Fragen und Antworten mit HELU: Designüberlegungen für dynamische Anwendungen

Dec 02, 2023

Durch gesponserte Inhalte | 1. Dezember 2022

Von Keith Wilkerson, Business Segment Manager für Robotik und Automatisierung

F: Wie unterscheiden sich Schleppketten- und Torsionskabel voneinander?

A: In vielerlei Hinsicht sind sie sich im Hinblick auf die Umgebung, in der die einzelnen Kabel installiert werden, sehr ähnlich. Bevor diese Details besprochen werden, sprechen wir über das grundlegendste Material, das in den meisten Industriekabeln zu finden ist: die Kupferlitze. Das Wichtigste ist, dass alle Kupferlitzen über ein Gedächtnis verfügen, unabhängig davon, wie sie gezogen werden, wie viele pro Leiter verwendet werden oder wie sie miteinander verseilt sind. Denken Sie zum Beispiel an einen Kleiderbügel aus Draht. Wenn Sie es in eine bestimmte Richtung biegen und dann versuchen, es wieder in die ursprüngliche Position zu biegen, wird es nicht mehr genau so sein, wie es vorher war. Gleiches gilt für Kupferlitzen in einem mehradrigen Industriekabel. Dies ist für stationäre oder feste Anwendungen in Ordnung, stellt einen Kabelhersteller jedoch vor die grundlegendsten Herausforderungen, wenn das Kabel in einer 2D-Anwendung (Schleppkette) oder 3D-Anwendung (Roboter) millionenfach gebogen wird. Ohne zu viel darüber zu verraten, wie HELUKABEL diese 2D- und 3D-Kabel entwirft und herstellt, spielt die Verwaltung des Speichers jeder Ader und jedes Leiters eine wichtige Rolle bei den Designbemühungen. Je anspruchsvoller die mechanische Anwendung, desto höher müssen die Leistungsmerkmale des Kabels sein. Das bedeutet, von der einfachen Bündel- oder Unilay-Konstruktion für stationäre Kabel zu konzentrischen Kabeln mit kurzer Schlaglänge (2D) oder konzentrischen Kabeln mit längerer Schlaglänge (3D) überzugehen. Mit steigenden Leistungsanforderungen wechseln auch Kabel von PVC- auf PP-Isolierung und auf PUR- oder TPE-Mantelmischungen.

F: Welche Überlegungen zum Kabeldesign gibt es bei schleppkettentauglichen Kabeln?

A: Es sind viele Eigenschaften zu berücksichtigen und die Schleppketten jeder Maschine erfordern ein umfassendes Verständnis der Anwendung. Um ein neues Kabel zu entwerfen oder ein Standardkabel aus dem Katalog zu empfehlen, sollte Ihr Lösungspartner viele Fragen stellen. Dadurch werden die besten Ergebnisse erzielt. Einige dieser Fragen beziehen sich auf die mechanischen Parameter Beschleunigung, Fahrgeschwindigkeit, Fahrlänge und Zyklen pro Tag. Es gibt auch Umweltaspekte, zu denen die Betriebstemperatur der Umgebung, ob die Maschine drinnen oder draußen steht, und das Vorhandensein von Chemikalien oder Partikeln gehören, die mit der Schleppkette in Kontakt kommen können, wie z. B. Schweißschlacke oder Dieselflüssigkeit (was häufig in der Maschine zu sehen ist). der holzverarbeitenden Industrie). Zu den gewünschten Eigenschaften eines Industriekabels gehören ein großer Temperaturbereich, Sonnenlichtbeständigkeit, hohe Ölbeständigkeit, minimale Dehnung, hohe Zugfestigkeit, gute Abriebfestigkeit, kleiner Biegeradius, geringe Kapazität und Flammenausbreitung. Es ist möglich, Kabel herzustellen, die viele, wenn nicht die meisten dieser Kriterien erfüllen, aber die Kosten für die Herstellung eines solchen Kabels würden vom Markt nicht akzeptiert werden. Da eine Einheitslösung für die meisten OEMs und Endbenutzer aus Kostengründen nicht wünschenswert ist, ist es wichtig, die beste Lösung auf der Grundlage der Gesamtanwendung zu finden, wobei die Gesamtsystemkosten eine sekundäre Rolle spielen.

F: Was sind einige der Überlegungen zum Kabeldesign für Torsions-/Roboterkabel?

A: Torsionskabel (3D-Roboterkabel) müssen vielen der gleichen Umweltfaktoren standhalten wie Schleppkettenkabel. Wie bereits erwähnt, ist es erforderlich, den gesamten Umfang der Anwendung zu verstehen, um eine angemessene Empfehlung abzugeben oder die beste Lösung zu entwerfen. Obwohl es bei einer Torsionsanwendung nicht wie bei einer Schleppkettenanwendung zu einer Biegung des Kabels über seine gesamte Länge kommt, wird auf das Kabel eine zusätzliche Rotationsbeanspruchung ausgeübt. Dies wird an einem Knickarmroboter demonstriert, wenn sich Achse vier (4) in eine Richtung und Achse sechs (6) in die entgegengesetzte Richtung dreht. Ein Kabelhersteller muss nun das Gedächtnis der Kupferlitzen im Zusammenhang mit dieser zusätzlichen Belastung berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund sollten wir verstehen, dass der Torsionswert (+/- XXX°) einer der kritischsten Parameter eines Torsionskabels ist. Wenn Sie Kabel verschiedener Anbieter vergleichen, verwenden Sie diese als Vergleichsbasis. Ein Kabel mit +/- 180° pro Meter mag für einen 4-Achsen-Palettierungsroboter akzeptabel sein, für einen Schweißroboter in einem Automobilwerk ist es jedoch möglicherweise nicht optimal geeignet. Außerdem reicht die Angabe, dass ein Kabel „Torsionsanwendungen standhält“, einfach nicht aus, um festzustellen, ob es die richtige Lösung für die Anwendung ist.

Die in der Robotik verwendeten Kabel und Leitungen sind vielfältigen Kräften ausgesetzt. Durch die millionenfach wiederkehrenden Biege- und Torsionsbewegungen entstehen hohe Druck- und Zugbelastungen, die die Kabel erheblich belasten. Bei der Kabelkonstruktion müssen auch schnelle Beschleunigungen und Verzögerungen berücksichtigt werden, die eine hohe Abrieb-, Kerb- und Reißfestigkeit erforderlich machen. Ein zusätzlicher Stressfaktor sind die in den Anwendungen häufig auftretenden hohen Temperaturen.

F: Wie wirken sich Beschleunigungs-, Fahrgeschwindigkeits- und Torsionsanforderungen auf die Materialauswahl und/oder Entwicklung neuer Verbindungen für Kabel aus?

A: Kabel in hochdynamischen Anwendungen müssen Beschleunigungskräften von bis zu 50 m/s² und schnellen, unnachgiebigen Verzögerungen (dem Whiplash-Effekt) standhalten. Es scheint nicht intuitiv zu sein, aber die Verwendung von Materialien mit einer gewissen Steifigkeit ist entscheidend für die Langlebigkeit. Wenn Sie Standard-Tray-Kabel mit Verseilung der Klasse 6 mit einem schleppkettentauglichen Kabel gleicher Konstruktion vergleichen, sollten Sie feststellen, dass sich das „Hochleistungs“-Kabel eher steif anfühlt, obwohl beide druckextrudierte Mäntel verwenden. Die Wahl des falschen Materials könnte das Gesamtgewicht pro Fuß erhöhen und die Lebensdauer sowohl des Kabels als auch des Kabelmanagementsystems (Schleppkette/Schlauchpaket) verkürzen.

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