Voordelen van het gebruik van continue buigende besturingskabels in industriële toepassingen

Robuuste connectiviteit ondersteund door flexibele multi-conductor besturingskabels is nodig voor een betrouwbare werking van industriële activiteiten zoals assemblagefabrieken, transportsystemen, pick-and-place-apparatuur en voedsel- en drankverwerking. Het selecteren en specificeren van besturingskabels lijkt misschien eenvoudig, maar het is een ingewikkeld proces waarbij rekening moet worden gehouden met talrijke toepassingsbehoeften en industrienormen.

Tot de industrienormen behoren UL-oliebestendigheid niveaus I en II, evenals UL 1581 verticale vlamtest voor brandbestendigheid; de kabel moet mechanische bescherming bieden zoals gedefinieerd in UL 1277 schok- en plettests en bestand zijn tegen meer dan 8 miljoen cycli van continu buigen bij bedrijfstemperaturen van -40 °C tot 90 °C. Om aan deze eisen te voldoen is een kabel nodig met fijnaderige koperen geleiders in een speciaal geformuleerde PVC-mantel die geschikt is voor ruwe omgevingen. Afgeschermde kabels zijn beschikbaar voor toepassingen waarbij elektromagnetische interferentie (EMI) onderdrukt moet worden.

Dit artikel beschrijft de voordelen van hoogflexibele kabels en de toepassingen die het meest geschikt zijn voor het gebruik van deze kabels in de context van de industrienormen voor oliebestendigheid, vlambestendigheid en mechanische bescherming. Vervolgens worden de soorten bewegingen in industriële toepassingen, klassen en constructiemogelijkheden van flexkabels besproken en wordt gekeken waar ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY meeraderige kabels van Lapp in passen. Afgesloten wordt met voorbeelden van afgeschermde en niet-afgeschermde flexkabels van Lapp en het gebruik van wartels in standaard- en EMI-gevoelige toepassingen.

Oliebestendigheid

Olie wordt gebruikt als smeermiddel of koelmiddel in diverse industriële machines en de aanwezigheid ervan kan de werking en levensduur van flexibele kabels aanzienlijk in gevaar brengen. Niet alle isolatiematerialen die worden gebruikt voor industriële kabels reageren hetzelfde in de aanwezigheid van olie. De formulering van het materiaal is een onderscheidende factor in hoe ze reageren. Een kritieke factor in isolatiematerialen is de aanwezigheid van weekmakers die flexibiliteit ondersteunen en weerstand bieden tegen vermoeiing.

Afhankelijk van het isolatiemateriaal wordt olie geabsorbeerd of loog de weekmaker uit. In beide gevallen kunnen de trekeigenschappen van de isolatie, zoals flexibiliteit, aanzienlijk worden aangetast. Het proces verloopt als volgt (Afbeelding 1):

• Ten eerste, wanneer olie in contact komt met polyvinylchloride (PVC) of polyolefine isolatiematerialen, treedt er een wisselwerking op met de weekmakers.
• Als het isolatiemateriaal polyolefine is, wordt de olie geabsorbeerd, waardoor de isolatie opzwelt en verzwakt.
• Als het isolatiemateriaal PVC is, kan de olie de weekmaker doen uitlogen en verharding van de isolatie veroorzaken.

Afbeelding 1: Wanneer olie in contact komt met kabelisolatie (links), kan dit polyolefinen doen zwellen en verzwakken (midden) en kan PVC wat weekmakers verliezen, waardoor de kabel hard wordt (rechts). (Bron afbeelding: Lapp)

Kabels die worden gebruikt in toepassingen met continu buigen, zoals ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY van Lapp, moeten voldoen aan twee niveaus van UL-testen op oliebestendigheid:

• Niveau I legt de kabel vier dagen in olie bij 100 °C. De kabel moet 50% van zijn onverouderde treksterkte en 50% van zijn onverouderde rekvermogen behouden.
• Niveau II plaatst de kabel 60 dagen in olie bij 75 °C. De kabel moet 65% van zijn onverouderde treksterkte en 65% van zijn onverouderde rekvermogen behouden.

Weerstand tegen vlammen

Lapp definieert zeven niveaus van vlambestendigheid, FR-00 tot FR-06. FR-00 duidt op een kabel die gemakkelijk ontbrandt en brandt. Aan de andere kant van het spectrum staat FR-06 voor kabels met een hoge vlambestendigheid. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY continue buigende kabels hebben FR-02 classificatie en zijn getest volgens de UL VW-1 (UL 1581) verticale vlamtest.

In die test maakt een tirrill lintbrander het mogelijk om de lucht- en gasstromen te regelen. Een gespecificeerde vlam wordt gedurende 15 seconden op het monster aangebracht en vervolgens verwijderd. De vlam wordt opnieuw aangebracht na 15 seconden of wanneer het monster stopt met branden, afhankelijk van wat het langst duurt. De test bestaat uit vijf keer 15 seconden vlammen. Om de test te doorstaan, mag het monster geen vlam of gloeiende deeltjes uitstralen en mag het chirurgisch katoen aan de basis van de brander niet ontbranden. IEC 60332-1 is de tegenhanger van UL VW-1 en de inwerkingstijd van de vlam varieert per kabeldiameter.

Mechanische bescherming

De vereisten voor mechanische bescherming lopen sterk uiteen. In sommige gevallen zullen kabels ongelukken moeten overleven, zoals geraakt worden door vallende voorwerpen of overreden worden door een vorkheftruck of ander voertuig. Er zijn verschillende bots- en verbrijzelingstests voor verschillende beschermingsniveaus. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY continue buigende kabels hebben MP-02 classificatie volgens UL 1277 slag- en drukproeven (Tabel 1).

Tabel 1: De ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY continue buigende kabels van Lapp hebben een mechanische beschermingsklasse MP-02. (Bron tabel: Lapp)

Type beweging

Er zijn drie basistypen beweging in industriële systemen (Afbeelding 2):

• Flexibele kabels worden gebruikt in niet-geautomatiseerde toepassingen die willekeurig bewegen. Typische toepassingen zijn onder andere gereedschapsmachines en draagbare apparatuur.
• Kabels met continue buiging ondergaan een constante lineaire beweging in geautomatiseerde systemen en ondervinden continue krachten tijdens het buigen. Toepassingen zijn onder andere horizontale en verticale c-rails, sleepkettingen, stroomketens, geautomatiseerde assemblages, enz. Ze kunnen sneller dan vijf meter per seconde heen en weer bewegen en krachten ervaren die groter zijn dan vijf keer de versnelling van de zwaartekracht.
• Torsiekabels worden onderworpen aan buigen en torderen in drie dimensies. Veel voorkomende toepassingen zijn industriële robots, pick-and-place-machines en assemblagewerkzaamheden.

Afbeelding 2: De drie meest voorkomende bewegingstypen in industriële systemen zijn willekeurig buigen (links), continu buigen (midden) en torsie (rechts). (Bron afbeelding: Lapp)

Bij het vergelijken van continue buigende kabels moet rekening worden gehouden met verschillende variabelen, waaronder buigradius, afstand, versnelling, snelheid en gewicht. De kabelspecificaties moeten worden afgestemd op de specifieke toepassingsbehoeften. De ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY continue buigende kabels van Lapp hebben een continue buigclassificatie van CF-02 en kunnen tot 8 miljoen buigcycli aan (Tabel 2). Ze hebben een minimale buigradius van 7,5 keer de kabeldiameter voor niet-afgeschermde kabels en tien keer de kabeldiameter voor afgeschermde kabels. De ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-familie omvat een groot aantal kabelontwerpen met verschillende aantallen geleiders, verschillende diameters en verschillende gewichten om te voldoen aan uiteenlopende toepassingsbehoeften.

Tabel 2: De ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabels van Lapp hebben de classificatie CF-02 voor matig continu buigen. (Bron tabel: Lapp)

Kabelklassen en -constructie

Industriële kabels worden meestal gespecificeerd in termen van de dwarsdoorsnede van de draden in plaats van de diameter. Dwarsdoorsnede is een waardevolle metriek omdat het recht evenredig is met de sterkte en het gewicht van een draad en omgekeerd evenredig met de weerstand. Het heeft ook te maken met de maximale stroombelastbaarheid. Maar het heeft zijn beperkingen.

Sommige kopersoorten hebben een hogere weerstand dan andere kopersoorten. Dwarsdoorsnede kan alleen worden gebruikt voor vergelijkingen als de onderzochte draden dezelfde koperkwaliteit hebben. VDE 0295 / IEC 60228 pakt deze uitdagingen aan door draden te categoriseren op basis van weerstand in plaats van fysieke afmetingen.

Naast de kenmerken van individuele draden worden industriële kabels gedefinieerd door het aantal en de grootte van de geleiders en het aantal draadstrengen in elke geleider. VDE 0295 definieert verschillende klassen geleiders op basis van flexibiliteit en temperatuur, waaronder:

• Klasse 1 zijn massieve geleiders.
• Klasse 2 zijn geslagen geleiders die ontworpen zijn voor vaste installatie.
• Klasse 5 zijn fijnaderige flexibele geleiders.
• Klasse 6 gebruikt superfijne draden voor zeer flexibele geleiders. De geleiders in de ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY van Lapp overtreffen de eisen van klasse 6.

Industriële kabels worden niet alleen gedefinieerd door flexibiliteit op basis van kabelstrengen, maar ook door hun constructie. De drie meest voorkomende structuren van deze kabels zijn (Afbeelding 3):

• Unilay of bundel geleiders zijn in elkaar gedraaid met dezelfde legrichting en leglengte. Deze kabels zijn geschikt voor stationaire toepassingen.
• Concentrische contra-helicale geleiders bestaan uit goed gedefinieerde lagen spiraalvormig gelegde geleiders. Elke laag heeft een omgekeerde legrichting en een toenemende leglengte. Deze kabels zijn geschikt voor continue buigontwerpen.
• Concentrische eenlagige geleiders zijn omgeven door een of meer lagen spiraalvormig gelegde geleiders met dezelfde legrichting en toenemende leglengte in elke volgende laag. Deze kabels zijn geschikt voor torsie- en continue buigtoepassingen.

Afbeelding 3: Unilay of bunch kabels zijn geschikt voor stationaire toepassingen, concentrische contra-helicale kabels zijn geschikt voor continu buigen en concentrische unilay kabels zijn geschikt voor torsie of continu buigen. (Bron afbeelding: Lapp)

Continue buigende kabels

De continue buigende kabels van Lapp zijn geschikt voor 600 V en temperaturen van -5 °C tot 90 °C (-40 °C tot +90 °C voor stationaire toepassingen). ÖLFLEX FD 890 niet-afgeschermde kabels zijn verkrijgbaar in maten van 20 AWG tot 2 AWG, en afgeschermde kabels zijn verkrijgbaar in maten van 20 AWG tot 6 AWG. ÖLFLEX FD 890 CY afgeschermde kabels hebben een totale vertinde koperen vlecht die 85% dekking biedt en wordt aanbevolen wanneer EMI-onderdrukking nodig is. (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Lapp biedt ÖLFLEX FD 890 niet-afgeschermde continue buigende kabels (boven) en afgeschermde ÖLFLEX FD 890 CY continue flexibele kabels (onder). (Bron afbeelding: Lapp)

Voorbeelden van niet-afgeschermde ÖLFLEX FD 890-kabels zijn:

• 8920034, een driedraads 20 AWG-kabel met een buitendiameter van 6,7 mm, een kopergewicht van 10 pond per duizend voet (lbs/mft) en een totaalgewicht van ongeveer 43 lbs/mft
• 8920044, een vieraderige 20 AWG-kabel met een buitendiameter van 7,4 mm, een kopergewicht van 16 lbs/mft en een totaalgewicht van ongeveer 53 lbs/mft

Voorbeelden van afgeschermde ÖLFLEX FD 890 CY-kabels zijn:

• 8918034S, een driedraads 18 AWG kabel met een buitendiameter van 9,5 mm, een kopergewicht van 40 lbs/mft, en een totaalgewicht van ongeveer 91 lbs/mft
• 8914044S, een vieraderige 14 AWG-kabel met een buitendiameter van 14,0 mm, een kopergewicht van 103 lbs/mft en een totaalgewicht van ongeveer 181 lbs/mft
• 8912044S, een vieraderige 12 AWG kabel met een buitendiameter van 16,5 mm, een kopergewicht van 160 lbs/mft en een totaalgewicht van ongeveer 302 lbs/mft

Wartels

Wartels worden gebruikt om kabels in behuizingen te steken. Ze dichten de kabel en de behuizing stevig af en bieden trekontlasting voor de kabel. Ze beschermen de behuizing ook tegen stof, vocht en andere verontreinigingen en zorgen voor een robuuste en betrouwbare assemblage. Lapp-wartels zijn ontworpen en getest volgens DIN EN 62444. Lapp biedt onder andere de volgende voorbeelden van wartels (Afbeelding 5):

• SKINTOP MS-SC messing wartels met laagohmig schermcontact en hooggeleidend, flexibel EMC-contact, zoals de 53112920
• SKINTOP SL/SLR polyamide wartels zoals de 53015200 - duurzame, vloeistofdichte, eenvoudig te monteren trekontlasting wartels wanneer EMI controle niet nodig is.

Afbeelding 5: Lapp biedt messing wartels voor EMI-regeling naast omgevingsafdichting en trekontlasting (links en midden) en polyamide wartels (rechts) voor toepassingen die geen EMI-regeling vereisen. (Bron afbeelding: Lapp)

Samenvatting

Continue buigende kabels ondersteunen industriële systemen zoals assemblagewerkzaamheden, transportbanden, pick-and-place-apparatuur en voedsel- en drankverwerking. De ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabels van Lapp voldoen aan of overtreffen de industriële eisen voor olie- en vlambestendigheid en mechanische bescherming en zijn berekend op maximaal 8 miljoen buigcycli. Ze zijn verkrijgbaar in een groot aantal maten, met en zonder afscherming, en kunnen worden gebruikt in combinatie met de wartels van het bedrijf om robuuste oplossingen voor het milieu te bieden.