Avantages de l'utilisation de câbles de commande flexibles continus dans les applications industrielles

Une connectivité robuste soutenue par des câbles de commande multiconducteurs flexibles est requise pour garantir un fonctionnement fiable des opérations industrielles telles que les usines d'assemblage, les systèmes de convoyeurs, les équipements de placement automatisé et la transformation des aliments et des boissons. La sélection et la spécification des câbles de commande peuvent sembler simples, mais il s'agit d'un processus complexe avec de nombreux besoins applicatifs et normes industrielles à prendre en compte.

Parmi les normes industrielles figurent la norme UL niveaux I et II en matière de résistance aux huiles, et le test vertical d'inflammabilité UL 1581 pour la résistance au feu. Le câble doit fournir une protection mécanique telle que définie dans les tests d'impact et d'écrasement UL 1277 et être capable de résister à plus de 8 millions de cycles de flexion continue à des températures de fonctionnement de -40°C à +90°C. Seul un câble avec des conducteurs en cuivre finement toronnés dans une gaine en PVC spécialement formulée et adaptée aux environnements difficiles peut répondre à ces exigences. Des câbles blindés sont disponibles pour les applications dans lesquelles les interférences électromagnétiques (EMI) doivent être supprimées.

Cet article détaille les avantages des câbles hautement flexibles ainsi que les applications qui se prêtent le mieux à leur utilisation dans le contexte des normes industrielles en matière de résistance aux huiles, de résistance aux flammes et de protection mécanique. Il passe ensuite en revue les types de mouvements rencontrés dans les applications industrielles, les classes de câbles flexibles et les options de construction, et présente des cas d'utilisation des câbles multiconducteurs ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp. Enfin, des exemples de câbles flexibles blindés et non blindés de Lapp sont présentés et l'utilisation de presse-étoupes dans des applications standard et sensibles aux EMI est expliquée.

Résistance aux huiles

L'huile est utilisée comme lubrifiant ou liquide de refroidissement dans de nombreuses machines industrielles, et sa présence peut mettre en danger le fonctionnement et la durée de vie des câbles flexibles. Tous les matériaux isolants utilisés sur les câbles industriels ne réagissent pas de la même manière en présence d'huile. La formulation du matériau est un facteur de différenciation dans la façon dont ils réagissent. Un facteur critique dans les matériaux isolants est la présence de plastifiants qui favorisent la flexibilité et offrent une résistance à la fatigue.

L'huile sera absorbée selon le matériau isolant, ou le plastifiant sera libéré. Dans les deux cas, les propriétés de traction de l'isolant, comme la flexibilité, peuvent être considérablement dégradées. Le processus est le suivant (Figure 1) :

• Premièrement, lorsque les huiles entrent en contact avec du polychlorure de vinyle (PVC) ou des composés isolants en polyoléfine, elles interagissent avec les plastifiants.
• Si le matériau isolant est en polyoléfine, l'huile est absorbée, provoquant un gonflement et une fragilisation de l'isolant.
• Si le matériau isolant est en PVC, l'huile peut provoquer l'écoulement du plastifiant et entraîner le durcissement de l'isolant.

Figure 1 : Lorsque l'huile entre en contact avec l'isolant du câble (à gauche), les polyoléfines peuvent gonfler et se fragiliser (au centre), et le PVC peut perdre une partie de son plastifiant, entraînant le durcissement du câble (à droite). (Source de l'image : Lapp)

Les câbles utilisés dans les applications à flexion continue comme l'ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp doivent répondre à deux niveaux de tests UL de résistance aux huiles :

• Le niveau I place le câble dans l'huile pendant quatre jours à 100°C. Le câble doit conserver 50 % de sa résistance à la traction initiale et 50 % de sa capacité d'allongement initiale.
• Le niveau II place le câble dans l'huile pendant 60 jours à 75°C. Le câble doit conserver 65 % de sa résistance à la traction initiale et 65 % de sa capacité d'allongement initiale.

Résistance aux flammes

Lapp définit sept niveaux de résistance aux flammes, de FR-00 à FR-06. FR-00 indique un câble qui s'enflamme et brûle facilement. À l'autre extrémité du spectre, FR-06 indique des câbles à haute résistance aux flammes. Les câbles flexibles continus ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY sont répertoriés FR-02 et sont testés selon le test de flamme verticale UL VW-1 (UL 1581).

Dans ce test, un brûleur à ruban Tirrill permet de contrôler les débits d'air et de gaz. Une flamme spécifiée est appliquée à l'échantillon pendant 15 secondes, puis retirée. La flamme est réappliquée après 15 secondes ou lorsque l'échantillon cesse de brûler, selon la période la plus longue. Le test consiste en cinq applications de 15 secondes de la flamme. Pour réussir le test, l'échantillon ne doit pas émettre de flamme ou de particules incandescentes, et le coton chirurgical à la base du brûleur ne doit pas s'enflammer. La norme CEI 60332-1 est l'équivalent de la norme UL VW-1 et le temps d'application de la flamme varie en fonction du diamètre du câble.

Protection mécanique

Les exigences en matière de protection mécanique varient considérablement. Dans certains cas, les câbles doivent pouvoir résister à des accidents, tels que l'impact de la chute d'objets ou l'écrasement par un chariot élévateur ou un autre véhicule. Il existe une variété de tests d'impact et d'écrasement pour différents niveaux de protection. Les câbles flexibles continus ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY sont répertoriés MP-02 comme défini dans les tests d'impact et d'écrasement UL 1277 (Tableau 1).

Tableau 1 : Les câbles flexibles continus ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp ont un indice de protection mécanique MP-02. (Source du tableau : Lapp)

Type de mouvement

Il existe trois types de mouvements de base rencontrés dans les systèmes industriels (Figure 2) :

• Les câbles flexibles sont utilisés dans les applications non automatisées qui subissent des mouvements aléatoires. Les applications typiques incluent les machines-outils et les équipements portables.
• Les câbles à flexion continue sont soumis à un mouvement linéaire constant dans les systèmes automatisés et subissent des forces continues lors de la flexion. Les applications peuvent inclure les chemins de câbles horizontaux et verticaux, les chaînes porte-câbles, les chaînes d'alimentation, les assemblages automatisés, etc. Ces équipements peuvent se déplacer d'avant en arrière à une vitesse supérieure à cinq mètres par seconde et subir des forces supérieures à cinq fois l'accélération de la gravité.
• Les câbles de torsion sont soumis à des flexions et des torsions en trois dimensions. Les applications courantes incluent les robots industriels, les machines de placement automatisé et les opérations d'assemblage.

Figure 2 : Les trois types de mouvements courants rencontrés dans les systèmes industriels incluent la flexion aléatoire (à gauche), la flexion continue (au centre) et la torsion (à droite). (Source de l'image : Lapp)

Plusieurs variables doivent être prises en compte lors de la comparaison de câbles flexibles continus, notamment le rayon de courbure, la distance, l'accélération, la vitesse et le poids. Les spécifications du câble doivent être adaptées aux besoins spécifiques de l'application. Les câbles flexibles continus ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp ont un indice de flexion continue CF-02 et peuvent supporter jusqu'à 8 millions de cycles de flexion (Tableau 2). Ils ont un rayon de courbure minimum de 7,5 fois le diamètre du câble pour les câbles non blindés et de 10 fois le diamètre du câble pour les câbles blindés. La famille ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY comprend une variété de modèles de câbles avec différents nombres de conducteurs, différents diamètres et différents poids pour répondre à un éventail de besoins applicatifs.

Tableau 2 : Les câbles ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp sont répertoriés CF-02 pour une flexion continue modérée. (Source du tableau : Lapp)

Classes de câbles et construction

Les câbles industriels sont généralement spécifiés en termes de section transversale des fils plutôt que de diamètre. La section transversale est une mesure précieuse car elle est directement proportionnelle à la force et au poids d'un fil et inversement proportionnelle à sa résistance. Elle est également liée au courant admissible maximum. Mais elle a ses limites.

Certains cuivres ont une résistivité plus élevée que d'autres. La section transversale ne peut être utilisée à des fins de comparaison que si les fils examinés utilisent la même qualité de cuivre. La norme VDE 0295 / CEI 60228 répond à ces défis en catégorisant les fils par résistance plutôt que par dimensions physiques.

Outre les caractéristiques des fils individuels, les câbles industriels sont définis par le nombre et la taille des conducteurs ainsi que par le nombre de brins de fil dans chaque conducteur. La norme VDE 0295 définit plusieurs classes de conducteurs en fonction de leurs capacités de flexibilité et de température, notamment :

• La classe 1 fait référence aux conducteurs pleins.
• La classe 2 fait référence aux conducteurs divisés destinés à une installation fixe.
• La classe 5 fait référence aux conducteurs flexibles finement toronnés.
• La classe 6 utilise des fils super-fins pour des conducteurs très flexibles. Les conducteurs de l'ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp dépassent les exigences de classe 6.

En plus d'être définis par la flexibilité basée sur le toronnage des câbles, les câbles industriels se définissent par leur construction. Les trois structures les plus courantes de ces câbles sont les suivantes (Figure 3) :

• Les conducteurs unilay ou en faisceau sont torsadés avec la même direction de pas et la même longueur de pas. Ces câbles conviennent aux applications stationnaires.
• Les conducteurs contre-hélicoïdaux concentriques sont constitués de couches bien définies de conducteurs disposés en spirale. Chaque couche a une direction de pas inverse et une longueur de pas croissante. Ces câbles conviennent aux conceptions à flexibilité continue.
• Les conducteurs unilay concentriques sont entourés d'une ou de plusieurs couches de conducteurs disposés en spirale avec la même direction de pas et une longueur de pas croissante dans chaque couche successive. Ces câbles conviennent aux applications de torsion et de flexion continue.

Figure 3 : Les câbles unilay ou en faisceau conviennent aux applications stationnaires, les câbles contre-hélicoïdaux concentriques conviennent aux applications de flexion continue et les câbles unilay concentriques conviennent aux applications de torsion ou de flexion continue. (Source de l'image : Lapp)

Câbles flexibles continus

Les câbles flexibles continus de Lapp sont répertoriés pour 600 V et pour des températures de -5°C à +90°C (-40°C à +90°C pour les applications stationnaires). Les câbles non blindés ÖLFLEX FD 890 sont disponibles en calibres de 20 AWG à 2 AWG, et les câbles blindés sont disponibles en calibres de 20 AWG à 6 AWG. Les câbles blindés ÖLFLEX FD 890 CY sont dotés d'une tresse en cuivre étamé qui offre une couverture de 85 % et qui est recommandée lorsque la suppression des interférences électromagnétiques est nécessaire. (Figure 4).

Figure 4 : Lapp propose les câbles flexibles continus non blindés ÖLFLEX FD 890 (en haut) et les câbles flexibles continus blindés ÖLFLEX FD 890 CY (en bas). (Source de l'image : Lapp)

Exemples de câbles ÖLFLEX FD 890 non blindés :

• 8920034, un câble de 20 AWG à trois conducteurs avec un diamètre extérieur de 6,7 mm, un poids en cuivre de 10 livres par mille pieds (lbs/mft) et un poids total d'environ 43 lbs/mft
• 8920044, un câble de 20 AWG à quatre conducteurs avec un diamètre extérieur de 7,4 mm, un poids en cuivre de 16 lbs/mft et un poids total d'environ 53 lbs/mft

Exemples de câbles blindés ÖLFLEX FD 890 CY :

• 8918034S, un câble de 18 AWG à trois conducteurs avec un diamètre extérieur de 9,5 mm, un poids en cuivre de 40 lbs/mft et un poids total d'environ 91 lbs/mft
• 8914044S, un câble de 14 AWG à quatre conducteurs avec un diamètre extérieur de 14,0 mm, un poids en cuivre de 103 lbs/mft et un poids total d'environ 181 lbs/mft
• 8912044S, un câble de 12 AWG à quatre conducteurs avec un diamètre extérieur de 16,5 mm, un poids en cuivre de 160 lbs/mft et un poids total d'environ 302 lbs/mft

Presse-étoupes

Les presse-étoupes sont utilisés pour insérer les câbles dans des boîtiers. Ils scellent solidement le câble et le boîtier et fournissent une réduction de tension pour le câble. Ils protègent également l'intérieur du boîtier contre la poussière, l'humidité et d'autres contaminants, et garantissent un assemblage robuste et fiable. Les presse-étoupes de Lapp sont conçus et testés conformément à la norme DIN EN 62444. Exemples de presse-étoupes proposés par Lapp (Figure 5) :

• Presse-étoupes en laiton SKINTOP MS-SC avec contact de blindage à faible résistance et contact CEM flexible et hautement conducteur, comme le 53112920
• Presse-étoupes en polyamide SKINTOP SL/SLR comme le 53015200 — des presse-étoupes à réduction de tension durables, étanches aux liquides et faciles à assembler lorsque le contrôle EMI n'est pas nécessaire

Figure 5 : Lapp propose des presse-étoupes en laiton pour le contrôle EMI en plus de l'étanchéité environnementale et de la réduction de tension (à gauche et au centre), et des presse-étoupes en polyamide (à droite) pour les applications n'exigeant pas de contrôle EMI. (Source de l'image : Lapp)

Résumé

Les câbles flexibles continus soutiennent les systèmes industriels tels que les opérations d'assemblage, les convoyeurs, les équipements de placement automatisé et la transformation des aliments et des boissons. Les câbles ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY de Lapp satisfont voire dépassent les exigences de l'industrie en matière de protection mécanique et de résistance aux huiles et aux flammes, et ils sont répertoriés pour jusqu'à 8 millions de cycles de flexion. Ils sont disponibles dans un vaste choix de tailles, avec et sans blindage, et ils peuvent être utilisés avec les presse-étoupes de l'entreprise pour fournir des solutions renforcées.