Fleksibilni kabli za fiksne in gibljive aplikacije

Najenostavnejši kabel je polni vodnik s plastičnim plaščem. Lahko se upogne in ohrani obliko – razen v primeru pogostega upogibanja, zaradi katerega se bakreni vodnik lahko zlomi. Enostavni kabli, kot so ti, se uporabljajo v hišnih inštalacijah, kjer nameščen kabel ostane nedotaknjen na mestu več desetletij. Takšni trdni vodniki pa niso primerni za številne druge aplikacije, pri katerih morajo kabli biti prožni in elastični. Tukaj so prevodniki v jedrih sestavljeni iz finih žičnih snopov, ki jih je mogoče, odvisno od zasnove, na milijone krat upogniti ne da bi se zlomili in izgubili lastnosti toka ali prenosa podatkov.

Ena izmed najbolj zahtevnih lokacij za kabel je kabelska veriga. Tukaj so napajalni, servo in podatkovni kabli nameščeni blizu skupaj in se, med delovanjem stroja, premikajo naprej in nazaj, tudi s hitrostmi višjimi kot pet metrov na sekundo in z več kot petkratnim gravitacijskim pospeškom. Kabli so položeni v kabelsko verigo na tak način, da so upognjeni samo v eno smer, a to predstavlja le eno od treh možnih vrst gibanja:

• Upogibanje: Kabel se upogiba, včasih z milijone ponovitev.
• Torzija: Kabel je vzdolžno zasukan. Čisto torzijsko gibanje najdemo v vetrnih turbinah, kjer kabli potekajo od vrteče se gondole navzdol do stolpa. Takšno čisto gibanje je redko, saj v večini aplikacij prihaja tako do sukanja kot upogibanja kablov.
• Navijanje in odvijanje: tukaj se kabli odvijejo iz bobnov, na primer v odrskih aplikacijah ali na televiziji v živo ter po dogodku navijejo nazaj.

Posebni robotski kabli se od drugih robustnih kablov za premične aplikacije razlikujejo v mnogih pogledih. Ključna razlika: robotski kabli vzdržijo tako upogibanje kot torzijo skozi vso življenjsko dobo. Med razvojem so v osnovi zasnovani na drugačen način kot na primer kabli za napajalno verigo. Za robotski kabel so pomembni trije parametri:

• Razredi fino-žičnatih vodnikov: robotski kabli, ki so izpostavljeni torzijskim obremenitvam, običajno vsebujejo "fine" žičke razreda 5. Visoko fleksibilni kabli, kot sta ÖLFLEX® FD ali ÖLFLEX® CHAIN, ki so izpostavljeni izključno upogibni obremenitvi, na primer v kabelskih verigah ali linearnem premikanju osi portalnih robotov vsebujejo celo "izredno fine" žičke razreda 6. Vendar pa tudi vodnik razreda 6 ne zadostuje za najstrožje zahteve. Za kable, ki morajo biti najbolj fleksibilni, pri LAPPu uporabljamo posebne vodnike, v katerih so posamezne žice premera le 0,05 milimetra, kar je precej tanjše od najtanjših standardnih pletenih vodnikov.
• Torzijski kot: je kot določen v stopinjah na meter dolžine kabla. Tipična vrednost je 360°/m, tako da se lahko kabel zasuka okrog svoje osi 1x na meter svoje dolžine, ne da bi pri tem poškodoval. To velja za kable brez opleta. Pri prisotnem opletu je vrednost običajno 180° ali pol obrata na meter.
• Radij upogiba: ta bi moral biti med 4 in 7,5-kratnikom zunanjega premera in tako, v nekaterih primerih, precej nižji kot pri kablih, ki so zasnovani le za občasno premikanje. To omogoča napeljavo kablov v ozkih polmerih in tesno pakiranje v cevne sklope. 

Ob razredu pletenih vodnikov je še mnogo drugih lastnosti, ki razlikujejo fleksibilen kabel od manj fleksibilnega. Eden izmed njih je "pletenje". Da bi razumeli, kaj to pomeni, je tukaj primerjava, ki jo vsi poznajo: kita las. Bolj gosto kot jo spletete, debelejša postaja; debelejša in tanjša področja se med seboj izmenjujejo. Če zberete enako število pramenov las vzporedno, so ti opazno tanjši, če jih zvijete, postane debelejši. Nekaj ​​podobnega se zgodi z bakrenimi žičkami pri "pletenju". Fine kovinske žice so zvite, ker to izboljša fleksibilnost – če bi bile vse žičke vzporedne, bi se pri vsakem upogibanju kabla, zunanje bakrene žice raztegnile, notranje pa stisnjene. To bi naredilo kabel zelo tog. Debelino in prožnost je mogoče nadzorovati z gostoto obratov žičk (Lay lenght): razdaljo za polni krog zvijanja posamezne žičke v finožičnem vodniku. Če je razdalja enega obrata žičk daljša, ima posledično manj torzijskih sposobnosti in pomeni tanjšo debelino kabla.

Kabli, ki so veliko izpostavljeni gibanju, vsebujejo notranjo drsno oporo: komponentam v notranjosti pomaga, da se premikajo druga proti drugi s čim manj trenja. Služi tudi kot polnilo, ki ohranja kabel okrogel. To je pomembno, če kabel poteka skozi uvodnico ali v konektor. Če plašč ni popolnoma okrogel, lahko povzroči potencialne težave s tesnenjem. Drsna opora so lahko na primer napeta fina plastična vlakna, ki se vstavijo v prostor med vodniki. Debelejša jedra so pogosto ovita tudi s flis trakom iz politetrafluoretilena, ki olajša drsenje enega ob drugega, še posebej v primeru torzije.

Ali bo kabel zdržal takšno gibanje dlje časa, je odvisno tudi od materiala njegovega plašča. Strokovnjaki za material imajo izziv, da morajo ob mobilnosti kabla, običajno uskladiti tudi druge lastnosti, kot so požarno vedenje ali odpornost na olje, kemikalije in čistilna sredstva. Ko gre za material plašča, PVC še naprej prevladuje na trgu; uveljavili pa so se tudi drugi materiali, kot so termoplastični elastomeri (TPE) ali poliuretan, ki je prva izbira za zelo dinamične aplikacije, kot je ÖLFLEX® Servo FD 796 CP. Polipropilen se je izkazal posebej primeren za izolacijo jeder, pri gibljivih aplikacijah. Ima zelo dobre električne izolacijske lastnosti z visoko trdnostjo in nizko gostoto.

Za zelo visoke hitrosti prenosa podatkov na dolge razdalje so optični kabli prva izbira. Sestavljeni so iz plastičnih optičnih vlaken (POF) za krajše razdalje do 70 metrov, PCF vlaken (plastično prevlečenih steklenih vlaken) za razdalje do 100 metrov in steklenih vlaken za še večje razdalje in za aplikacije, ki zahtevajo najvišje hitrosti prenosa podatkov. Načeloma so vse vrste vlaken primerne tudi za gibljive aplikacije, pod pogojem, da se upoštevajo priporočeni radiji upogiba, v tem primeru se vam ni treba bati, da bi se steklena vlakna lahko strgala. Za največje hitrosti prenosa, naj bo radij upogiba kabla z optičnimi vlakni vsaj 15x večji kot je premer. Pod to vrednostjo se vlakno sicer ne zlomi, vendar se poveča slabljenje, kar pomeni, da se svetloba v ozki krivulji izgubi in zmanjša kakovost signala. Kako dobro lahko optični kabel prenese premike, je v veliki meri odvisno tudi od materialov, ki prekrivajo vlakno. Pogosto so to aramidi, torej tekstilna vlakna, ki dajejo posebne lastnosti tudi z vlakni ojačani plastiki in neprebojnim jopičem (npr. kevlar). Če je kabel raztegnjen, tekstilni ovoj absorbira natezno silo in preprečuje, da bi se kabel iz optičnih vlaken raztegnil z njim.

V različnih industrijah v praktično vseh aplikacijah, kjer se nekaj premika: na premikajočih se delih strojev ali na obdelovalnih postajah na proizvodnih linijah, v kabelskih verigah, na robotih, v vetrnih turbinah in platformah za vrtanje nafte, v vozilih in motorjih, na žerjavih in gospodarskih vozilih, tudi v aplikacijah kjer se pojavijo vibracije. Razen za fiksne inštalacije, na primer v hišah, jih uporabljamo skoraj povsod.

Skoraj vsi kabli znamke ÖLFLEX® in vsi podatkovni kabli blagovnih znamk UNITRONIC®, ETHERLINE® in HITRONIC® so fleksibilni. Pri tem obstajajo razlike pri radijih upogibanja, ki jih je treba upoštevati. Nekateri kabli omogočajo le občasno upogibanje, drugi se lahko upognejo na milijone krat, tretji so posebej optimizirani za torzijo. Na žalost ni enega kabla, ki bi pokrival vse aplikacije, a LAPP-ovi aplikacijski inženirji najdejo rešitev za vse mogoče in nemogoče aplikacije. LAPP ponuja tudi ustrezen pribor za povezovanje fleksibilnih kablov ter njihovo zaščito v kabelskih kanalih in ceveh. Prehod na ohišje konektorja je še posebej kritičen pri zelo dinamičnih aplikacijah, vključno s tistimi z torzijo. Ohišje mora varno držati kabel, da ta ne zdrsne ven in vanj ne prodre vlaga.

Dober primer, kako je mogoče optimizirati različne kable, so optični kabli podjetja LAPP. HITRONIC® TORSION je bil posebej zasnovan za aplikacije z visoko torzijo, kot so na primer vetrne elektrarne. Ima do dvanajst steklenih vlaken za eno- in mnogorodovni prenos, razbremenitev napetosti s pomočjo aramidnih vlaken in ognjevaren poliuretanski plašč brez halogena. HITRONIC® HDM ima podobno strukturo, vendar je še posebej primeren za navijanje in odvijanje s kabelskih bobnov. HITRONIC® HRM FD pa je primeren za namestitev v kabelske verige kjer je ključna fleksibilnost, ne pa torzija.

Testi podjetja LAPP v Stuttgartu dokazujejo, da LAPP dostavi obljubljeno. Kable za vetrne turbine testirajo za torzijo v dvanajst metrov visokem starem jašku dvigala - to je edinstveno na svetu. Drugi proizvajalci testirajo krajše kose kabla, ki jih zvijajo pod manjšimi koti, in to ekstrapolirajo na daljše dolžine kablov. Odločilno pa ni tisto, kar je na papirju, ampak tisto, kar se pojavi v realnih razmerah.

Najdite pravi izdelek za svojo aplikacijo s pomočjo naših iskalnikov izdelkov tukaj ali v naši e-trgovini.