Flexibel

Flexibele kabels

Wat zijn flexibele kabels en draden?

De eenvoudigste draad is een massieve geleider met een plastic omhulsel. Het kan worden gebogen en behoudt deze buiging. Dit moet je niet te vaak doen, want dan breekt de draad. Eenvoudige draden als deze zijn te vinden in loodgieterssystemen thuis. Eenmaal geïnstalleerd, blijft de kabel tientallen jaren onaangeroerd op zijn plaats. Voor de vele andere toepassingen waarbij kabels flexibel en elastisch moeten zijn, zijn dergelijke massieve geleiders niet geschikt. Daar zijn de geleiders in de kernen gemaakt van gevlochten koperlitzen, bundels van fijne draden. Deze kunnen, afhankelijk van het ontwerp, miljoenen buigcycli aan zonder te breken en hun eigenschappen te verliezen om stroom of gegevens over te brengen.

Een van de meest mechanisch belastende plaatsen om een draad te gebruiken is in een kabelrups. Daar liggen stroom-, servo- en datakabels dicht bij elkaar en bewegen ze heen en weer in de werkcyclus van een machine. In sommige gevallen sneller dan vijf meter per seconde met meer dan vijf keer de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. De kabels worden dusdanig in de kabelrups gelegd dat ze slechts in één richting worden gebogen. Dit is echter slechts één van de drie mogelijke soorten bewegingen:

  • Buigen: de kabel wordt gebogen, soms miljoenen keren

  • Torsie: de kabel word in de lengterichting gedraaid. Pure torsiebewegingen worden in windturbines aangetroffen bij kabels die van de roterende gondel naar beneden in de toren lopen. Ze zijn echter zeldzaam; in de meeste toepassingen worden kabels en geleiders zowel gebogen als gedraaid.

  • Op en neer: dit geldt bijvoorbeeld voor kabels in de evenemententechniek of voor live-tv, die van haspels worden afgewikkeld en na het evenement weer worden opgerold en opgeslagen.

Speciale robotkabels verschillen in vele opzichten van andere robuuste kabels voor bewegende toepassingen. Het belangrijkste verschil: robotkabels zijn gedurende hun gehele levensduur bestand tegen zowel buiging als torsie; zij worden tijdens de ontwikkeling fundamenteel anders ontworpen dan bijvoorbeeld een kabel voor een kabelrups. Drie parameters zijn belangrijk voor een robotkabel:

  • Geleiderklasse: robotkabels die worden blootgesteld aan torsiebelasting hebben meestal fijndradige litzen van klasse 5. Zeer flexibele kabels zoals de ÖLFLEX® FD of ÖLFLEX® CHAIN, die worden blootgesteld aan niets anders dan buigbelastingen, bijvoorbeeld in kabelrupsen of lineair bewegende assen van portaalrobots, bevatten zelfs fijndradige litzen van klasse 6. Zelfs de hoogste geleiderklasse 6 is echter niet voldoende voor de hoogste eisen. Daarom gebruiken wij bij LAPP, buiten de norm om, gevlochten draad voor kabels die zeer flexibel moeten zijn. Hierbij zijn de afzonderlijke draden met diameters tot 0,05 millimeter aanzienlijk dunner dan de dunst gevlochten draden binnen de norm.

  • Torsiehoek: deze hoek wordt gespecificeerd in graden per meter draadlengte. Een typische waarde is 360°/m, zodat een kabel per meter lengte eenmaal om zijn as kan worden gedraaid zonder beschadigd te raken. Dit geldt voor kabels zonder afscherming. Voor kabels met afscherming is de waarde gewoonlijk 180°/m of een halve slag per meter.

  • Buigradius: deze moet tussen 4x en 7,5x de buitendiameter bedragen. In sommige gevallen moet de buigradius zelfs aanzienlijk kleiner zijn dan bij kabels die alleen voor incidentele bewegingen zijn ontworpen. Hierdoor kan de kabel in krappe radii worden geleid en strak in kabelassemblages worden verwerkt.

Naast de klasse van de flexibele geleider zijn er nog andere aspecten die een flexibele geleider van een minder flexibele onderscheiden. Eén is het vlechtwerk. Om te begrijpen wat hiermee bedoeld wordt, volgt hier een vergelijkend voorbeeld dat iedereen kent: een haarvlecht. Hoe strakker je dit vlecht, hoe dikker het wordt, met afwisselend dikkere en dunnere delen. Als je gewoon hetzelfde aantal haren in een parallelle bundel verzamelt, is die merkbaar dunner. De dikte neemt toe als je de haarbundel draait. Iets soortgelijks gebeurt met de koperen litzen tijdens het vlechten. De fijne metalen draden zijn gedraaid (ookwel getwist) omdat dit de flexibiliteit verbetert. Als alle litzen en alle kernen parallel waren, zouden bij elke buiging van de kabel de koperdraden aan de buitenkant worden uitgerekt en die aan de binnenkant worden samengedrukt. Dit zou de kabel zeer stijf maken. Dikte en soepelheid kunnen worden geregeld door de slaglengte: de afstand voor één omwenteling van de twist. Als de kabel langer is en dus minder wordt getwist, zal hij dunner zijn.

Kabels die veel worden bewogen, bevatten steunelementen: deze helpt de onderdelen binnenin om met zo weinig mogelijk wrijving tegen elkaar te bewegen. Zij dienen ook als vulmiddel dat de kabel rond houdt. Dit is belangrijk wanneer de kabel door een wartel loopt of aan een connector bevestigd is. Als de buitenmantel niet goed rond is, zullen er hier problemen zijn met de tonus. Steunelementen kunnen gevlochten fijne kunststofvezels zijn die zich in de ruimten tussen de kernen bevinden. Dikkere kernen worden vaak omwikkeld met een non-woven omwikkeling van polytetrafluorethyleen, die het tegen elkaar schuiven vergemakkelijkt, vooral bij torsie.

Of een kabel dergelijke bewegingen in de loop van de tijd kan weerstaan, hangt ook af van het materiaal van de buitenmantel. Materiaaldeskundigen staan voor de uitdaging dat zij naast mobiliteit meestal ook andere eigenschappen zoals brandgedrag of bestendigheid tegen olie, chemicaliën en reinigingsmiddelen met elkaar in overeenstemming moeten brengen. PVC domineert nog steeds de markt voor bekledingsmaterialen, maar andere materialen zoals thermoplastische elastomeren (TPE) of polyurethaan, dat de eerste keuze is voor zeer dynamische toepassingen, zoals in de ÖLFLEX® SERVO FD 796 CP, hebben ook ingang gevonden. Polypropyleen is bijzonder geschikt gebleken voor het isoleren van de kernen in bewegende toepassingen. Het heeft zeer goede elektrische isolatie-eigenschappen met een hoge sterkte en een lage dichtheid.

Voor een supersnelle overdracht van grote datahoeveelheden over lange afstanden zijn glasvezelkabels de eerste keuze. Zij bestaan uit kunststofvezels (POF) voor kortere afstanden tot 70 meter. PCF-vezels (met kunststof beklede glasvezels) zijn geschikt voor afstanden tot 100 meter en glasvezels voor nog grotere afstanden en voor toepassingen die de hoogste overdrachtssnelheden vereisen. In principe zijn alle soorten vezels geschikt voor bewegende toepassingen, op voorwaarde dat de aanbevolen buigradii in acht worden genomen. Dan hoef je je geen zorgen te maken over een splijtende vezel. Voor de hoogste transmissieprestaties mag de buigradius van optische vezels echter niet kleiner zijn dan 15x de diameter. Gebeurt dit wel dan breekt hij niet, maar neemt de verzwakking toe. Dit betekent dan dat licht verloren gaat in de krappe curve en dat de signaalkwaliteit eronder lijdt. Hoe goed een glasvezelkabel tegen beweging bestand is, hangt grotendeels af van de materialen die de vezel omringen. Vaak gaat het om aramiden, d.w.z. hoogwaardige synthetische vezels die bijvoorbeeld in kogelwerende vesten of met vezels versterkte kunststoffen hun bijzondere eigenschappen verlenen. Als de kabel wordt uitgerekt, dan absorbeert de aramide textielmantel de trekkracht en voorkomt dat de optische vezel ook wordt uitgerekt.

Waar worden flexibele kabels gebruikt?

Behalve voor vaste installatie, bijvoorbeeld in huisinstallaties, bijna overal. In de industrie in alle toepassingen waar iets beweegt: op bewegende machineonderdelen of in verwerkingsstations op productielijnen, in kabelrupsen, op robots, in windturbines en olieboorplatforms, in voertuigen en motoren, op kranen en bedrijfsvoertuigen, zelfs in toepassingen waar trillingen optreden.

Welke flexibele kabels zijn verkrijgbaar bij LAPP?

Bijna alle kabels van het merk ÖLFLEX® en alle datakabels van de merken UNITRONIC®, ETHERLINE® en HITRONIC® zijn flexibel. Er zijn verschillen in de buigradii, die strikt in acht moeten worden genomen. Sommige kabels kunnen slechts af en toe worden gebogen, andere kunnen miljoenen keren worden gebogen. Sommige kabels zijn speciaal geoptimaliseerd voor torsiebewegingen. Helaas bestaat er niet één kabel die geschikt is voor alle toepassingen, maar de toepassingsdeskundigen van LAPP vinden een oplossing voor elke mogelijke en onmogelijke toepassing. LAPP levert ook geschikte accessoires om flexibele kabels aan te sluiten en te beschermen in kabelgoten en kabelbuizen. Vooral in hoogdynamische toepassingen, zelfs met torsie, is de aansluiting met de connectorbehuizing van kritisch belang. De behuizing moet de kabel stevig vasthouden, zodat deze er niet uit kan glijden of er geen vocht kan binnendringen.

Een goed voorbeeld van hoe verschillende kabels kunnen worden geoptimaliseerd, zijn de glasvezelkabels van LAPP. De HITRONIC® TORSION is speciaal ontworpen voor toepassingen met hoge torsiekrachten, zoals in windkrachtcentrales. Het heeft tot twaalf glasvezels voor single- en multimode transmissie, een trekontlasting van aramidevezels en een halogeenvrije en brandvertragende buitenmantel van polyurethaan. De HITRONIC® HDM heeft een soortgelijke kabelopmaak, maar is bijzonder geschikt voor het op- en afrollen op kabelhaspels. En de HITRONIC® HRM FD is geschikt voor installatie in kabelrupsen, waar een hoge flexibiliteit vereist is, maar geen torsie.

De tests bij LAPP in Stuttgart bewijzen dat LAPP hier geen valse beloften doet. Kabels voor windturbines worden getest op torsiebewegingen in een twaalf meter hoge oude liftschacht - dit is uniek in de wereld. Andere fabrikanten testen kortere kabeldelen, die zij onder een kleinere hoek draaien, en extrapoleren dit naar langere kabellengtes. Doorslaggevend is echter niet wat er op papier staat, maar wat er onder reële omstandigheden uitkomt.

Producten

Flexibele glasvezelkabels

voor industriële toepassing

ÖLFLEX® voedingskabel en besturingskabel

voor gebruik in kabelrupsen