (Billedkilde: Lapp)

Flere variabler skal overvejes, når man sammenligner kontinuerlige flexkabler, herunder bøjningsradius, afstand, acceleration, hastighed og vægt. Kabelspecifikationerne skal tilpasses de specifikke anvendelsesbehov. Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kabler med kontinuerlig bøjning har en kontinuerlig bøjningsklasse på CF-02 og kan klare op til 8 millioner bøjningscyklusser (tabel 2). De har en minimumsbøjningsradius på 7,5 gange kabeldiameteren for uskærmede kabler og ti gange kabeldiameteren for skærmede kabler. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-familien omfatter en række kabeldesigns med forskelligt antal ledere, forskellige diametre og forskellige vægte, der passer til en række anvendelsesbehov.

Tabel 2: Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler er klassificeret CF-02 til moderat kontinuerlig bøjning. (Kilde til tabel: Lapp)

Kabelklasser og konstruktion

Industrikabler specificeres generelt i forhold til tværsnitsarealet af trådene i stedet for diameteren. Tværsnitsarealet er et værdifuldt mål, fordi det er direkte proportionalt med en lednings styrke og vægt og omvendt proportionalt med dens modstand. Det vedrører også den maksimale strømkapacitet. Men det har sine begrænsninger.

Noget kobber har en højere resistivitet end andet kobber. Tværsnitsareal kan kun bruges til sammenligninger, hvis de ledninger, der undersøges, bruger samme kvalitet af kobber. VDE 0295 / IEC 60228 løser disse udfordringer ved at kategorisere ledninger efter modstand i stedet for fysiske dimensioner.

Ud over egenskaberne ved de enkelte tråde defineres industrikabler af antallet og størrelsen af ledere og antallet af tråde i hver leder. VDE 0295 definerer flere klasser af ledere baseret på fleksibilitet og temperaturegenskaber, herunder:

• Klasse 1 er massive ledere.
• Klasse 2 er fåtrådede ledere beregnet til fast installation.
• Klasse 5 er fintrådede fleksible ledere.
• Klasse 6 bruger superfine tråde til meget fleksible ledere. Lederne i Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY overgår kravene i klasse 6.

Ud over at være defineret af fleksibilitet baseret på kabeltråd, er industrikabler defineret af deres konstruktion. De tre mest almindelige strukturer i disse kabler er (figur 3):

• Unilay eller bundtledere er snoet sammen med samme lagretning og laglængde. Disse kabler er velegnede til stationære anvendelser.
• Koncentriske kontrahelikale ledere består af veldefinerede lag af spiralformede ledere. Hvert lag har en omvendt lagretning og en stigende laglængde. Disse kabler er velegnede til kontinuerlige flexdesign.
• Koncentriske unilay-ledere er omgivet af et eller flere lag af spiralformede ledere med samme lagretning og stigende laglængde i hvert efterfølgende lag. Disse kabler er velegnede til torsion og kontinuerlig bøjning.

Figur 3: Unilay- eller bunchkabler er velegnede til stationære anvendelser, koncentriske kontraheliske kabler er velegnede til kontinuerlige flexanvendelser, og koncentriske unilay-kabler er velegnede til torsions- eller kontinuerlige flexanvendelser. (Billedkilde: Lapp)

Kontinuerlige flexkabler

Lapps kontinuerlige flexkabler er klassificeret til 600 V og temperaturer fra -5 °C til +90 °C (-40 °C til +90 °C til stationære anvendelser). ÖLFLEX FD 890 uskærmede kabler fås i størrelser fra 20 AWG til 2 AWG, og skærmede kabler fås i størrelser fra 20 AWG til 6 AWG. ÖLFLEX FD 890 CY-skærmede kabler har en samlet fortinnet kobberfletning, der giver 85 % dækning og anbefales, når der er behov for EMI-undertrykkelse. (Figur 4).

Figur 4: Lapp tilbyder ÖLFLEX FD 890 uskærmede kontinuerlige flexkabler (øverst) og skærmede ÖLFLEX FD 890 CY kontinuerlige flexkabler (nederst). (Billedkilde: Lapp)

Eksempler på uskærmede ÖLFLEX FD 890-kabler omfatter:

• 8920034, et tre-leder 20 AWG-kabel med en ydre diameter på 6,7 mm, en kobbervægt på 10 pund pr. tusind fod (lbs/mft) og en samlet vægt på ca. 43 lbs/mft.
• 8920044, et fire-leder 20 AWG-kabel med en ydre diameter på 7,4 mm, en kobbervægt på 16 lbs/mft og en samlet vægt på ca. 53 lbs/mft.

Eksempler på skærmede ÖLFLEX FD 890 CY-kabler omfatter:

• 8918034S, et treleder 18 AWG-kabel med en ydre diameter på 9,5 mm, en kobbervægt på 40 lbs/mft og en samlet vægt på ca. 91 lbs/mft.
• 8914044S, et 14 AWG-kabel med fire ledere og en ydre diameter på 14,0 mm, en kobbervægt på 103 lbs/mft og en samlet vægt på ca. 181 lbs/mft.
• 8912044S, et 12 AWG-kabel med fire ledere og en ydre diameter på 16,5 mm, en kobbervægt på 160 lbs/mft og en samlet vægt på ca. 302 lbs/mft.

Kabelforskruninger

Kabelforskruninger bruges til at føre kabler ind i kabinetter. De forsegler kablet og kabinettet sikkert og giver kablet trækaflastning. De beskytter også kabinettet indvendigt mod støv, fugt og andre forurenende stoffer og sikrer en robust og pålidelig samling. Lapp kabelforskruninger er designet og testet i overensstemmelse med DIN EN 62444. Eksempler på de kabelforskruninger, Lapp tilbyder, er følgende (figur 5):

• SKINTOP MS-SC messingkabelforskruninger med lavmodstands-skærmkontakt og meget ledende, fleksibel EMC-kontakt, som 53112920
• SKINTOP SL/SLR polyamid kabelforskruninger som 53015200 - holdbare, væsketætte, letmonterede trækaflastende kabelforskruninger, når EMI-kontrol ikke er nødvendig.

Figur 5: Lapp tilbyder messingkabelforskruninger til EMI-kontrol ud over miljømæssig tætning og trækaflastning (venstre og midten) og polyamidkabelforskruninger (højre) til applikationer, der ikke kræver EMI-kontrol. (Billedkilde: Lapp)

Oversigt

Kontinuerlige flexkabler understøtter industrielle systemer som monteringsoperationer, transportbånd, pick and place-udstyr og fødevare- og drikkevareforarbejdning. Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler opfylder eller overgår branchens krav til olie- og flammebestandighed og mekanisk beskyttelse og er klassificeret til op til 8 millioner bøjningscyklusser. De fås i en lang række størrelser, med og uden afskærmning, og kan bruges sammen med virksomhedens kabelforskruninger for at give miljømæssigt robuste løsninger.