Avantajele utilizării cablurilor de control cu flexiune continuă în aplicațiile industriale

Pentru a asigura funcționarea fiabilă a operațiunilor industriale, cum ar fi uzinele de asamblare, sistemele de transport, echipamentele de preluare și plasare, precum și procesarea alimentelor și a băuturilor, este nevoie de conectivitate robustă, susținută de cabluri de control flexibile cu mai mulți conductori. Selectarea și specificarea cablurilor de control poate părea simplă, dar este un proces complicat, cu numeroase cerințe de aplicare și standarde industriale de luat în considerare.

Printre standardele industriale se numără nivelurile UL I și II de rezistență la ulei, precum și testul de rezistență la foc pe verticală UL 1581; cablul trebuie să asigure protecție mecanică, conform definiției testelor de impact și strivire UL 1277 și să poată rezista la peste 8 milioane de cicluri de flexiune continuă la temperaturi de funcționare cuprinse între -40 °C și +90 °C. Pentru a îndeplini aceste cerințe, este nevoie de un cablu cu conductori din cupru cu fire fine, într-o manta din PVC special formulată pentru medii solicitante. Cablurile ecranate sunt disponibile pentru aplicațiile în care este necesară suprimarea interferențelor electromagnetice (EMI).

Acest articol prezintă în detaliu avantajele cablurilor cu flexiune ridicată și aplicațiile cele mai potrivite pentru utilizarea acestor cabluri în contextul standardelor industriale privind rezistența la ulei, rezistența la flacără și protecția mecanică. Apoi, trece în revistă tipurile de mișcări întâlnite în aplicațiile industriale, clasele de cabluri flexibile și opțiunile de construcție și analizează locul pe care îl ocupă cablurile ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY cu conductori multipli, de la Lapp. Se încheie cu exemple de cabluri flexibile ecranate și neecranate de la Lapp și analizează utilizarea garniturilor de cablu în aplicații standard și sensibile la EMI.

Rezistența la ulei

Uleiul este utilizat ca lubrifiant sau agent de răcire în diverse utilaje industriale, iar prezența sa poate aduce pericole semnificative pentru funcționarea și durata de viață a cablurilor flexibile. Nu toate materialele de izolație utilizate în cablurile industriale reacționează la fel în prezența uleiului. Formula materialului este un factor de diferențiere în ceea ce privește reacția acestora. Un factor critic al materialelor de izolare este prezența plastifianților care susțin flexibilitatea și asigură rezistența la oboseală.

Uleiul va fi absorbit în funcție de materialul izolator, sau plastifiantul va ieși prin material. În ambele cazuri, proprietățile mecanice ale izolației, precum flexibilitatea, pot fi degradate în mod semnificativ. Procesul este următorul (Figura 1):

• În primul rând, atunci când uleiurile intră în contact cu policlorura de vinil (PVC) sau cu compușii de izolare din poliolefine, acestea interacționează cu plastifianții.
• În cazul în care materialul izolator este o poliolefină, uleiul va fi absorbit, provocând umflarea și slăbirea izolației.
• În cazul în care materialul izolator este PVC, uleiul poate cauza scurgerea plastifiantului și întărirea izolației.

Figura 1: Atunci când uleiul intră în contact cu izolația cablului (stânga), acesta poate provoca umflarea și slăbirea poliolefinelor (centru) și poate face ca PVC-ul să piardă o parte din materialul plastifiant, ceea ce întărește cablul (dreapta). (Sursa imaginii: Lapp)

Cablurile utilizate în aplicații cu flexiune continuă, cum ar fi ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp, trebuie să treacă două niveluri de testare a rezistenței la ulei UL:

• Nivelul I menține cablul în ulei timp de patru zile la 100 °C. Cablul trebuie să își păstreze 50% din rezistența la rupere în stare nouă și 50% din capacitatea de alungire în stare nouă.
• Nivelul II menține cablul în ulei timp de 60 de zile la 75 °C. Cablul trebuie să își păstreze 65% din rezistența la rupere în stare nouă și 65% din capacitatea de alungire în stare nouă.

Rezistența la flacără

Lapp definește șapte niveluri de rezistență la flacără, de la FR-00 la FR-06. FR-00 indică un cablu care se aprinde și arde ușor. La celălalt capăt al spectrului, FR-06 se folosește pentru cabluri cu rezistență ridicată la flacără. Cablurile flexibile continue ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY sunt clasificate FR-02 și sunt testate cu ajutorul testului la foc pe verticală UL VW-1 (UL 1581).

În cadrul acestui test, un arzător Tirrill cu bandă permite controlul fluxurilor de aer și de gaz. Se aplică o flacără specifică pe eșantion timp de 15 secunde, apoi se îndepărtează. Flacăra este reaplicată după 15 secunde sau atunci când eșantionul nu mai arde, în funcție de care dintre acestea durează mai mult. Testul constă în cinci aplicări de 15 secunde ale flăcării. Pentru a trece testul, eșantionul nu trebuie să emită flăcări sau particule incandescente, iar bumbacul chirurgical de la baza arzătorului nu trebuie să se aprindă. IEC 60332-1 este omologul testului UL VW-1, iar timpul de aplicare a flăcării variază în funcție de diametrul cablului.

Protecție mecanică

Cerințele privind protecția mecanică variază foarte mult. În unele cazuri, cablurile vor trebui să supraviețuiască unor accidente, cum ar fi lovirea de obiecte în cădere sau călcarea de un stivuitor sau de un alt vehicul. Există o varietate de teste de impact și de strivire pentru diferite niveluri de protecție. Cablurile flexibile continue ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY sunt clasificate MP-02, conform definiției din testele de impact și strivire UL 1277 (Tabelul 1).

Tabelul 1: Cablurile flexibile continue ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp au un indice de protecție mecanică MP-02. (Sursa tabelului: Lapp)

Tipul de mișcare

Există trei tipuri de bază de mișcare în sistemele industriale (Figura 2):

• Cablurile flexibile sunt utilizate în aplicațiile neautomatizate în care apar mișcări aleatorii. Aplicațiile tipice includ mașini-unelte și echipamente portabile.
• Cablurile cu flexiune continuă sunt supuse unei mișcări liniare constante în sistemele automate și sunt supuse unor forțe continue în timpul îndoirii. Aplicațiile pot include șine orizontale și verticale de tip C-track, lanțuri de tracțiune, lanțuri de putere, ansambluri automatizate etc. Acestea se pot deplasa înainte și înapoi la viteze mai mari de cinci metri pe secundă și pot experimenta forțe de peste cinci ori mai mari decât accelerația gravitațională.
• Cablurile de torsiune sunt supuse la îndoire și răsucire în trei dimensiuni. Printre aplicațiile obișnuite se numără roboții industriali, mașinile de preluare și plasare și operațiunile de asamblare.

Figura 2: Cele trei tipuri de mișcări comune întâlnite în sistemele industriale includ flexiunea aleatorie (stânga), flexiunea continuă (centru) și torsiunea (dreapta). (Sursa imaginii: Lapp)

Mai multe variabile trebuie luate în considerare atunci când se compară cablurile flexibile continue, inclusiv raza de curbură, distanța, accelerația, viteza și greutatea. Specificațiile cablurilor trebuie să fie adaptate la nevoile individuale ale aplicației. Cablurile flexibile continue ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp au un indice de flexiune continuă de CF-02 și pot suporta până la 8 milioane de cicluri de flexiune (Tabelul 2). Acestea au o rază minimă de curbură de 7,5 ori mai mare decât diametrul cablului pentru cablurile neecranate și de zece ori mai mare decât diametrul cablului pentru cablurile ecranate. Familia ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY include o varietate de modele de cabluri cu diferite numere de conductori, diferite diametre și diferite greutăți pentru a se potrivi cu o gamă largă de cerințe ale aplicațiilor.

Tabelul 2: Cablurile ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp sunt clasificate CF-02 pentru flexiune continuă moderată. (Sursa tabelului: Lapp)

Clase de cabluri și construcție

Cablurile industriale sunt, în general, specificate în funcție de suprafața secțiunii transversale a firelor, în loc de diametru. Suprafața secțiunii transversale este o măsură importantă, deoarece este direct proporțională cu rezistența și greutatea unui fir și invers proporțională cu rezistența acestuia. De asemenea, se referă la capacitatea maximă de transport a curentului. Dar are limitele sale.

Unele tipuri de cupru au o rezistivitate mai mare decât alte tipuri de cupru. Suprafața secțiunii transversale poate fi utilizată pentru comparații numai dacă firele examinate utilizează cupru de aceeași clasă. VDE 0295/IEC 60228 abordează aceste provocări prin clasificarea firelor în funcție de rezistență în loc de dimensiunile fizice.

Pe lângă caracteristicile firelor individuale, cablurile industriale sunt definite de numărul și dimensiunea conductorilor și de numărul de toroane de fire din fiecare conductor. VDE 0295 definește mai multe clase de conductori pe baza flexibilității și a capacităților de temperatură, inclusiv:

• Clasa 1 include conductori solizi.
• Clasa 2 include conductori cu fire concepuți pentru instalare fixă.
• Clasa 5 include conductori flexibili cu fire fine.
• Clasa 6 utilizează fire foarte fine pentru conductori foarte flexibili. Conductorii din ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp depășesc cerințele Clasei 6.

Pe lângă faptul că sunt definite de flexibilitatea bazată pe toroane, cablurile industriale sunt definite și de construcția lor. Cele mai frecvente trei structuri ale acestor cabluri sunt (Figura 3):

• Conductorii unilay sau în mănunchi sunt răsuciți împreună cu aceeași direcție de pozare și au aceeași lungime pentru pozat. Aceste cabluri sunt potrivite pentru aplicații staționare.
• Conductorii contra-elicoidali concentrici sunt alcătuiți din straturi bine definite de conductori amplasați elicoidal. Fiecare strat are o direcție de pozare inversată și o lungime de pozare crescătoare. Aceste cabluri sunt potrivite pentru modelele cu flexiune continuă.
• Conductorii unilay concentrici sunt înconjurați de unul sau mai multe straturi de conductori așezați elicoidal, cu aceeași direcție de pozare și cu o lungime pentru pozat crescătoare în fiecare strat ulterior. Aceste cabluri sunt potrivite pentru aplicații de torsiune și flexiune continuă.

Figura 3: Cablurile unilay sau în mănunchi sunt potrivite pentru aplicații staționare, cablurile contra-elicoidale concentrice sunt potrivite pentru aplicații cu flexiune continuă, iar cablurile unilay concentrice sunt potrivite pentru aplicații de torsiune sau cu flexiune continuă. (Sursa imaginii: Lapp)

Cabluri flexibile continue

Cablurile flexibile continue de la Lapp au o tensiune nominală de 600 V și temperaturi cuprinse între -5 °C și +90 °C (-40 °C și +90 °C pentru aplicații staționare). Cablurile neecranate ÖLFLEX FD 890 sunt disponibile în dimensiuni cuprinse între 20 AWG și 2 AWG, iar cablurile ecranate sunt disponibile în dimensiuni cuprinse între 20 AWG și 6 AWG. Cablurile ecranate ÖLFLEX FD 890 CY au o împletitură totală din cupru staniu care asigură o acoperire de 85% și sunt recomandate atunci când este necesară suprimarea EMI. (Figura 4).

Figura 4: Lapp oferă cabluri flexibile continue neecranate ÖLFLEX FD 890 (sus) și cabluri flexibile continue ecranate ÖLFLEX FD 890 CY (jos). (Sursa imaginii: Lapp)

Printre exemplele de cabluri neecranate ÖLFLEX FD 890 se numără:

• 8920034, un cablu de 20 AWG cu trei conductori, cu un diametru exterior de 6,7 mm, o greutate a cuprului de 10 livre per mia de picioare (lb/mft) și o greutate totală de aproximativ 43 lb/mft
• 8920044, un cablu de 20 AWG cu patru conductori, cu un diametru exterior de 7,4 mm, o greutate a cuprului de 16 lb/mft și o greutate totală de aproximativ 53 lb/mft

Printre exemplele de cabluri ecranate ÖLFLEX FD 890 CY se numără:

• 8918034S, un cablu de 18 AWG cu trei conductori, cu un diametru exterior de 9,5 mm, o greutate a cuprului de 40 lb/mft și o greutate totală de aproximativ 91 lb/mft
• 8914044S, un cablu de 14 AWG cu patru conductori, cu un diametru exterior de 14,0 mm, o greutate a cuprului de 103 lb/mft și o greutate totală de aproximativ 181 lb/mft
• 8912044S, un cablu de 12 AWG cu patru conductori, cu un diametru exterior de 16,5 mm, o greutate a cuprului de 160 lb/mft și o greutate totală de aproximativ 302 lb/mft

Garnituri de cablu

Garniturile de cablu sunt utilizate pentru introducerea cablurilor în carcase. Acestea etanșează în siguranță cablul și carcasa și reduc solicitarea asupra cablului. De asemenea, protejează carcasa din interior de praf, umiditate și alți contaminanți și asigură un ansamblu robust și fiabil. Garniturile de cablu Lapp sunt proiectate și testate în conformitate cu DIN EN 62444. Printre exemplele de garnituri de cablu oferite de Lapp se numără următoarele (Figura 5):

• Garnituri de cablu din alamă SKINTOP MS-SC cu contact de ecran cu rezistență redusă și contact EMC flexibil, foarte conductiv, precum 53112920
• Garnituri de cablu din poliamidă SKINTOP SL/SLR, cum ar fi 53015200 - garnituri de cablu durabile, etanșe la lichide, ușor de asamblat, pentru reducerea solicitării, potrivite când nu este necesar controlul EMI

Figura 5: Lapp oferă garnituri de cablu din alamă pentru controlul EMI, pe lângă etanșarea la mediu și reducerea solicitării (stânga și centru) și garnituri de cablu din poliamidă (dreapta) pentru aplicații care nu necesită control EMI. (Sursa imaginii: Lapp)

Rezumat

Cablurile flexibile continue susțin sistemele industriale, cum ar fi operațiunile de asamblare, transportoare, echipamente de preluare și plasare, precum și procesarea alimentelor și a băuturilor. Cablurile ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de la Lapp îndeplinesc sau depășesc cerințele industriei în ceea ce privește rezistența la ulei și la flacără și protecția mecanică și sunt clasificate pentru până la 8 milioane de cicluri de flexiune. Sunt disponibile într-o gamă largă de dimensiuni, cu și fără ecranare, și pot fi utilizate împreună cu garniturile pentru cabluri ale companiei pentru a oferi soluții rezistente la mediu.