Choisir des câbles flexibles pour les applications industrielles

Je suis récemment allé à une exposition sur la robotique, organisée dans un espace local dédié aux makers. J'ai été stupéfait par l'ingéniosité et la diversité des équipements présentés. Spot, le robot aux allures de chien de Boston Dynamics, m'a particulièrement impressionné, même si je dois bien admettre que ses mouvements pas vraiment canins m'ont perturbé.

Cette expérience m'a fait penser aux défis liés à la distribution de puissance et de données dans des machines en mouvement. Que ce soit pour les applications bien établies comme les systèmes de transfert ou pour les domaines émergents comme les cobots, les câbles doivent régulièrement se plier et se tordre. Cela constitue un problème pour le câblage ordinaire conçu pour les applications statiques. Lorsqu'ils sont soumis à des torsions à répétition, ces câbles peuvent se dégrader en raison de différents facteurs. Par exemple :

• La gaine des câbles peut être endommagée par l'abrasion provoquée par les systèmes de gestion des câbles ou d'autres éléments environnementaux.
• Les matériaux de l'isolant et de la gaine peuvent se fissurer ou se rompre en raison de la tension répétée.
• Les conducteurs et le blindage peuvent casser, en particulier dans les applications aux mouvements complexes, nécessitant des torsions des câbles en continu.

Dans les environnements difficiles, les effets de cette dégradation peuvent être exacerbés par la présence de matières abrasives ou corrosives et de températures extrêmes. Ces dangers environnementaux peuvent affaiblir la gaine et l'isolant, et les rendre vulnérables aux défaillances.

Adopter une philosophie de conception extérieur-intérieur aide à garantir la longévité dans les applications de ce genre. Par exemple :

• Commencez en veillant à ce que la gaine du câble puisse supporter les dangers environnementaux extérieurs.
• Déterminez si un système de blindage est nécessaire et vérifiez qu'il peut supporter la tension prévue.
• Veillez à ce que le câble présente une structure intérieure adaptée, notamment des conducteurs conçus pour la torsion répétée.

Nous allons examiner en détail chacun de ces facteurs.

Choisir un matériau de gaine de câble durable

Les câbles flexibles pour environnements industriels présentent typiquement des gaines composées de polychlorure de vinyle (PVC), de polyuréthane (PUR) ou d'élastomère thermoplastique (TPE). Même si chaque matériau présente des avantages, le TPE offre une résistance supérieure à la plupart des dangers environnementaux (Figure 1). Le TPE se démarque également par sa flexibilité exceptionnelle, en supportant les pliages et les torsions à répétition sans se fissurer ni casser.

Figure 1 : Le TPE offre une résistance supérieure à la plupart des dangers environnementaux. (Source de l'image : Alpha Wire)

On retrouve ces avantages dans les câbles TPE flexibles Xtra-Guard d'Alpha Wire. Répertoriés pour un million de cycles de flexion et affichant des classifications de résistance à l'huile de niveau I/II et de résistance aux flammes de niveau FT4, ces câbles sont conçus pour fournir une grande fiabilité et de hautes performances dans des applications comme la robotique de fabrication et le contrôle de mouvement.

Il existe des variantes de ces câbles : câbles pour chemin de câbles à puissance limitée (PLTC) ou câbles pour chemin de câbles (TC). Les classifications PLTC et TC signifient qu'un câble peut être déployé directement dans un chemin ou un passage de câbles sans protection supplémentaire, même en extérieur, ce qui permet de simplifier l'installation et de réduire les coûts.

Alpha Wire propose également les câbles de commande TPE flexibles continus Xtra-Guard pour les applications flexibles roulantes, comme les systèmes de portique. Ces câbles présentent une construction encore plus robuste pour résister aux contraintes extrêmes.

Trouver l'équilibre entre flexibilité et efficacité du matériau de blindage

Les options disponibles pour le blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI) peuvent être décourageantes. Les ingénieurs doivent choisir parmi un large éventail de matériaux, comme le cuivre et l'aluminium, et parmi de nombreuses méthodes de construction, comme les feuilles et les tresses. Chaque option implique des compromis en ce qui concerne l'efficacité du blindage, la résilience mécanique, le coût et le poids.

Pour minimiser ces compromis, il est possible d'utiliser une combinaison de blindages. Par exemple, le blindage Supra-Shield exclusif d'Alpha Wire utilise une feuille aluminium/polyester/aluminium et un blindage tressé en cuivre étamé, pour une couverture hermétique à 75 %. Comme illustré à la Figure 2, la combinaison de feuilles et de tresses de blindage offre des performances EMI exceptionnelles tout en conservant une excellente flexibilité.

Figure 2 : Le système Supra-Shield combine des feuilles de blindage et des blindages tressés pour atteindre des performances supérieures. (Source de l'image : Alpha Wire)

Concevoir des conducteurs pour la durabilité

Pour garantir la longévité, les conducteurs d'un câble flexible doivent utiliser une conception toronnée (Figure 3). Cette conception répartit la contrainte de la flexion plutôt que de la concentrer sur un seul point, ce qui réduit la fatigue du métal et les risques de cassure. Tous les câbles TPE flexibles Xtra-Guard utilisent une conception toronnée, avec des calibres de 10 à 20 AWG et un nombre de conducteurs de 2 à 12.

Figure 3 : Les conducteurs toronnés comme ceux-ci répartissent la contrainte afin de réduire la fatigue du métal. (Source de l'image : Alpha Wire)

Conclusion

Les machines mobiles impliquent des défis uniques en ce qui concerne le câblage. Pour la longévité et la fiabilité du système, il est primordial de veiller à ce que les câbles puissent résister aux rigueurs de ces applications et de leur environnement de fonctionnement. Comme illustré, les matériaux comme le TPE offrent une résistance et une flexibilité supérieures, tandis que les systèmes de blindage innovants comme Supra-Shield d'Alpha Wire assurent des performances EMI optimales sans sacrifier la durabilité. Par ailleurs, l'utilisation de conducteurs toronnés dans les câbles garantit une résistance aux contraintes des applications.