A folytonos hajlítgatásra alkalmas vezérlőkábelek használatának előnyei ipari felhasználási területeken

Az olyan ipari területek megbízható működésének biztosításához, mint az összeszerelő üzemek, a szállítórendszerek, a felszedő- és elhelyezőberendezések, valamint az élelmiszer- és italfeldolgozás, hajlékony, többeres vezérlőkábelekkel támogatott, nagy tűrőképességű csatlakozásokra van szükség. A vezérlőkábelek kiválasztása és adatainak megadása egyszerűnek tűnhet, de valójában bonyolult folyamat, amelynek során számos felhasználási igényt és ágazati szabványt figyelembe kell venni.

Az ágazati szabványok között szerepel az UL I. és II. olajállósági szint, valamint az UL 1581 függőleges lángterjedési vizsgálat a tűzállóság megállapításához. A kábelnek az UL 1277 ütés- és sajtolásvizsgálatokra előírt mértékű mechanikai védelmet kell nyújtania, és több mint 8 millió folytonos hajlítási ciklust kell kibírnia –40 °C és +90 °C közötti üzemi hőmérsékleten. E követelmények teljesítéséhez olyan kábelre van szükség, amelynek finom sodrott rézvezetékei különlegesen kialakított, a zord környezet elviselésére alkalmas PVC-köpenyben futnak. Kaphatóak árnyékolt kábelek is olyan felhasználási területekre, ahol el kell fojtani az elektromágneses zavarást (EMI, electromagnetic interference).

Ez a cikk részletesen ismerteti a nagy hajlékonyságú kábelek előnyeit, és azt, hogy az olajállóságra, lángállóságra és mechanikai védelemre vonatkozó ágazati szabványokat figyelembe véve az ilyen kábeleket milyen felhasználási területeken a legérdemesebb használni. Ezután áttekinti az ipari felhasználási területeken előforduló mozgásfajtákat, a hajlékony kábelek osztályait és lehetséges kialakításait, és megvizsgálja, hogy a Lapp cég ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY többeres kábelei hogyan illeszkednek ebbe a körbe. A cikk a Lapp néhány árnyékolt és árnyékolatlan hajlékony kábelét ismertető példával zárul, és áttekinti a kábelátvezető tömszelencék használatát a szokványos és az elektromágneses zavarásra érzékeny készülékekben.

Olajállóság

Az olajat kenőanyagként vagy hűtőközegként használják különböző ipari gépekben, és jelenléte jelentős veszélyt jelenthet a hajlékony kábelek működésére és élettartamára. Az ipari kábelekhez használt szigetelőanyagok nem mindegyike egyformán reagál az olajra. Az anyagok összetétele határozza meg, hogy az egyes anyagok hogyan reagálnak. A szigetelőanyagok esetében az egyik kritikus tényező a lágyítószerek jelenléte, amelyek megteremtik a hajlékonyságot, és biztosítják az anyagfáradással szembeni ellenállást.

Az olaj a szigetelőanyagtól függően vagy felszívódik, vagy kioldja a lágyítószert. Mindkét esetben jelentősen romolhatnak a szigetelés legfontosabb szilárdsági jellemzői, például a hajlékonysága. A folyamat a következő (1. ábra):

• Amikor olajok érintkeznek a polivinil-klorid (PVC) vagy poliolefin szigetelőanyagokkal, először a lágyítókkal lépnek kölcsönhatásba.
• Ha a szigetelőanyag poliolefin, az olaj felszívódik, aminek hatására a poliolefin megduzzad, és megpuhul a szigetelést.
• Ha a szigetelőanyag PVC, az olaj kioldhatja belőle a lágyítószert, és ezzel a szigetelés megkeményedését okozhatja.

1. ábra: Amikor az olaj érintkezik a kábelszigeteléssel (balra), a poliolefinek megduzzadhatnak és megpuhulhatnak (középen), a PVC pedig elveszítheti a lágyítóanyaga egy részét, és a kábel megkeményedhet (jobbra) (ábra: Lapp)

A folytonos hajlítgatásnak kitett felhasználási területeken használt kábeleknek, amilyen például a Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY, az UL olajállósági tesztek két szintjének kell megfelelniük:

• Az I. szint ellenőrzéséhez a kábelt négy napra 100 °C-os olajba helyezik. A kábelnek meg kell őriznie öregedés előtti szakítószilárdságának 50%-át és öregedés előtti nyúlási képességének 50%-át.
• A II. szint ellenőrzéséhez a kábelt 60 napra 75 °C-os olajba helyezik. A kábelnek meg kell őriznie öregedés előtti szakítószilárdságának 65%-át és öregedés előtti nyúlási képességének 65%-át.

Lángállóság

A Lapp a lángállóság hét szintjét határozza meg, FR-00-tól FR-06-ig. Az FR-00 olyan kábelt jelez, amely könnyen meggyullad és ég. A spektrum másik végén az FR-06 a nagy lángállóságú kábeleket jelöli. A folytonos hajlítgatásra alkalmas ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek FR-02 besorolásúak, és az UL VW-1 (UL 1581) függőleges lángterjedési vizsgálat alapján lettek tesztelve.

Ebben a vizsgálatban egy Tirrill-szalagégőfej lehetővé teszi a levegő- és gázáramlás szabályozását. A mintára 15 másodpercig meghatározott erősségű lángot irányítanak, majd megszüntetik azt. A lángot újabb 15 másodperc múlva vagy akkor kell ismét a mintára irányítani, amikor az már nem lángol, attól függően, hogy melyik a hosszabb idő. A vizsgálat során a lángot ötször kell 15 másodpercig a mintára irányítani. A vizsgálaton való megfeleléshez a mintának nem szabad lángra kapnia vagy izzó részecskéket kibocsátania, és az égőfej alján lévő sebészeti vatta sem gyulladhat meg. Az IEC 60332-1 szabvány az UL VW-1 megfelelője, és a láng ráirányítási ideje a kábel átmérőjétől függően változik.

Mechanikai védelem

A mechanikai védelemmel szemben támasztott követelmények igen eltérőek. Bizonyos esetekben a kábeleknek épen kell maradniuk olyan balesetek után, mint például ha lezuhanó tárgyak ütköznek nekik, illetve targoncával vagy más járművel átmennek rajtuk. A különböző védelmi szintekhez sokféle ütés- és sajtolásteszt létezik. A folytonos hajlítgatásra alkalmas ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek az UL 1277 ütés- és sajtolástesztek szerint MP-02 besorolásúak (1. táblázat).

1. táblázat: A folytonos hajlítgatásra alkalmas Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek mechanikai védettségi minősítése MP-02 (táblázat: Lapp)

Mozgásfajták

Az ipari rendszerekben három alapvető mozgásfajta létezik (2. ábra):

• A hajlékony kábeleket olyan nem automatizált készülékekben használják, ahol véletlenszerű mozgásoknak vannak kitéve. Jellemző felhasználási területeik közé tartoznak a szerszámgépek és a hordozható berendezések.
• A folytonos hajlítgatásra alkalmas kábelek állandóan egyenes vonalú mozgásoknak vannak kitéve automatizált rendszerekben, és hajlítgatás közben folyamatos erők hatnak rájuk. A felhasználási területeik közé tartozhatnak a vízszintes és függőleges ívelt kábelvezető sínek, a vonóláncok, a hajtásláncok, az automatizált szerelvények stb. Ezek másodpercenként öt méternél gyorsabban képesek előre-hátra mozogni, és a kábelek a gravitációs gyorsulás ötszörösénél nagyobb erőhatásoknak is ki lehetnek téve.
• A torziós kábelek három dimenzióban vannak kitéve hajlításnak és csavarásnak. Gyakori felhasználási területeik közé tartoznak az ipari robotok, a felszedő- és elhelyezőgépek és a szerelősorok.

2. ábra: Az ipari rendszerekben előforduló három gyakori mozgásfajta a véletlenszerű hajlítás (balra), a folytonos hajlítgatás (középen) és a torziós igénybevétel (jobbra) (ábra: Lapp)

A folytonos hajlítgatásra alkalmas kábelek összehasonlításakor több változót is figyelembe kell venni, beleértve a hajlítási sugarat, a távolságot, a gyorsulást, a sebességet és a tömeget. A kábeljellemzőket a felhasználási terület konkrét igényeihez kell igazítani. A folytonos hajlítgatásra alkalmas Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek folytonos hajlítgatási minősítése CF-02, és akár 8 millió hajlítási ciklust is kibírnak (2. táblázat). A kábelek legkisebb hajlítási sugara árnyékolatlan kábelek esetén a kábelátmérő 7,5-szerese, árnyékolt kábelek esetén pedig a kábelátmérő 10-szerese. Az ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY termékcsalád több különböző kivitelű kábelt tartalmaz eltérő számú érrel, különböző átmérővel és tömeggel, hogy a kábelek megfeleljenek a különféle felhasználási területek igényeinek.

2. táblázat: A Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek CF-02 besorolásúak, ami azt jelenti, hogy mérsékelt gyakoriságú folytonos hajlítgatásra alkalmasak (táblázat: Lapp)

Kábelosztályok és -kialakítások

Az ipari kábelek jellemzőjeként általában a huzalok keresztmetszetének felületét adják meg az átmérő helyett. A keresztmetszet értékes mérőszám, mert egyenesen arányos a vezeték szilárdságával és tömegével, és fordítottan arányos az ellenállásával. Szintén egyenesen arányos a vezeték által elviselt legnagyobb áramerősséggel is. De ennek is megvannak a maga korlátai.

Egyes rézfajtáknak nagyobb a fajlagos ellenállásuk, mint más rézfajtáknak. A keresztmetszet csak akkor használható összehasonlításhoz, ha a vizsgált vezetékekben azonos minőségű rezet használnak. A VDE 0295/IEC 60228 szabvány ezeket a problémákat úgy oldja meg, hogy a vezetékeket a fizikai méreteik helyett az ellenállásuk alapján kategorizálja.

Az ipari kábeleket az egyes vezetékek jellemzőin kívül az erek száma és mérete, valamint az egyes ereket alkotó huzalok száma határozza meg. A VDE 0295 az erek több osztályát határozza meg a hajlékonyság és a hőmérsékleti jellemzők alapján, többek között az alábbiakat:

• Az 1. osztályú erek tömör vezetők.
• A 2. osztályú erek sodrott huzalokból állnak, és rögzített beszerelésre készültek.
• Az 5. osztályú erek vékony sodrott huzalok alkotta hajlékony vezetékek.
• A 6. osztályú erek szupervékony sodrott huzalok alkotta nagyon hajlékony vezetékek. A Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY vezetékei meghaladják a 6. osztály követelményeit.

Az ipari kábeleket a kábelt alkotó huzaloknak (ereknek) köszönhető hajlékonyság mellett a kialakításuk is jellemzi. Ezen kábelek három leggyakoribb szerkezete a következő (3. ábra):

• Az egysodratú vagy kötegelt szálú ereket azonos sodrási irányban és sodrási hosszban sodorják össze. Ezek a kábelek rögzített beszerelésre alkalmasak.
• Az azonos középpontú (koncentrikus), ellentétes irányban sodort szálú erek spirálisan sodort vezetőszálak jól elválasztható rétegeiből állnak. Minden réteg ellentétes irányban van sodorva, és egyre nagyobb a réteghossza. Ezek a kábelek folytonos hajlítgatásnak kitett területre is alkalmasak.
• Az azonos középpontú (koncentrikus), egy irányban sodort szálú erek középső vezetőszálát egy vagy több réteg spirálisan sodort vezetőszál veszi körül, amelyek sodrási iránya azonos, a sodrási hossz pedig minden kintebbi rétegben egyre nő. Ezek a kábelek torziós igénybevételnek és folytonos hajlítgatásnak kitett területre is alkalmasak.

3. ábra: Az egysodratú vagy kötegelt szálú erek rögzített beszerelésre alkalmasak, az azonos középpontú, ellentétes irányban sodort szálú erek folytonos hajlítgatásnak kitett felhasználási területekre, míg az azonos középpontú, egy irányban sodort szálú erek torziós igénybevételnek és folytonos hajlítgatásnak kitett felhasználási területekre is alkalmasak (ábra: Lapp)

Folytonos hajlítgatásra alkalmas kábelek

A Lapp folytonos hajlítgatásra alkalmas kábelei 600 V-ra és –5 °C és +90 °C közötti hőmérsékletre (rögzített beszerelés esetén –40 °C és +90 °C közötti hőmérsékletre) vannak méretezve. Az ÖLFLEX FD 890 árnyékolatlan kábelek 20 AWG (0,52 mm²) és 2 AWG (33,6 mm²) közötti méretekben, az árnyékolt kábelek pedig 20 AWG (0,52 mm²) és 6 AWG (13,3 mm²) közötti méretben kaphatóak. Az ÖLFLEX FD 890 CY árnyékolt kábelek teljes felületükön ónozott rézfonattal vannak körülfogva, amely 85%-os lefedettséget ad, és akkor ajánlott, ha az elektromágneses zavarás csillapítására van szükség (4. ábra).

4. ábra: A Lapp kínálatában folytonos hajlítgatásra alkalmas ÖLFLEX FD 890 árnyékolatlan kábelek (fent) és folytonos hajlítgatásra alkalmas ÖLFLEX FD 890 CY árnyékolt kábelek (lent) is találhatóak (kép: Lapp)

Példák ÖLFLEX FD 890 árnyékolatlan kábelekre:

• A 8920034 jelű típus egy háromeres, 20 AWG (0,52 mm²) méretű kábel, amelynek külső átmérője 6,7 mm, réztömege ezer lábanként 10 font (10 lb/mft) (14,5 g/m, illetve 14,5 kg/km), míg a teljes tömege körülbelül 43 lb/mft (64 g/m).
• A 8920044 jelű típus egy négyeres, 20 AWG (0,52 mm²) méretű kábel, amelynek külső átmérője 7,4 mm, réztömege 16 lb/mft (24 g/m), míg a teljes tömege körülbelül 53 lb/mft (79 g/m).

Példák ÖLFLEX FD 890 CY árnyékolt kábelekre:

• A 8918034S jelű típus egy háromeres, 18 AWG (0,82 mm²) méretű kábel, amelynek külső átmérője 9,5 mm, réztömege 40 lb/mft (60 g/m), míg a teljes tömege körülbelül 91 lb/mft (135 g/m).
• A 8914044S jelű típus egy négyeres, 14 AWG (2,08 mm²) méretű kábel, amelynek külső átmérője 14,0 mm, réztömege 103 lb/mft (153 g/m), míg a teljes tömege körülbelül 181 lb/mft (270 g/m).
• A 8912044S jelű típus egy négyeres, 12 AWG (3,31 mm²) méretű kábel, amelynek külső átmérője 16,5 mm, réztömege 160 lb/mft (238 g/m), míg a teljes tömege körülbelül 302 lb/mft (450 g/m).

Kábelátvezető tömszelencék

A kábelátvezető tömszelencéket a kábelek készülékházakba történő bevezetésére használják. A kábelátvezető tömszelencék biztonságos tömítést nyújtanak a kábel és a készülékház irányában is, és tehermentesítik a kábelt. Emellett védik a készülékház belsejét a portól, nedvességtől és egyéb szennyeződésektől, és biztosítják a strapabíró és megbízható összeszerelést. A Lapp kábelátvezető tömszelencéi a DIN EN 62444 szabványnak megfelelően lettek tervezve és tesztelve. Néhány példa a Lapp kínálatában szereplő kábelátvezető tömszelencékre (5. ábra):

• SKINTOP MS-SC sárgaréz kábelátvezető tömszelencék kis ellenállású árnyékolóérintkezővel és nagy vezetőképességű, elektromágneses összeférhetőséget kínáló rugalmas érintkezővel, amilyen például az 53112920 jelű kábelátvezető tömszelence.
• SKINTOP SL/SLR poliamid kábelátvezető tömszelencék, mint az 53015200 jelű – nagy teherbírású, folyadékzáró, könnyen összeszerelhető tehermentesítő kábelátvezető tömszelencék, ha nincs szükség az elektromágneses zavarás szűrésére.

5. ábra: A Lapp kínálatában szerepelnek a tömítésen és a tehermentesítésen kívül elektromágneses zavarszűrést is kínáló sárgaréz kábelátvezető tömszelencék (balra és középen) és elektromágneses zavarszűrést nem nyújtó poliamid kábelátvezető tömszelencék (jobbra) is (kép: Lapp)

Összegzés

A folytonos hajlítgatásra alkalmas kábelek olyan ipari rendszerekben használhatóak, mint a szerelősorok, a szállítószalagok, a felszedő- és elhelyezőberendezések, valamint az élelmiszer- és italfeldolgozás. A Lapp ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY kábelek teljesítik az olaj- és lángállóságra, valamint a mechanikai védelemre vonatkozó ipari követelményeket, vagy meghaladják azokat, és akár 8 millió hajlítási ciklust is elviselnek. Széles méretválasztékban kaphatóak árnyékolt és árnyékolatlan változatban is, és használhatók a vállalat kábelátvezető tömszelencéivel együtt, hogy környezetbarát megoldásokat tegyenek lehetővé.