Flexibel kabel och ledare för rörliga applikationer

Den enklaste kabeln är en solid ledare med plasthölje. Den kan böjas och bibehåller böjen – om du inte gör det för ofta, eftersom ledaren då går av. Sådana enkla kablar finns i husinstallationer. När kabeln är förlagd förblir den orörd i årtionden. I många andra applikationer där kablarna måste vara flexibla och elastiska är kablar med solida ledare inte lämpliga. Här behövs istället ledare bestående av fina kardeler, eller buntar av fina kardeler som kan böjas miljontals gånger beroende på designen, utan att gå av och förlora sin förmåga att överföra el och data.

En av de svåraste applikationerna att använda en kabel i är en släpkedja. Där ligger kraft-, servo- och datakablar tätt tillsammans och rör sig fram och tillbaka i en maskins arbetscykel. Ibland snabbare än fem meter per sekund med mer än fem gånger accelerationen på grund av gravitationskraften. Kablarna installeras i släpkedjan så att de endast böjs i en riktning. Men detta är bara en av tre möjliga rörelser:

• Böjning: Kabeln böjs, ibland miljontals gånger.
• Vridning: Kabeln vrids i längdriktningen. Rena vridrörelser förekommer i vindturbiner med kablar som leder från den det roterande maskinhuset ner till tornet. De är dock sällsynta och i de flesta applikationer både böjs och vrids kablarna.
• Av- och pårullning: Detta gäller exempelvis kablar för användning inom scenteknik eller live-TV där kablar rullas av från trummor och sedan vindas tillbaka och lagras efter evenemanget.

Speciella robotkablar skiljer sig på många sätt från andra robusta kablar för rörliga applikationer. Den viktigaste skillnaden är att robotkablar tål både böjning och vridning under hela produktens livslängd. Tre parametrar är viktiga för en robotkabel: 

• Fintrådighet: Robotkablar som utsätts för torsionsspänning är vanligtvis fintrådiga enligt klass 5. Mycket flexibla kablar som ÖLFLEX^® FD eller ÖLFLEX^® CHAIN som utsätts för ren böjspänning, till exempel i släpkedjor eller linjärt förflyttade axlar på portalrobotar, innehåller till och med extra fintrådiga ledare enligt klass 6. Men inte ens den fintrådiga ledarklassen 6 är tillräcklig för de högsta kraven. På LAPP använder vi till exempel ledare utanför standarden för kablar som måste vara mycket flexibla. De enskilda kardelerna med diameter 0,05 mm är betydligt tunnare än de tunnaste kardelerna inom standarden. 
• Vridningsvinkel: Denna vinkel anges i grader per meter kabel. Ett typiskt värde är 360°/m, vilket innebär att en kabel kan vridas en gång sin axel per längdmeter utan att skadas. Detta gäller kablar utan skärmning. Med skärmning är värdet vanligtvis 180° eller ett halvt varv per meter. 
• Böjradie: I idealfallet är denna 4-7,5 gånger ytterdiametern och därför i vissa fall avsevärt lägre än för kablar som bara är utformade för sporadisk rörelse. Det gör att kablarna kan guidas i en snäv radie och i tätt packade slangpaket.

Förutom fintrådigheten finns det andra aspekter som skiljer en flexibel kabel från en mindre flexibel. Den ena är tvinningen. För att förstå vad som menas med detta kan vi jämföra med en hårfläta. Ju tätare du flätar håret, desto tjockare blir flätan och den består av tjockare och tunnare partier. Om samma antal hårstrån istället bara kombineras till en parallell bunt, är det märkbart tunnare. Tjockleken ökar när du vrider hårbuntarna. Något liknande händer med kopparkardelerna under tvinningen. De fina metalltrådarna är vridna eftersom detta förbättrar flexibiliteten – om alla flätor och alla trådar var parallella skulle varje böj i tråden tänja ut de yttre koppartrådarna och komprimera de inre. Detta skulle göra kabeln mycket styv. Tjockleken och flexibiliteten kan styras av slaglängden: avståndet för ett varv av tvinningen. Om den är längre och vridningen därför är mindre blir kabeln tunnare.

Kablar som rör på sig mycket innehåller glidelement. De hjälper komponenterna inuti kabeln att röra sig mot varandra med så lite friktion som möjligt. De fungerar också som ett fyllnadsmedel som håller kabeln rund, vilket är viktigt när en förskruvning eller ett kontaktdon monteras. Om manteln inte är ordentligt rund uppstår problem med tätheten. Glidelementen kan vara fina tvinnade plastfibrer som bäddas in i utrymmena mellan ledarna. Tjockare ledare är ofta omslutna av en icke-vävd polytetrafluoretylentejp för att underlätta glidning mot varandra, särskilt vid vridning.

Huruvida en kabel tål sådana rörelser under lång tid beror också på materialet i yttermanteln. Materialexperter står inför utmaningen att behöva kombinera inte bara rörlighet utan också andra egenskaper såsom brandbeteende eller motståndskraft mot olja, kemikalier och rengöringsmedel. PVC dominerar fortfarande marknaden för mantelmaterial, men andra material har också blivit vanligare, såsom termoplastiska elastomerer (TPE) eller polyuretan, som är förstahandsvalet för högdynamiska applikationer, till exempel i ÖLFLEX^® SERVO FD 796 CP. Särskilt polypropen har visat sig fungera som isolering för ledarna i rörliga applikationer. Med sin höga hållfasthet och låga densitet har den mycket goda elektriska isoleringsegenskaper.

För mycket höga datahastigheter över långa avstånd är optiska fibrer förstahandsvalet. De består av plastfibrer (POF) för kortare avstånd på upp till 70 meter, PCF-fibrer (plastbelagda glasfibrer) för avstånd på upp till 100 meter, och glasfibrer för ännu större avstånd och för applikationer som kräver de allra högsta datahastigheterna.

I princip är alla fibertyper lämpliga för rörliga applikationer, förutsatt att de rekommenderade böjningsradierna följs. Då finns det ingen anledning att vara orolig för att en optisk fiber kan spricka. För de högsta överföringshastigheterna bör man dock inte gå under böjningsradien på 15 gånger diametern på optiska fibrer. Den bryts inte, men dämpningen ökar, vilket innebär att ljuset försvinner i den tvära böjen och signalkvaliteten försämras.

Hur väl en fiberoptisk kabel tål rörelser beror till stor del på de material som omger fibern. Ofta är det aramider, det vill säga textilfibrer som ger både skottsäkra västar och fiberförstärkt plast deras speciella egenskaper. Om kabeln är sträckt absorberar textilhöljet dragkraften och förhindrar att även den optiska fibern sträcks.

Inom industrin i alla applikationer där något rör sig; på rörliga maskindelar eller på bearbetningsstationer på produktionslinjer, i släpkedjor, på robotar, i vindkraftverk och oljeborrplattformar, i fordon och motorer, på kranar och nyttofordon, även i applikationer där vibrationer uppstår.

Nästan alla ÖLFLEX^®-kablar och alla UNITRONIC^® -, ETHERLINE^®- och HITRONIC^®-kablar är flexibla. Det finns skillnader i böjningsradierna, vilka måste iakttas. Vissa kablar tillåter endast tillfällig böjning, andra kan böjas miljontals gånger. Vissa kablar är speciellt optimerade för vridning. Tyvärr finns det ingen kabel som täcker alla applikationer, men våra experter tar fram lösningar för alla möjliga och omöjliga applikationer! Vi erbjuder även lämpliga tillbehör för att ansluta flexibla kablar och skydda dem i kabelkanaler och skyddsslang. Speciellt i högdynamiska applikationer med vridningar är övergången vid kontaktdonet kritisk, så att kabeln inte glider ut eller fukt tränger igenom.

De fiberoptiska kablarna från LAPP är ett bra exempel på de olika sätt som kablar kan optimeras på. HITRONIC^® TORSION har utformats speciellt för applikationer med hög torsion, till exempel i vindkraftverk. Den har upp till tolv glasfibrer för överföring via single- eller multimode, en dragavlastning gjord av aramidfibrer och ett halogenfritt och flamhämmande hölje gjort av polyuretan. HITRONIC^® HDM har en liknande design men är särskilt lämplig för av- och pårullning på kabeltrummor. Och HITRONIC^® HRM FD är lämplig för installation i släpkedjor där hög flexibilitet krävs, men inte vridning.

Testerna på LAPP i Stuttgart bevisar att våra kablar håller vad de lovar. Kablar för vindkraftverk testas för vridning i ett tolv meter högt gammalt hisschakt – ett världsunikt tillvägagångssätt. Andra tillverkare testar kortare kabelsektioner, som de vrider i mindre vinklar, och sedan extrapolerar till längre kabellängder. Den avgörande faktorn är dock inte vad som skrivs på pappret, utan vad som faktiskt sker under verkliga förhållanden.

Använd vår Cable finder för att hitta rätt kabel för just din applikation, eller kontakta oss med din förfrågan!