יתרונות השימוש בכבלי בקרה גמישים עבור כיפופים מתמידים ביישומים תעשייתיים

חיבוריות חסונה הנתמכת על ידי כבלי בקרה רבי-מוליכים גמישים נדרשת כדי להבטיח תפקוד אמין של פעולות תעשייתיות כמו מפעלי הרכבה, מערכות מסועים, ציוד Pick-and-Place ועיבוד מזון ומשקאות. בחירת ואפיון כבלי בקרה עשויה להיראות פשוטה, אך זהו תהליך מסובך עם צורכי יישומים רבים ותקנים תעשייתיים שיש לקחת בחשבון.

בין התקנים בתעשייה ניתן למנות את רמות חסינות UL‏ מפני שמנים רמות I‏ ו-II‏, כמו גם בדיקת להבה אנכית UL 1581‏ עבור חסינות מפני אש; הכבל חייב לספק הגנה מכנית כמוגדר בבדיקות פגיעה ומעיכה UL 1277‏ ולהיות מסוגל לעמוד ביותר מ-8 מיליון מחזורים של כיפופים מתמידים בטמפרטורות פעולה מ-40°C- עד 90°C+. נדרש כבל עם מוליכי נחושת עם גדילים דקים בתוך מעטה PVC בעל נוסחה מיוחדת המותאמת עבור סביבות קשות כדי לעמוד בדרישות אלו. כבלים מסוככים זמינים עבור יישומים שבהם יש לשכך הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).

מאמר זה מפרט את היתרונות של כבלים בעלי גמישות גבוהה ואת היישומים המתאימים ביותר לשימוש בכבלים אלו בהקשר של תקני התעשייה לחסינות מפני שמנים, להבה והגנה מכנית. לאחר מכן הוא סוקר את סוגי התנועות הקיימות ביישומים תעשייתיים, קטגוריות כבלים גמישים ואפשרויות מבנה, ובוחןהיכן משתלבים כבלים רבי-מוליכים ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY‏ של Lapp‏. המאמר מסיים עם דוגמאות של כבלים גמישים מסוככים ולא-מסוככים של Lapp ובוחן את השימוש בבלוטות כבלים ביישומים סטנדרטיים ורגישים ל-EMI.

חסינות מפני שמנים

שמן משמש כחומר סיכה או נוזל קירור במכונות תעשייתיות שונות, ונוכחותו עלולה להביא לסכנה משמעותית לפעולתם ולאורך החיים של כבלים גמישים. לא כל חומרי הבידוד המשמשים בכבלים תעשייתיים מגיבים באותה צורה בנוכחות שמן. הנוסחה של החומר היא גורם מבדל באופן שבו הם מגיבים. גורם קריטי בחומרי בידוד הוא נוכחותם של חומרים פלסטיים התומכים בגמישות ומספקים עמידות בפני עייפות.

שמן ייספג בהתאם לחומר הבידוד, או שהחומר הפלסטי יסתנן החוצה. בכל מקרה, תכונות המתיחה של הבידוד, כמו גמישות, עלולות להיפגע באופן משמעותי. התהליך הוא כדלקמן (איור 1):

• תחילה, כאשר שמנים יוצרים מגע עם פוליוויניל כלוריד (PVC) או תרכובות בידוד פוליאולפין, הם מקיימים אינטראקציה עם החומר הפלסטי.
• אם חומר הבידוד הוא פוליאולפין, השמן ייספג ויגרום להתנפחות ולהחלשת הבידוד.
• אם חומר הבידוד הוא PVC, השמן עלול לגרום לחומר החומר הפלסטי להסתנן החוצה ולגרום להקשיית הבידוד.

איור 1: כאשר שמן יוצר מגע עם בידוד הכבל (משמאל), זה יכול לגרום לפוליאולפינים להתנפח ולהיחלש (במרכז), וזה יכול לגרום ל-PVC לאבד מהחומר הפלסטי, ובכך להקשות את הכבל (מימין). (מקור התמונה: Lapp‏)

כבלים המשמשים ביישומי כיפופים מתמידים כמו ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp נדרשים לעמוד בשתי רמות של בדיקת חסינות מפני שמן של UL:

• ברמה I טובלים את הכבל בשמן למשך ארבעה ימים ב-C‏°‏100‏. הכבל חייב לשמור על 50% מחוזק המתיחה הלא-מיושן שלו ו-50% מיכולת ההתארכות הלא-מיושנת שלו.
• ברמה II טובלים את הכבל בשמן למשך 60 יום ב-C‏°‏75‏. הכבל חייב לשמור על 65% מחוזק המתיחה הלא-מיושן שלו ו-65% מיכולת ההתארכות הלא-מיושנת שלו.

חסינות מפני בעירה

Lapp מגדירה שבע רמות של חסינות מפני בעירה, FR-00 עד FR-06. FR-00 מציין כבל שמתלקח ונשרף בקלות. בקצה השני של הספקטרום, FR-06 מציין כבלים בעלי חסינות גבוהה מפני להבה. הכבלים הגמישים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY הם בעלי דירוג FR-02 ונבדקים באמצעות מבחן להבה אנכית UL VW-1‏ (UL 1581‏).

במבחן זה, מבער רצועת Tirrill‏ מאפשר בקרה על זרימות האוויר והגז. הלהבה שבמפרט מיושמת על המדגם למשך 15 שניות ואז מוסרת. הלהבה מופעלת מחדש לאחר 15 שניות או כאשר הדגימה מפסיקה לבעור, לפי הארוך מביניהם. המבחן מורכבת מחמישה יישומים של 15 שניות כ"א של הלהבה. כדי לעמוד במבחן, אסור שהדגימה תפלוט להבה או חלקיקים זוהרים, ואסור שהכותנה הכירורגית בבסיס המבער תידלק. תקן IEC 60332-1 הוא המקביל ל-UL VW-1, וזמן הפעלת הלהבה משתנה לפי קוטר הכבל.

הגנה מכנית

הדרישות להגנה מכנית משתנות מאוד. במקרים מסוימים, הכבלים יידרשו לשרוד תאונות כמו פגיעות מחפצים נופלים או דריסה על ידי מלגזה או רכב אחר. יש מגוון של מבחני פגיעה ומעיכה עבור רמות שונות של הגנה. הכבלים הגמישים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY הם בעלי דירוג MP-02 כפי שהוגדרו במבחני פגיעה ומעיכה UL 1277 (טבלה 1).

טבלה 1: הכבלים הגמישים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp הם בעלי דירוג הגנה מכנית של MP-02. (מקור הטבלה: Lapp‏)

סוגי התנועות

ישנם שלושה סוגים בסיסיים של תנועה במערכות תעשייתיות (איור 2):

• כבלים גמישים המשמשים ביישומים לא-אוטומטיים עם תנועה אקראית. יישומים טיפוסיים כוללים מכונות עיבוד וציוד נייד.
• כבלים עם כיפופים רצופים עם תנועה ליניארית קבועה במערכות אוטומטיות ועם כוחות רצופים במהלך הכיפוף. היישומים יכולים לכלול מסלולי-C אופקיים ואנכיים, שרשראות גרירה, שרשראות כוח, מכללים אוטומטיים וכו'. הם יכולים לנוע קדימה ואחורה בקצבים מהירים יותר מחמישה מטר לשנייה ולחוות כוחות הגדולים מפי חמישה מהאצת הכבידה.
• כבלי פיתול נתונים לכיפוף ופיתול בשלושה כיוונים. יישומים נפוצים כוללים רובוטים תעשייתיים, מכונות Pick-and-Place‏ ופעולות הרכבה.

איור 2: שלושת סוגי התנועה הנפוצים שנתקלים בהם במערכות תעשייתיות כוללים כיפוף אקראי (שמאל), כיפוף מתמיד (מרכז) ופיתול (ימין). (מקור התמונה: Lapp‏)

יש לקחת בחשבון מספר משתנים בעת השוואת כבלים עבור כיפופים מתמידים, כולל רדיוס הכיפוף, מרחק, תאוצה, מהירות ומשקל. יש להתאים את מפרטי הכבלים לצורכי היישום הספציפיים. הכבלים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp הם בעלי דירוג כיפוף מתמיד של CF-02 ויכולים להתמודד עם עד 8 מיליון מחזורי כיפוף (טבלה 2). יש להם דירוגי רדיוס כיפוף מינימלי של פי 7.5 מקוטר הכבל עבור כבלים לא-מסוככים ופי 10 מקוטר הכבל עבור כבלים מסוככים. משפחת ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY כוללת מגוון תכני כבלים עם מספרים שונים של מוליכים, קטרים שונים ומשקלים שונים כדי להתאים למגוון של צורכי יישום.

טבלה 2: כבלי ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp הם בדירוג של CF-02 עבור כיפוף מתמשך בינוני. (מקור הטבלה: Lapp‏)

קטגוריות כבלים ומבנה

המפרט של כבלים תעשייתיים הוא בדרך כלל במונחים של שטח חתך-הרוחב של החוטים במקום הקוטר. שטח חתך-רוחב הוא מדד בעל ערך מכיוון שהוא פרופורציונלי ישר לחוזק ולמשקל של החוט וביחס הפוך להתנגדות שלו. הוא מתייחס גם ליכולת נשיאת הזרם המקסימלי. אך יש לזה מגבלות.

לסוג מסוים של נחושת יש התנגדות גבוהה יותר לעומת נחושת אחרת. ניתן להשתמש בשטח חתך-הרוחב עבור השוואות רק אם החוטים הנבדקים משתמשים בנחושת בעלת אותו דירוג. IEC 60228‏ / VDE 0295‏ נותן מענה לאותם אתגרים על ידי סיווג החוטים לפי ההתנגדות במקום לפי הממדים הפיזיים.

בנוסף למאפיינים של חוטים בודדים, כבלים תעשייתיים מוגדרים על ידי מספר וגודל המוליכים ומספר גדילי החוטים בכל מוליך. VDE 0295‏ מגדיר מספר סוגים של מוליכים המבוססים על יכולות גמישות וטמפרטורה, כולל:

• Class 1 הם מוליכים מוצקים.
• Class 2 הם מוליכים עם גדילים המיועדים עבור התקנה קבועה.
• Class 5 הם מוליכים גמישים עם גדילים דקים.
• Class 6 הם מוליכים עם חוטים סופר-עדינים עבור מוליכים גמישים ביותר. המוליכים ב-ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp עולים על הדרישות של Class 6.

בנוסף להיותם מוגדרים על ידי גמישות המבוססת על גדילי כבלים, כבלים תעשייתיים מוגדרים על ידי המבנה שלהם. שלושת המבנים הנפוצים ביותר של כבלים אלה הם (איור 3):

• Unilay‏ או אגד מוליכים מפותלים המונחים יחד באותו כיוון ועם אותו אורך. כבלים אלה מתאימים עבור יישומים נייחים.
• מוליכים קונצנטריים וקונטרה-הליקליים מורכבים משכבות מוגדרות היטב של מוליכים המונחים באופן הליקלי. כל שכבה מונחת בכיוון הפוך ובאורך הולך וגדל. כבלים אלה מתאימים עבור תכני כיפופים מתמידים.
• מוליכי Unilay‏ קונצנטריים מוקפים בשכבה אחת או יותר של מוליכים המונחים באופן הליקלי באותו כיוון ועם אורך שכבה הולך וגדל בכל שכבה שלאחריה. כבלים אלה מתאימים עבור יישומי פיתולים וכיפופים מתמידים.

איור 3: כבלי Unilay או אגד מתאימים עבור יישומים נייחים, כבלים קונטרה-הליקליים קונצנטריים מתאימים עבור יישומי כיפופים מתמידים, וכבלי Unilay‏ קונצנטריים מתאימים עבור יישומי פיתולים וכיפופים מתמידים. (מקור התמונה: Lapp‏)

כבלים עבור כיפופים מתמידים

הכבלים עבור כיפופים מתמידים של Lapp מדורגים עבור V‏ 600‏ ותחום טמפרטורות של C‏°‏5‏- עד C‏°‏90‏+ (40°C- עד 90°C+ עבור יישומים נייחים). הכבלים הלא-מסוככים ÖLFLEX FD 890 זמינים בגדלים של AWG‏ 20‏ עד AWG‏ 2‏, והכבלים המסוככים זמינים בגדלים של AWG‏ 20‏ עד AWG‏ 6‏. הכבלים המסוככים ÖLFLEX FD 890 CY הם בעלי מקלעת נחושת מצופה בדיל המעניקה 85% כיסוי, והיא מומלצת כאשר יש צורך בשיכוך EMI. (איור 4‏).

איור 4: Lapp מציעה כבלים לא-מסוככים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890 (למעלה) וכבלים מסוככים עבור כיפופים מתמידים ÖLFLEX FD 890 CY (למטה). (מקור התמונה: Lapp‏)

דוגמאות של כבלי ÖLFLEX FD 890 לא-מסוככים כוללות:

• 8920034, כבל עם שלושה מוליכים AWG‏ 20‏ עם קוטר חיצוני של 6.7 מ"מ, משקל נחושת של 10 פאונד לאלף רגל (lbs/mft‏), ומשקל כולל של כ-lbs/mft‏ 43‏
• 8920044, כבל עם ארבעה מוליכים AWG‏ 20‏ עם קוטר חיצוני של 7.4 מ"מ, משקל נחושת של lbs/mft‏ 16‏, ומשקל כולל של כ-lbs/mft‏ 53‏

דוגמאות של כבלי ÖLFLEX FD 890 מסוככים כוללות:

• 8918034S, כבל עם שלושה מוליכים AWG‏ 18‏ עם קוטר חיצוני של 9.5 מ"מ, משקל נחושת של lbs/mft‏ 40‏, ומשקל כולל של כ-lbs/mft‏ 91‏
• 8914044S, כבל עם ארבעה מוליכים AWG‏ 14‏ עם קוטר חיצוני של 14.0 מ"מ, משקל נחושת של lbs/mft‏ 103‏, ומשקל כולל של כ-lbs/mft‏ 181‏
• 8912044S, כבל עם ארבעה מוליכים AWG‏ 12‏ עם קוטר חיצוני של 16.5 מ"מ, משקל נחושת של lbs/mft‏ 160‏, ומשקל כולל של כ-lbs/mft‏ 302‏

בלוטות כבלים

בלוטות כבלים משמשות להכנסת כבלים לתוך הבתים שלהם. הם אוטמים בבטחה את הכבל והבית ומעניקים מעצור מתיחה (Strain Relief‏) לכבל. הם גם מגנים על הבית מפני אבק, רטיבות ומזהמים אחרים ומבטיחים הרכבה חסונה ואמינה. בלוטות הכבלים של Lapp מתוכננות ונבדקות בהתאם לתקן DIN EN 62444‏. דוגמאות לבלוטות הכבלים שמציעה Lapp כוללות את (איור 5):

• בלוטות כבלים מפליז SKINTOP MS-SC עם מגעי רשת בעלי התנגדות נמוכה ומגעי EMC גמישים עם מוליכות גבוהה, כגון 53112920‏
• בלוטות כבלים מפוליאמיד SKINTOP SL/SLR כגון 53015200‏ - בלוטות כבלים עמידות, אטומות לנוזלים, קלות להרכבה ועם מעצור מתיחה (Strain Relief‏), כאשר אין צורך בבקרת EMI

איור 5: Lapp מציעה בלוטות כבלים מפליז לבקרת EMI בנוסף לאיטום לסביבה ומעצור מתיחה (Strain Relief‏) (שמאל ומרכז) ובלוטות כבלים מפוליאמיד (ימין) עבור יישומים שאינם דורשים בקרת EMI. (מקור התמונה: Lapp‏)

סיכום

כבלים עבור כיפופים מתמידים תומכים במערכות תעשייתיות כמו פעולות הרכבה, מסועים, ציוד Pick-and-Place‏ ועיבוד מזון ומשקאות. כבלי ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY של Lapp עומדים או עולים על דרישות התעשייה עבור עמידות מפני שמנים ולהבה והגנה מכנית, והם מדורגים עבור עד 8 מיליון מחזורי כיפוף. הם זמינים במגוון רחב של גדלים, עם ובלי סיכוך, וניתן להשתמש בהם יחד עם בלוטות הכבלים של החברה כדי לספק פתרונות חסינים לסביבה.