Auswahl flexibler Kabel für industrielle Anwendungen

Vor kurzem besuchte ich eine Robotik-Ausstellung in einem lokalen Makerspace. Der Einfallsreichtum und die Vielfalt der ausgestellten Geräte waren beeindruckend. Besonders beeindruckt war ich von Spot, dem hundeähnlichen Roboter von Boston Dynamics, obwohl ich zugeben muss, dass ich seine nicht ganz hündischen Bewegungen nervig fand.

Diese Erfahrung führte uns die Herausforderungen vor Augen, die die Verteilung von Energie und Daten in beweglichen Maschinen mit sich bringt. Bei etablierten Anwendungen wie Pick&Place-Systemen bis hin zu neuen Bereichen wie Cobots müssen sich Kabel regelmäßig biegen und verdrehen. Dies ist ein Problem für herkömmliche Kabel, die für statische Anwendungen ausgelegt sind. Bei wiederholter Biegung können diese Kabel durch eine Vielzahl von Faktoren beschädigt werden. Beispiel:

• Der Kabelmantel kann durch Abrieb mit Kabelführungssystemen oder anderen Umwelteinflüssen beschädigt werden.
• Die Isolierung und die Ummantelung können durch die wiederholte Belastung reißen oder brechen.
• Die Leiter und die Abschirmung können brechen, insbesondere bei Anwendungen mit komplexen Bewegungen, die eine ständige Biegung des Kabels erfordern.

In rauen Umgebungen können die Auswirkungen dieser Verschlechterung durch das Vorhandensein von abrasiven oder korrosiven Materialien und extremen Temperaturen noch verschlimmert werden. Diese Umwelteinflüsse können den Mantel und die Isolierung schwächen, so dass sie anfällig für Ausfälle werden.

Um die Langlebigkeit von Anwendungen wie diesen zu gewährleisten, ist es hilfreich, eine Designphilosophie zu verfolgen, die von außen nach innen gerichtet ist. Beispiel:

• Stellen Sie zunächst sicher, dass der Kabelmantel den äußeren Umwelteinflüssen standhält.
• Stellen Sie fest, ob ein Abschirmsystem erforderlich ist, und prüfen Sie, ob es den zu erwartenden Belastungen standhält.
• Vergewissern Sie sich, dass das Kabel eine geeignete innere Struktur hat, einschließlich Leitern, die für wiederholtes Biegen ausgelegt sind.

Wir werden jeden dieser Faktoren näher untersuchen.

Auswahl eines haltbaren Kabelmantels

Flexible Kabel für industrielle Umgebungen haben in der Regel Ummantelungen aus Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PUR) oder thermoplastischem Elastomer (TPE). Obwohl jedes Material seine Vorteile hat, bietet TPE eine bessere Beständigkeit gegen die meisten Umweltgefahren (Abbildung 1). TPE zeichnet sich auch durch seine außergewöhnliche Flexibilität aus, da es wiederholtes Biegen und Knicken aushält, ohne zu reißen oder zu brechen.

Abbildung 1: TPE bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen die meisten Umweltgefahren. (Bildquelle: Alpha Wire)

Diese Vorteile zeigen sich bei den flexiblen Xtra-Guard-TPE-Kabeln von Alpha Wire. Diese Kabel sind für 1 Million Biegezyklen ausgelegt und verfügen über die Flammfestigkeitsklassen Oil Res I/II und FT4. Sie sind für hohe Zuverlässigkeit und Performance in Anwendungen wie der Fertigungsrobotik und der Bewegungssteuerung konzipiert.

Diese Kabel sind in den Bewertungsklassen PLTC (Power-Limited Tray Cable = leistungsbegrenzte Trassenkabel) oder als TC (Tray Cable = Trassenkabel) erhältlich. Die PLTC- und TC-Bewertungen bedeuten, dass ein Kabel ohne zusätzlichen Schutz direkt in Kabeltrassen oder Kabelkanälen verlegt werden kann, sogar in Außenbereichen, was die Installation vereinfacht und die Kosten senkt.

Alpha Wire bietet auch kontinuierlich biegbare Xtra-Guard-TPE-Steuerleitungen für rollend-flexible Anwendungen, wie z. B. Portalsysteme. Diese Kabel verfügen über eine noch robustere Konstruktion, um extremen Belastungen standzuhalten.

Gleichgewicht von Flexibilität und Wirksamkeit von Abschirmmaterial

Die Möglichkeiten zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen (EMI) können überwältigend sein. Es muss aus einer breiten Palette von Materialien wie Kupfer und Aluminium sowie zahlreichen Konstruktionsmethoden wie Folien und Geflechten gewählt werden. Bei jeder Option gibt es Kompromisse in Bezug auf die Wirksamkeit der Abschirmung, die mechanische Widerstandsfähigkeit, die Kosten und das Gewicht.

Eine Möglichkeit, diese Kompromisse zu minimieren, ist die Verwendung einer Kombination von Abschirmungen. Das exklusive Supra-Shield-Kabel von Alpha Wire beispielsweise verwendet eine Aluminium/Polyester/Aluminium-Folie und ein verzinntes Kupfergeflecht als Abschirmung für eine enge 75%ige Abdeckung. Wie in Abbildung 2 dargestellt, bietet die Kombination aus Folien- und Geflechtabschirmung eine hervorragende EMI-Leistung bei gleichzeitig hoher Flexibilität.

Abbildung 2: Supra-Shield kombiniert Folien- und Geflechtschirme, um eine hervorragende Performance zu erzielen. (Bildquelle: Alpha Wire)

Entwicklung von Leitern für eine lange Lebensdauer

Die Leiter in einem flexiblen Kabel sollten eine Litzenstruktur aufweisen, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten (Abbildung 3). Diese Konstruktion verteilt die Biegespannung, anstatt sie auf einen einzigen Punkt zu konzentrieren, und verringert so die Ermüdung des Metalls und das Risiko von Brüchen. Alle flexiblen Xtra-Guard-TPE-Kabel bieten eine Litzenstruktur und bieten Größen von 10 bis 20 AWG und Leiterzahlen von 2 bis 12.

Abbildung 3: Litzenleiter wie die hier gezeigten verteilen die Belastung, um die Metallermüdung zu verringern. (Bildquelle: Alpha Wire)

Fazit

Bewegliche Maschinen stellen besondere Herausforderungen an die Verkabelung. Für die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Systems ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Kabel den harten Anforderungen dieser Anwendungen und ihrer Betriebsumgebung standhalten. Wie gezeigt, bieten Materialien wie TPE eine überragende Widerstandsfähigkeit und Flexibilität, während innovative Abschirmungssysteme wie Supra-Shield von Alpha Wire eine optimale EMI-Performance ohne Abstriche bei der Haltbarkeit bieten. Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung von Leitern mit Litzenstruktur, dass diese Kabel den Belastungen in ihren Anwendungen standhalten können.