Гибкие кабели для стационарного и подвижного применения

Самый простой кабель представляет собой твердую металлическую проволоку в оболочке из ПВХ. Он может гнуться и сохранять этот изгиб, если не делать это слишком часто, иначе проволока сломается. Такие кабели используются в квартирах и домах. После установки провод остается нетронутым десятилетиями. Твердые провода, подобные этим, не подходят для многих других применений, где кабели должны быть гибкими и эластичными. Здесь проводники в жилах состоят из тонких проволочек, которые можно сгибать миллионы раз в зависимости от конструкции, без разрыва и потери своих свойств по передаче тока или данных.

Одним из самых требовательных мест для эксплуатации кабеля является буксируемая кабельная цепь. Здесь кабели питания, сервокабели и кабели передачи данных расположены близко друг к другу и перемещаются вперед и назад по мере работы оборудования. Иногда быстрее пяти метров в секунду с более чем пятикратным ускорением. Кабели проложены в буксируемой цепи таким образом, что они изгибаются только в одном направлении. Однако это лишь один из трех возможных типов движения.

• Сгибание: кабель сгибается, иногда миллионы раз;
• Торсионная нагрузка (кручение): кабель скручивается по всей длине. В чистом виде торсионная нагрузка встречается в ветряных турбинах, где кабели проходят от вращающейся гондолы вниз к основанию башни. Однако такая ситуация встречается довольно редко, поскольку в большинстве применений кабели и изгибаются, и скручиваются;
• Намотка и размотка: здесь кабели разматываются с барабанов, например, на сцене театра или съемочной площадке, а затем снова наматываются на них и хранятся после мероприятия..

Специализированные кабели для роботов по многим параметрам отличаются от других прочных кабелей для подвижного применения. Ключевое отличие: кабели для робототехники выдерживают как изгиб, так и скручивающие нагрузки в течение всего срока эксплуатации. Уже на этапе разработки они принципиально отличаются, например, от кабеля для силовой цепи. Для кабеля в робототехнике важны три параметра:

• Класс гибкости жил: кабели для роботов, подверженные скручивающим нагрузкам, обычно имеют «тонкие» жилы 5 класса гибкости. Очень гибкие кабели, такие как ÖLFLEX® FD или ÖLFLEX® CHAIN, которые подвержены только изгибанию, например, в силовых цепях или при линейном перемещении по оси портальных роботов, содержат «сверхтонкие» проволочки 6 класса гибкости. Однако самый высокий 6 класс гибкости не подходит для самых суровых условий эксплуатации. Для кабелей, которые должны быть очень гибкими, мы в LAPP используем специальную скрутку жил, в которых отдельные жилы имеют диаметр всего 0,05 мм, что значительно тоньше, чем самые тонкие жилы в стандартных кабелях.
• Угол кручения: этот угол указывается в градусах на метр длины кабеля. Типичное значение составляет 360°/м, поэтому кабель можно скрутить один раз на метр вокруг своей оси без каких-либо повреждений. Это относится к кабелям без экрана. При экранировании значение обычно составляет 180° или пол-оборота на метр.
• Радиус изгиба: он должен быть в 4-7,5 раза больше наружного диаметра и, таким образом, в некоторых случаях значительно меньше, чем у кабелей, которые предназначены только для эпизодических перемещений. Это позволяет прокладывать кабели с малым радиусом и плотно укладывать их в рукава в сборе.

Помимо класса гибкости жил существуют и другие параметры, отличающие гибкий кабель от менее гибкого. Один из них – скрутка. Для того чтобы понять, что это значит, приведем известное всем сравнение: коса из волос. Чем плотнее вы ее заплетаете, тем толще станет коса; более толстые и более тонкие участки чередуются. Если собрать вместе одинаковое количество прядей волос в параллельный пучок, он будет заметно тоньше. Он становится толще, когда вы скручиваете пучок волос. Нечто подобное происходит и с медными проволоками при «скрутке». Тонкие металлические проволоки скручиваются, потому что это улучшает гибкость – если бы все проволоки и все жилы были параллельны, внешние медные жилы растягивались бы при каждом изгибе кабеля, а внутренние сжимались бы. Это сделало бы кабель очень жестким. Толщина и гибкость могут контролироваться длиной повива: расстоянием на один оборот. Если он длиннее и, следовательно, имеет меньшую скрутку, кабель получается тоньше.

Кабели для подвижного применения содержат специальный материал, который помогает компонентам внутри двигаться относительно друг друга с минимальным трением. Он также работает как наполнитель, поддерживающий кабель в круглой форме. Это важно, если кабель проходит через сальник или подсоединен к разъему. Если оболочка не имеет правильной круглой формы, возникают проблемы с герметичностью кабельных вводов. Скользящие компоненты могут быть скручены из тонких пластиковых волокон, укладывающихся в зазоры между жилами. Более толстые жилы часто заворачивают во флисовую пленку из политетрафторэтилена, чтобы облегчить их скольжение относительно друг друга, особенно при кручении.

Способность кабеля выдерживать такие движения в течение длительного времени зависит от материала оболочки. Эксперты по материалам сталкиваются с проблемой сочетания других свойств, таких как огнестойкость или устойчивость к маслам, химикатам и чистящим средствам в дополнение к динамическим нагрузкам. ПВХ по-прежнему доминирует на рынке материалов для оболочек, но другие материалы, такие как термопластичные эластомеры (ТПЭ) или полиуретан, оказались лучшим выбором для высокодинамичных применений, например, в кабеле сервопривода ÖLFLEX® Servo FD 796 CP. Полипропилен оказался особенно подходящим для изоляции жил в подвижных применениях. Он обладает отличными электроизоляционными свойствами, а также высокой прочностью и малой плотностью.

Волоконно-оптические кабели – лучший выбор для очень высоких скоростей передачи данных на большие расстояния. Они состоят из пластиковых оптических волокон (POF) для более коротких расстояний – до 70 метров, волокон с пластиковой оболочкой (PCF) для расстояний до 100 метров и стекловолокна для еще больших расстояний и применений, требующих самых высоких скоростей передачи данных. В принципе, все типы волокон подходят для гибких применений, если соблюдаются рекомендуемые радиусы изгиба. Тогда не нужно бояться, что стекловолокно может треснуть. Однако для достижения максимально возможных характеристик передачи радиус изгиба оптоволоконных кабелей должен быть как минимум в 15 раз больше диаметра. Хотя меньший радиус изгиба не приведет к разрыву, это приведет к увеличению затухания, а это означает, что световой сигнал теряется в узкой петле, и его качество ухудшается. Материал, покрывающий волокна, во многом определяет, насколько хорошо волоконно-оптический кабель может противостоять динамической нагрузке. Здесь часто используются арамидные волокна, то есть синтетические волокна, придающие пуленепробиваемым жилетам или армированному пластику (FPR) их исключительные свойства. Если кабель растягивается, тканевая оболочка поглощает силу растяжения и предотвращает растяжение оптоволоконного кабеля.

За исключением стационарной установки, например, в домашних условиях, практически везде. В промышленности во всех областях применения, где что-то движется: на движущихся деталях машин или на технологических станциях, на производственных линиях, буксируемых цепях, в роботах, ветряных турбинах и на нефтяных вышках, в транспортных средствах и двигателях, на кранах и грузовых автомобилях, а также в областях применения, где есть вибрации.

Почти все кабели ÖLFLEX® и все кабели передачи данных UNITRONIC®, кабели брендов ETHERLINE® и HITRONIC® являются гибкими. Однако существуют различия в радиусах изгиба, которые необходимо учитывать. Некоторые кабели допускают изгиб только изредка, в то время как другие могут изгибаться миллионы раз. Некоторые кабели специально оптимизированы для кручения. К сожалению, не существует единого кабеля, подходящего для всех применений, но специалисты LAPP находят решения для всех возможных и невозможных кейсов. LAPP также предлагает подходящие аксессуары для соединения и защиты гибких кабелей в кабельных каналах и кабельных рукавах. Переход на корпус разъема имеет решающее значение при высокодинамичных применениях, в том числе и с кручением. Корпус должен надежно удерживать кабель и не должен пропускать влагу.

Волоконно-оптические кабели от LAPP являются хорошим примером того, как можно оптимизировать различные кабели. HITRONIC® TORSION был специально разработан для применения в условиях сильного кручения, например, в ветряных турбинах. Они имеют до двенадцати стеклянных волокон для одномодовой и многомодовой передачи, компенсатор натяжения из арамидных волокон и безгалогенную огнестойкую полиуретановую оболочку. HITRONIC® HDM имеет аналогичную структуру, но особенно подходит для намотки и размотки на кабельных барабанах. А HITRONIC® HRM FD подходит для установки в силовых цепях, где важна гибкость, но не кручение.

Тестирование продукции в испытательном центре компании в городе Штутгарте показывает, что LAPP не дает ложных обещаний. В старой лифтовой шахте тросы для ветряных турбин испытывают на кручение – такие испытания проводятся впервые в мире. Другие производители тестируют более короткие кабели, скрученные под более острыми углами, и экстраполируют эти данные для оценки показателей для более длинных кабелей. Однако решающее значение имеет не то, что на бумаге, а то, что происходит в реальных условиях.