Fordeler forbundet med å bruke styrekabler for kontinuerlig bøyning i industrielle konstruksjoner

Robust konnektivitet understøttet av fleksible styrekabler med flere ledere er nødvendig for å sikre pålitelig funksjonalitet av industrisystemer, slik som monteringsanlegg, transportbåndsystemer, utstyr for automatisk bestykning (plukkemaskiner) og utstyr som behandler mat- og drikkevarer. Det kan virke som en enkel oppgave å velge og spesifisere styrekabler, men det er en komplisert prosess som innebærer vurdering av mange konstruksjonsbehov og bransjestandarder.

Blant bransjestandardene finner vi UL-oljebestandighetsnivåene I og II, samt UL 1581, en vertikal flammetest for motstandsdyktighet mot brann. Kabelen må gi mekanisk beskyttelse mot slag og knusing i henhold til UL 1277-tester og være i stand til å tåle over 8 millioner sykluser med kontinuerlig bøying ved driftstemperaturer fra –40 °C til +90 °C. For å tilfredsstille disse kravene, kreves en kabel med fine kobberledere i en spesialutviklet PVC-kappe som er egnet for tøffe miljøer. Skjermede kabler er tilgjengelige for konstruksjoner der elektromagnetisk interferens (EMI) må undertrykkes.

Denne artikkelen beskriver fordelene til kabler med høy fleksibilitet (flekskabler) og bruksområdene der disse kablene er best egnet i sammenheng med bransjestandarder for oljebestandighet, flammebestandighet og mekanisk beskyttelse. Den gjennomgår deretter de ulike bevegelsestypene som oppleves i industrielle konstruksjoner, klasser av flekskabler og konstruksjonsalternativer, og ser nærmere på hvor ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-flerlederkabler fra Lapp er best egnet. Den avsluttes med eksempler på skjermede og ikke-skjermede flekskabler fra Lapp og gjennomgår bruken av kabelgjennomføringer i standard og EMI-følsomme konstruksjoner.

Oljebestandighet

Olje brukes som smøremiddel eller kjølemiddel i mange industrimaskiner, og tilstedeværelsen av denne oljen kan føre til betydelig fare for driften og levetiden til flekskabler. Ikke alle isolasjonsmaterialer som brukes på industrikabler har samme reaksjon i nærvær av olje. Formuleringen av materialet er en differensierende faktor for hvordan de reagerer. En kritisk faktor i isolasjonsmaterialer er tilstedeværelsen av plasteringsmidler (myknere) som understøtter fleksibilitet og gir økt motstandsdyktighet mot materialtretthet.

Olje vil absorberes avhengig av isolasjonsmaterialet, eller plasteringsmiddelet vil lekke ut. I begge tilfeller kan strekkegenskapene til isolasjonen, f.eks. fleksibiliteten, bli betydelig svekket. Prosessen er som følger (figur 1):

• For det første, når oljer kommer i kontakt med isolasjonsforbindelser av polyvinylklorid (PVC) eller polyolefin, reagerer de med plasteringsmidler.
• Hvis isolasjonsmaterialet er av polyolefin, vil oljen absorberes, noe som fører til svelling og svekkelse av isolasjonen.
• Hvis isolasjonsmaterialet er av PVC, kan oljen gjøre at plasteringsmiddelet lekker ut og forårsaker herding av isolasjonen.

Figur 1: Når olje kommer i kontakt med kabelisolasjon (venstre), kan dette føre til at polyolefin sveller og svekkes (midten), noe som kan føre til at PVC mister noe av plasteringsmaterialet, som igjen herder kabelen (høyre). (Bildekilde: Lapp)

Kabler som brukes i konstruksjoner med kontinuerlig bøyning, for eksempel ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY fra Lapp, er nødvendige for å oppfylle to nivåer av UL-oljebestandighetstesting:

• Nivå I legger kabelen i olje i fire dager ved 100 °C. Kabelen må beholde 50 % av sin opprinnelige strekkfasthet og 50 % av sin opprinnelige forlengelsesevne.
• Nivå II legger kabelen i olje i 60 dager ved 75 °C. Kabelen må beholde 65 % av sin opprinnelige strekkfasthet og 65 % av sin opprinnelige forlengelsesevne.

Flammebestandighet

Lapp definerer syv nivåer av flammebestandighet, FR-00 til FR-06. FR-00 betyr en kabel som lett antennes og brenner. I den andre enden av spekteret finner vi FR-06-kabler, som har høy flammebestandighet. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY er kabler for kontinuerlig bøyning. De er klassifisert FR-02, og de er testet ved å bruke den vertikale flammetesten i UL VW-1 (UL 1581).

I denne testen gir en tirrill-båndbrenner (tirrill ribbon burner) styring av luft- og gassflyten. En spesifisert flamme påføres prøven i 15 sekunder, og vil deretter fjernes. Flammen påføres igjen etter 15 sekunder eller når prøven slutter å flamme, avhengig av hva som tar lengst tid. Testen består av fem 15-sekunders flammepåføringer. For å bestå testen, må ikke prøven avgi flammer eller glødende partikler, og den kirurgiske bomullen på bunnen av brenneren må ikke antennes. IEC 60332-1 er motparten til UL VW-1, og flammepåføringstiden varierer med kabeldiameteren.

Mekanisk beskyttelse

Kravene til mekanisk beskyttelse varierer kraftig. I noen tilfeller vil kabler være nødvendig for å overleve ulykker, som for eksempel innebærer å bli truffet av fallende gjenstander eller bli overkjørt av en gaffeltruck eller et annet kjøretøy. Det finnes en rekke slag- og knusetester for forskjellige beskyttelsesnivåer. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler for kontinuerlig bøyning er klassifisert MP-02 i henhold til slag- og knusetester i UL 1277 (tabell 1).

Tabell 1: Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler for kontinuerlig bøyning har en mekanisk beskyttelsesklassifisering på MP-02. (Tabellkilde: Lapp)

Bevegelsestype

Det er tre grunnleggende bevegelsestyper som oppleves i industrielle systemer (figur 2):

• Flekskabler brukes i ikke-automatiserte konstruksjoner som opplever tilfeldige bevegelser. Typiske bruksområder omfatter maskinverktøy og bærbart utstyr.
• Kabler for kontinuerlig bøyning opplever konstant lineær bevegelse i automatiserte systemer, og opplever kontinuerlige krefter under bøyning. Bruksområder kan inkludere horisontale og vertikale c-spor, slepekjeder, kraftkjeder (power chains), automatiserte sammenstillinger, etc. De kan bevege seg frem og tilbake i hastigheter som er raskere enn fem meter per sekund og oppleve krefter som er større enn fem ganger gravitasjonsakselerasjonen.
• Torsjonskabler utsettes for bøyning og vridning i tre dimensjoner. Vanlige bruksområder inkluderer industriroboter, plukkroboter og monteringssystemer.

Figur 2: De tre vanlige bevegelsestypene som forekommer i industrielle systemer, er tilfeldig bøyning (venstre), kontinuerlig bøyning (midten) og torsjon (høyre). (Bildekilde: Lapp)

Flere variabler må tas i betraktning når man sammenligner kabler for kontinuerlig bøyning, for eksempel bøyeradius, avstand, akselerasjon, hastighet og vekt. Kabelspesifikasjonene må samsvares med de spesifikke behovene til konstruksjonen. Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler for kontinuerlig bøyning har en CF-02-klasse for kontinuerlig bøyning. De kan håndtere opptil 8 millioner bøyningssykluser (tabell 2). De har en minimum bøyeradius på 7,5 ganger kabeldiameteren for uskjermede kabler og ti ganger kabeldiameteren for skjermede kabler. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-familien inkluderer en rekke kabelutforminger med ulike antall ledere, forskjellige diametre og varierende vekt, slik at de kan samsvares med en bredt utvalg av konstruksjonsbehov.

Tabell 2: Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler er klassifisert CF-02 for moderat kontinuerlig bøyning. (Tabellkilde: Lapp)

Kabelklasser og konstruksjon

Industrikabler er vanligvis spesifisert i henhold til ledningenes tverrsnittsareal i stedet for diameteren. Tverrsnittsareal er en nyttig beregning fordi den er direkte proporsjonal med styrken og vekten til en ledning, og omvendt proporsjonal med motstanden. Den gjelder også den maksimale strømføringskapasiteten. Den har imidlertid noen begrensninger.

Noe kobber har en høyere resistivitet enn annen kobber. Tverrsnittsareal kan bare brukes for sammenligninger hvis ledningene som undersøkes bruker samme kobbergrad. VDE 0295 / IEC 60228 adresserer disse utfordringene ved å kategorisere ledninger i henhold til motstand i stedet for fysiske dimensjoner.

I tillegg til egenskapene til individuelle ledninger, er industrikabler definert av antallet og størrelsen til ledere og antall ledningstråder i hver leder. VDE 0295 definerer flere klasser av ledere basert på fleksibilitet og temperaturegenskaper, deriblant:

• Klasse 1 er entrådede ledere.
• Klasse 2 er flertrådede ledere konstruert for fast installasjon.
• Klasse 5 er fintrådede fleksible ledere.
• Klasse 6 bruker svært fine ledninger for svært fleksible ledere. Lederne i Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY overgår kravene i klasse 6.

I tillegg til å være definert i henhold til fleksibilitet basert på kabelens tråder, er industrikabler definert av kabelkonstruksjonen. De tre vanligste strukturene til disse kablene er (figur 3):

• Unilay-ledere eller bunteledere er tvunnet sammen med samme liggeretning og liggelengde. Disse kablene er egnet for stasjonære konstruksjoner.
• Konsentriske kontra-spiralformede ledere består av veldefinerte lag av spiralformede ledere. Hvert lag har en omvendt liggeretning og en økende liggelengde. Disse kablene er egnet for konstruksjoner med kontinuerlig bøyning.
• Konsentriske unilay-ledere er omgitt av ett eller flere lag av spiralformede ledere med samme liggeretning og økende liggelengde i hvert påfølgende lag. Disse kablene er egnet for bruksområder med torsjon og kontinuerlig bøyning.

Figur 3: Unilay- eller buntekabler er egnet for stasjonære konstruksjoner, konsentriske kontra-spiralformede kabler er egnet for konstruksjoner med kontinuerlig bøyning, og konsentriske unilay-kabler er egnet for konstruksjoner med torsjon eller kontinuerlige bøyning. (Bildekilde: Lapp)

Kabler for kontinuerlig bøyning

Lapps kabler for kontinuerlig bøyning er klassifisert for 600 V og temperaturer fra –5 °C til +90 °C (–40 °C til +90 °C for stasjonære konstruksjoner). Uskjermede ÖLFLEX FD 890-kabler er tilgjengelige i tykkelser fra 0,52 mm2 (20 AWG) til 33,6 mm2 (2 AWG), og skjermede kabler er tilgjengelige i tykkelser fra 0,52 mm2 til 13,3 mm2 (6 AWG). Skjermede ÖLFLEX FD 890 CY-kabler har en totalt fortinnet kobberlisse som gir 85 % dekning og anbefales når demping av elektromagnetisk interferens (EMI) er nødvendig. (Figur 4).

Figur 4: Lapp tilbyr uskjermede ÖLFLEX FD 890-kabler for kontinuerlig bøyning (øverst) og skjermede  ÖLFLEX FD 890 CY-kabler for kontinuerlig bøyning (nederst). (Bildekilde: Lapp)

Eksempler på uskjermede ÖLFLEX FD 890-kabler omfatter:

• 8920034, en 0,52 mm2 (20 AWG) trelederkabel med en ytre diameter på 6,7 mm, en kobbervekt på 14,9 kg/km (10 lbs/mft) og en totalvekt på ca. 64 kg/km (43 lbs/mft)
• 8920044, en 0,52 mm2 (20 AWG) firelederkabel med en ytre diameter på 7,4 mm, en kobbervekt på 23,8 kg/km (16 lbs/mft) og en totalvekt på ca. 78,9 kg/km (53 lbs/mft)

Eksempler på skjermede ÖLFLEX FD 890-kabler omfatter:

• 8918034S, en 0,82 mm2 (18 AWG) trelederkabel med en ytre diameter på 9,5 mm, en kobbervekt på 59,5 kg/km (40 lbs/mft) og en totalvekt på ca. 135,4 kg/km (91 lbs/mft)
• 8914044S, en 2,1 mm2 (14 AWG) firelederkabel med en ytre diameter på 14,0 mm, en kobbervekt på 153,3 kg/km (103 lbs/mft) og en totalvekt på ca. 269,3 kg/km (181 lbs/mft)
• 8912044S, en 3,3 mm2 (12 AWG) firelederkabel med en ytre diameter på 16,5 mm, en kobbervekt på 238,1 kg/km (160 lbs/mft) og en totalvekt på ca. 449,4 kg/km (302 lbs/mft)

Kabelgjennomføringer

Kabelgjennomføringer brukes for å innsette kabler i hus. De forsegler kabelen og huset på en sikker måte og gir strekkavlastning for kabelen. De beskytter også huset innvendig mot støv, fuktighet og andre forurensninger og sikrer robust og pålitelig montering. Lapp-kabelgjennomføringer er konstruert og testet i samsvar med DIN EN 62444. Eksempler på kabelgjennomføringer som tilbys av Lapp inkluderer følgende (figur 5):

• SKINTOP MS-SC-kabelgjennomføringer i messing med en lavmotstand-skjermkontakt og en svært ledende, fleksibel EMC-kontakt, for eksempel 53112920
• SKINTOP SL/SLR-kabelgjennomføringer av polyamid, for eksempel 53015200 – holdbare, væsketette, lettmonterbare, strekkavlastende kabelgjennomføringer for konstruksjoner der EMI-regulering ikke er nødvendig

Figur 5: Lapp tilbyr kabelgjennomføringer i messing for EMI-regulering samt miljømessig forsegling og strekkavlastning (venstre og midten), og polyamidkabelgjennomføringer (høyre) for konstruksjoner som ikke krever EMI-regulering. (Bildekilde: Lapp)

Sammendrag

Kabler for kontinuerlig bøyning støtter industrisystemer som monteringsutstyr, transportbånd, plukkroboter og utstyr som håndterer mat- og drikkevarer. Lapps ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY-kabler oppfyller eller overgår bransjens krav til olje- og flammebestandighet og mekanisk beskyttelse, og de er klassifisert for opptil 8 millioner bøyningssykluser. De er tilgjengelige i et bredt utvalg av størrelser, med og uten skjerming, og kan brukes sammen med virksomhetens kabelgjennomføringer for å gi miljømessig robuste løsninger.