Fördelar med att använda styrkabel för tillämpningar med kontinuerlig rörelse i industriella tillämpningar

Robusta anslutningsmöjligheter som stöds av flexibla styrkablar med flera ledare krävs för att säkerställa tillförlitlig drift av industriella verksamheter som t.ex. monteringsanläggningar, transportband, plock- och placeringsutrustning samt livsmedels- och dryckesbearbetning. Att välja och specificera styrkabel kan verka enkelt, men det är en komplicerad process med många tillämpningsbehov och branschstandarder att ta hänsyn till.

Bland branschstandarderna finns oljebeständighetsnivåerna UL I och II samt UL 1581 för vertikalt flamtest för brandbeständighet. Kabeln måste ha ett mekaniskt skydd enligt standarden UL 1277 för slag- och krosstester och kunna klara av över åtta miljoner cykler av kontinuerlig rörelse vid driftstemperaturer från -40 till +90 °C. För att uppfylla dessa krav krävs en finkardelig kabel med kopparledare i en mantel av specialutvecklad PVC som är anpassad för tuffa miljöer. Skärmad kabel finns för tillämpningar där elektromagnetiska störningar (EMI) måste dämpas.

Artikeln beskriver fördelarna med mycket flexibla kablar och för vilka användningsområden kablarna är bäst lämpade i enlighet med industristandarderna för oljebeständighet, flamskydd och mekaniskt skydd. Därefter granskas de typer av rörelser som förekommer i industriella tillämpningar, klassificeringar för flexibel kabel och konstruktionsalternativ, samt var kablarnaÖLFLEX FD 890/FD 890 CY med flera ledare från Lapp är användbara. Den avslutas med exempel på skärmad och oskärmad flexibel kabel från Lapp och går igenom användningen av kabelgenomföringar för normalt förekommande tillämpningar och tillämpningar som är känsliga för elektromagnetiska störningar.

Oljebeständighet

Olja används som smörj- eller kylmedel i många olika industriella maskiner och dess förekomst kan medföra betydande risker för den flexibla kabelns funktion och livslängd. Långt ifrån alla isoleringsmaterial som används för kablar inom industrin reagerar likadant vid förekomst av olja. Materialets sammansättning är en särskiljande faktor för hur de reagerar. En viktig faktor i isoleringsmaterial är förekomsten av mjukgörare som stödjer flexibilitet och ger beständighet mot utmattning.

Beroende på isoleringsmaterialet absorberas olja eller så lakas mjukgöraren ur. I båda fallen kan isoleringens hållfasthetsegenskaper, liksom flexibiliteten, försämras avsevärt. Förfarandet är följande (figur 1):

• När olja kommer i kontakt med PVC eller isoleringsmaterial av polyolefin interagerar de med mjukgörarna.
• Om isoleringsmaterialet är en polyolefinplast absorberas oljan, vilket orsakar att isoleringen sväller och försvagas.
• Om isoleringsmaterialet är av PVC kan oljan leda till att mjukgöraren lakas ur och att isoleringen hårdnar.

Figur 1: När olja kommer i kontakt med kabelns isolering (vänster) kan det få polyolefiner att svälla och försvagas (mitten), och det kan få PVC att förlora en del mjukgörare, vilket gör kabeln styvare (höger). (Bildkälla: Lapp)

Kabel som används för kontinuerligt rörliga tillämpningar, som t.ex. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY från Lapp, måste uppfylla två nivåer av oljebeständighetstester:

• För nivå UL I placeras kabeln i olja med en temperatur på 100 °C i fyra dagar. Kabeln måste behålla 50 % av sin ursprungliga hållfasthet respektive 50 % av sin ursprungliga töjningsförmåga.
• För nivå UL II placeras kabeln i olja med en temperatur på 75 °C i fyra dagar. Kabeln måste behålla 65 % av sin ursprungliga hållfasthet respektive 65 % av sin ursprungliga töjningsförmåga.

Flamskydd

Lapp erbjuder sju nivåer av flamskydd, FR-00 till FR-06. FR-00 indikerar en kabel som antänds och brinner lätt. I andra änden av skalan anger FR-06 att kabeln har hög flamsäkerhet. Kabeln ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY för tillämpningar med kontinuerlig rörelse är klassificerad enligt FR-02 och är testad enligt UL VW-1 (UL 1581) vertikalt flamtest.

I detta test kan luft- och gasflöden styras med hjälp av en bunsenbrännare. En förutbestämd låga appliceras på provet i 15 sekunder och avlägsnas sedan. Lågan appliceras på nytt efter 15 sekunder eller när provet slutar glöda, beroende på vilken tid som är längst. Testet består av fem stycken appliceringar av lågan om 15 sekunder. För att klara testet får provet inte avge någon låga eller glödande partiklar, och bomullen vid brännarens fot får inte antändas. Standarden IEC 60332-1 är motsvarigheten till standarden UL VW-1 och appliceringstiden för lågan varierar beroende på kabelns diameter.

Mekaniskt skydd

Kraven på mekaniskt skydd varierar kraftigt. I vissa fall måste kabeln klara olyckor som t.ex att träffas av fallande föremål eller bli överkörd av en gaffeltruck eller annat fordon. Det finns en mängd olika slag- och krosstester för olika skyddsnivåer. Kabeln ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY för tillämpningar med kontinuerlig rörelse är klassificerad som MP-02 enligt standarden UL 1277 för slag- och krosstester (tabell 1).

Tabell 1: Kabeln ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY för tillämpningar med kontinuerlig rörelse från Lapp har en mekanisk skyddsklass enligt MP-02. (Tabellkälla: Lapp)

Typ av rörelse

Det finns tre vanliga typer av rörelser som förekommer i industriella system (figur 2):

• Flexibel kabel används i icke-automatiserade tillämpningar som har slumpmässiga rörelser. Typiska användningsområden är verkstadsmaskiner och bärbar utrustning.
• Kabel för tillämpningar med kontinuerlig rörelse utsätts för konstant linjär rörelse och för kontinuerliga krafter vid böjning i automatiserade system . Tillämpningarna kan omfatta horisontella och vertikala banor med c-profil, släpkedjor, kraftkedjor, automatiserade enheter etc. De kan röra sig fram och tillbaka med hastigheter snabbare än fem meter per sekund och utsättas för krafter som är större än fem gånger tyngdkraftens acceleration.
• Torsionskabel utsätts för böjning och vridning i tre dimensioner. Vanliga tillämpningar är industrirobotar, plock- och placeringsmaskiner och montering.

Figur 2: De tre vanligaste rörelsetyperna i industriella system är slumpmässig rörelse (vänster), kontinuerlig rörelse (mitten) och torsion (höger). (Bildkälla: Lapp)

Flera variabler måste beaktas vid jämförelse av kablar för tillämpningar med kontinuerlig rörelse, inklusive böjningsradie, avstånd, acceleration, hastighet och vikt. Specifikationerna för kabeln måste anpassas till de särskilda tillämpningsbehoven. Kabeln ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY för tillämpningar med kontinuerlig rörelse uppfyller klassificeringen CF-02 och kan klara av upp till åtta miljoner böjningscykler (tabell 2). De har en minsta böjningsradie på 7,5 gånger den oskärmade kabelns diameter och 10 gånger den skärmade kabelns diameter. Serien ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY innehåller många olika kablar med olika antal ledare, diametrar och vikt för att passa en rad olika tillämpningsbehov.

Tabell 2: Kablarna ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY från Lapp är klassificerade enligt CF-02 för måttligt antal kontinuerliga rörelser. (Tabellkälla: Lapp)

Kabelklasser och konstruktion

Industriell kabel specificeras i allmänhet med avseende på ledarnas tvärsnittsarea istället för diameter. Tvärsnittsarea är ett värdefullt mått eftersom det är direkt proportionellt mot en ledares styrka och vikt och omvänt proportionerligt till dess resistans. Det gäller också den maximala strömförmågan. Men den har sina begränsningar.

Viss koppar har högre resistivitet än annan koppar. Tvärsnittsarea kan endast användas för jämförelser om de ledare som undersöks använder samma kopparkvalitet. Standarderna VDE 0295/IEC 60228 hanterar dessa utmaningar genom att kategorisera ledarna efter resistans istället för fysiska dimensioner.

Förutom egenskaperna hos de enskilda ledarna definieras den industriella kabeln av ledarnas antal och storlek och antalet kardeler i respektive ledare. VDE 0295 definierar flera klasser av ledare baserat på flexibilitet och temperaturegenskaper, vilket inkluderar:

• Klass 1 är enkardeliga ledare.
• Klass 2 är ledare med kardeler avsedda för fast installation.
• Klass 5 är finkardeliga flexibla ledare.
• Klass 6 använder extremt tunna kardeler för mycket flexibla ledare. Ledarna i ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY från Lapp överträffar kraven för klass 6.

Förutom att industriell kabel definieras utifrån flexibilitet baserat på kabelkardelerna, definieras de även av sin konstruktion. De tre vanligaste kabelkonstruktionerna är (figur 3):

• Sammantvinnad (Unilay) kabel kallas den kabel vars ledare tvinnas ihop med samma lindningsriktning och lindningslängd. Kabeln är lämplig för stationära tillämpningar.
• Koncentriska ledare med motspiral (contra-helical) består av väldefinierade lager av spiraltvinnade ledare. Varje lager har en omvänd lindningsriktning och en ökande lindningslängd. Kabeln är lämplig för konstruktioner i ständig rörelse.
• Koncentriska sammantvinnade ledare är omgivna av ett eller flera lager av spiraltvinnade ledare med samma lindningsriktning och ökande lindningslängd i respektive efterföljande lager. Kabeln är lämplig vid tillämpningar med vridning och kontinuerlig rörelse.

Figur 3: Spiraltvinnad kabel lämpar sig för stationära tillämpningar, koncentrisk kabel med motspiral lämpar sig för tillämpningar med kontinuerlig rörelse och koncentriskt spiraltvinnad kabel lämpar sig för tillämpningar med vridning eller kontinuerlig rörelse. (Bildkälla: Lapp)

Kabel för kontinuerlig rörelse

Kabel för kontinuerlig rörelse från Lapp är klassificerade för 600 V och temperaturer på mellan -5 och +90 °C (-40 till +90 °C för stationära tillämpningar). Den oskärmade kabeln ÖLFLEX FD 890 finns i storlekar från 0,51 till 33,6 mm² och skärmad kabel finns i storlekar från 33,6 till 13,3 mm². Den skärmade kabeln ÖLFLEX FD 890 CY har en förtennad kopparfläta med en täckning på 85 % och rekommenderas när dämpning av elektromagnetiska störningar behövs. (figur 4).

Figur 4: Lapp har ÖLFLEX FD 890 (överst) och ÖLFLEX FD 890 CY (nederst) som oskärmad respektive skärmad kabel för tillämpningar med kontinuerlig rörelse. (Bildkälla: Lapp)

Exempel på den oskärmade kabeln ÖLFLEX FD 890 är:

• 8920034, en kabel med tre ledare som har en area på 0,519 mm², en ytterdiameter på 6,7 mm, en kopparvikt på ca 4,5 kg/300 m och en totalvikt på ca 19,5 kg/300 m
• 8920044, en kabel med fyra ledare som har en area på 0,519 mm², en ytterdiameter på 7,4 mm, en kopparvikt på ca 7,2 kg/300 m och en totalvikt på ca 24 kg/300 m

Exempel på den skärmade kabeln ÖLFLEX FD 890 är:

• 8918034S, en kabel med tre ledare som har en area på 0,823 mm², en ytterdiameter på 9,5 mm, en kopparvikt på ca 18 kg/300 m och en totalvikt på ca 41 kg/300 m
• 8914044S, en kabel med fyra ledare som har en area på 2,08 mm², en ytterdiameter på 14 mm, en kopparvikt på ca 46 kg/300 m och en totalvikt på ca 82 kg/300 m
• 8912044S, en kabel med fyra ledare som har en area på 3,31 mm², en ytterdiameter på 16,5 mm, en kopparvikt på ca 72 kg/300 m och en totalvikt på ca 137 kg/300 m

Kabelgenomföringar

Kabelgenomföringar används för att föra in kabel i höljen. De tätar mot kabeln och höljet på ett säkert sätt och tillhandahåller en dragavlastning. De skyddar även höljets insida mot damm, fukt och andra föroreningar och garanterar en robust och tillförlitlig montering. Kabelgenomföringar från Lapp är konstruerade och testade i enlighet med standarden DIN EN 62444. Exempel på kabelgenomföringar från Lapp är (figur 5):

• Kabelgenomföringen SKINTOP MS-SC i mässing med lågresistent skärmanslutning och hög ledningsförmåga, flexibelt kontaktdon för EMC, som t.ex. 53112920
• Kabelgenomföringen SKINTOP SL/SLR i polyamid som t.ex. 53015200 - hållbar, vätsketät, lättmonterad kabelgenomföring med dragavlastning när man inte behöver ta hänsyn till elektromagnetiska störningar

Figur 5: Lapp har kabelgenomföringar i mässing när hänsyn måste tas till elektromagnetiska störningar utöver miljötätning och dragavlastning (vänster och mitten). Kabelgenomföring i polyamid (höger) för tillämpningar där hänsyn inte måste tas för elektromagnetiska störningar. (Bildkälla: Lapp)

Sammanfattning

Flexibla kablar stödjer industriella system som t.ex. verksamheter med montering, transportband, plock- och placeringsutrustning samt livsmedels- och dryckesbearbetning. Kabeln ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY från Lapp uppfyller eller överträffar branschkraven för olje- och flambeständighet samt mekaniskt skydd och är klassificerade för upp till åtta miljoner rörelsecykler. De finns i många olika storlekar, med eller utan skärm och kan användas tillsammans med företagets kabelgenomföringar för att tillhandahålla miljömässigt robusta lösningar.