Yksinkertaisin kaapeli on yhtenäinen johdin, jossa on muovinen vaippa. Jos sitä taivutetaan, se säilyttää muotonsa – kunhan sitä ei taivuteta liian usein, sillä silloin johdin katkeaa. Tällaisia yksinkertaisia kaapeleita löytyy kodin sähköasennuksista. Kun kaapeli on asennettu, se säilyy koskemattomana vuosikymmeniä. Moniin muihin käyttökohteisiin, joissa kaapelien on säilyttävä taipuisina ja joustavina, tällaiset yhtenäiset johtimet eivät sovi. Niissä käytettävien johdinten sydämet muodostuvat säikeistä, ohuiden johtimien muodostamista nipuista, joita voi taivuttaa miljoonia kertoja eivätkä ne katkea ja menetä kykyään siirtää sähkövirtaa tai tietoa. 

Mikä on kaapeliketju?

 

Yksi vaativimmista paikoista kaapelille on kaapeliketju. Niissä virta-, ohjaus- ja datakaapelit ovat lähellä toisiaan ja liikkuvat eteen- ja taaksepäin koneen toiminnan aikana. Liikkeen nopeus voi olla yli viisi metriä sekunnissa ja kiihtyvyys yli viisi kertaa vapaan pudotuksen kiihtyvyys. Kaapelit asennetaan kaapeliketjuun, jossa ne voivat taipua vain yhteen suuntaan. Tämä on kuitenkin vain yksi kolmesta mahdollisesti liikesuunnasta:

Taipuminen: kaapeli taipuu, joskus miljooniakin kertoja.

Kiertyminen: kaapeli kiertyy pituussuunnassa. Puhdasta kiertymisliikettä ilmenee tuulivoimaloiden kaapeleissa, jotka johtavat pyörivästä navasta alas torniin. Nämä ovat kuitenkin harvinaisia tilanteita ja useimmissa käyttökohteissa kaapelit sekä taipuvat että kiertyvät. Katso valikoimamme kiertoliikkeen kaapeleihin. 

Kelautuminen auki ja kiinni: tämä koskee esimerkiksi tapahtumatekniikassa tai suorissa TV-lähetyksissä käytettäviä kaapeleita, jotka kelataan ulos johtokeloilta ja sitten kelataan takaisin keloille säilytettäviksi tapahtuman jälkeen. 

Miten robottikaapeli  eroaa kaapeliketjukaapelista?

Erityiset robottikaapelit eroavat monin tavoin useimmista muista liikkuviin kohteisiin tarkoitetuista kestävistä kaapeleista. Tärkein ero on se, että robottikaapelit kestävät sekä taivutusta että kiertymistä koko tuotteen koko elinkaaren ajan.

Robottikaapeleille on kolme tärkeää parametria: 

1. Säikeisyysluokitus: Kiertorasitukselle altistuvissa robottikaapeleissa käytetään tavallisesti ”hienosäikeisiä” luokan 5 säikeitä. Hyvin taipuisissa kaapeleissa, kuten ÖLFLEX® FD tai ÖLFLEX® CHAIN, jotka altistuvat vain taivutusvoimille esimerkiksi energiajohdinketjuissa tai portaalirobottien lineaarisesti liikkuvissa akseleissa, voidaan käyttää jopa luokan 6 ”erittäin hienosäikeisiä" säikeitä. Edes korkeimman luokituksen 6 säikeiset johtimet eivät kuitenkaan riitä kaikkein vaativimpiin käyttökohteisiin. Esimerkiksi LAPP valmistaa äärimmäisen taipuisia kaapeleita, joiden taipuisuusominaisuudet ylittävät standardin tiukimmatkin vaatimukset. Niissä yksittäisen säikeen halkaisija on enintään 0,05 mm, huomattavasti vähemmän kuin ohuin standardin vaatima säiepaksuus. 

2. Kiertokulma: Tämä arvo ilmoitetaan asteina kaapelin pituusmetriä kohti. Tyypillinen arvo on 360°/m, mikä tarkoittaa, että kaapeli voi kiertyä kerran pituusakselinsa ympäri jokaista metrin pituutta kohti kaapelin vaurioitumatta. Tämä koskee suojaamattomia kaapeleita, suojatuissa kaapeleissa arvo on tyypillisesti 180° eli puoli kierrosta metriä kohti.

3. Taivutussäde: Tämän pitäisi olla 4–7,5 kertaa ulkohalkaisija ja joskus huomattavasti pienempi kuin kaapeleille, jotka on tarkoitettu vain ajoittaiseen liikkeeseen. Sen ansiosta kaapelit voidaan ohjata tiukkojen mutkien kautta ja täyteen pakatuissa letkuissa.

Säikeisyysluokan lisäksi on myös muita ominaisuuksia, jotka erottavat taipuisan kaapelin vähemmän taipuisasta.

Punonta vahvistaa kaapelin rakennetta

Yksi niistä on punonta. Sitä voisi havainnollistaa kaikille tutulla esimerkillä: hiuspalmikolla. Mitä tiheämmin se palmikoidaan, sitä paksummaksi se tulee. Paksut ja ohuet osat vaihtelevat. Jos sama määrä hiuksia kootaan vain kimpuksi samansuuntaisia hiuksia, se on huomattavasti ohuempi. Paksuus kasvaa, kun hiusnippua kierretään. Vastaava tapahtuu kuparisäikeille, kun ne punotaan. Ohuet metallisäikeet kierretään, koska se parantaa taipuisuutta – jos kaikki punokset ja säikeet olisivat samansuuntaisia, jokainen taivutus venyttäisi ulompia ja puristaisi sisempiä kuparisäikeitä. Se tekisi kaapelista hyvin jäykän. Paksuutta ja joustavuutta voi säädellä punonnan pituudella. Se tarkoittaa yhden kierroksen pituutta. Mitä suurempi tämä pituus on ja mitä pienempi kiertyvyys siis on, sitä ohuempi kaapeli on.

Taipuisan kaapelin täyteaineet

Kaapeleissa, joita liikutetaan paljon, käytetään liukumista auttavaa täyteainetta. Se vähentää sisäisten osien välistä kitkaa niiden liikkuessa toisiaan vasten. Se toimii myös täyteaineena, joka säilyttää kaapelin pyöreän muodon. Muodon säilyminen on tärkeää kaapelin kulkiessa läpiviennin läpi tai kiinnittyessä liittimeen. Jos vaippa ei ole täysin pyöreä, se voi aiheuttaa tiiviysongelmia. Täyteaineet voivat olla ohuita muovisäikeitä johtimien välissä. Paksut johdinsydämet on usein verhottu polytetrafluorieteeniteipillä, joka auttaa niitä liukumaan toisiaan vasten erityisesti kiertoliikkeessä.

Kaapelin kestokykyyn tällaista liikettä vastaan vaikuttaa myös ulkovaipan materiaali. Materiaalialan asiantuntijoiden on otettava huomioon liikkuvuuden lisäksi myös muut ominaisuudet, kuten palamiskäyttäytyminen sekä öljyn, kemikaalien ja puhdistusaineiden kestävyys. PVC on edelleen markkinoiden vallitseva vaippamateriaali, mutta myös muita materiaaleja on kehitetty. Sellaisia ovat esimerkiksi termoelastomeerit (TPE) tai polyuretaani, joka on paras valinta hyvin suurta liikkuvuutta vaativissa kohteissa, kuten ÖLFLEX® Servo FD 796 CP  kaapelissa. Polypropeeni puolestaan on osoittanut käyttökelpoisuutensa johdinsydänten eristemateriaalina liikkuvissa kohteissa. Sen lujuus ja vähäinen tiheys tekee siitä erinomaisen sähköeristeen.

Miksi optinen kuitukaapeli?

Jos siirretään suuria määriä dataa pitkien matkojen päähän, optiset kuidut ovat siihen paras ratkaisu. Enintään 70 metrin pituuksilla käytetään muovikuituja (POF), enintään 100 metrin pituuksilla muovipinnoitettuja lasikuituja (PCF) ja yli tätä suuremmilla pituuksilla tai suurinta mahdollista tiedonsiirtonopeutta vaativissa kohteissa lasikuituja. Periaatteessa kaikki kuitutyypit sopivat liikettä aiheuttaviin käyttökohteisiin, jos suositeltuja taivutussäteitä noudatetaan. Silloin ei ole vaaraa optisen kuidun halkeiluista. Suurimmilla tiedonsiirtonopeuksilla taivutussäde ei kuitenkaan saa olla pienempi kuin 15 kertaa optisten kuitujen halkaisija. Tätä pienempi taivutussäde ei kuitenkaan katkaise kaapelia, mutta sen vaimennus lisääntyy, eli jyrkkä taivutus hukkaa valoa ja signaalin laatu heikkenee. Kuitua ympäröivä materiaali vaikuttaa ratkaisevasti siihen, kuinka paljon liikettä optinen kuitukaapeli kestää. Ne ovat usein aramidikuituja eli tekstiilikuituja, joita käytetään esimerkiksi luodinkestävissä liiveissä. Jos kaapeli venyy, tekstiilivaippa sitoo venytysvoiman ja estää itse optista kuitua venymästä.

Lähes kaikkialla lukuun ottamatta kiinteitä asennuksia, esimerkiksi rakennuksen sähköjohtoja. Teollisuudessa kaikissa liikkuvissa kohteissa: liikkuvissa koneenosissa tai tuotantolinjojen koneistusasemissa, kaapeliketjuissa, roboteissa, tuulivoimaloissa ja öljynporauslautoilla, autoissa ja vetureissa, nostureissa ja hyötyajoneuvoissa, myös kohteissa, joissa esiintyy tärinää.

Lukemattoman määrän, tutustu mm: 

Energiansiirtoketjun ohjauskaapelit
Energiansiirtoketjun tiedonsiirtokaapelit
Kiertoliikkeen kaapelit
Kiertoliikkeen tiedonsiirtokaapelit
Tiedonsiirronkierrekaapelit eli spiraalikaapelit

Lähes kaikki ÖLFLEX®-kaapelit sekä kaikki UNITRONIC®-, ETHERLINE®- ja HITRONIC®-kaapelit ovat taipuisia. Niiden taivutussäteet ovat erilaisia, ja annettuja arvoja on aina noudatettava. Jotkin kaapelit kestävät vain ajoittaista taivutusta, toisia voi taivuttaa miljoonia kertoja. Jotkin kaapelit on optimoitu kiertoliikettä ajatellen. Valitettavasti mikään kaapeli ei sovi kaikkiin käyttötarkoituksiin, mutta LAPPin asiantuntijat löytävät aina ratkaisun kaikkiin mahdollisiin ja mahdottomiinkin käyttötarkoituksiin. 

Lisäksi LAPP tarjoaa tarvikkeita taipuisien kaapeleiden liitäntöihin ja suojaamiseen kaapelikanavissa sekä kaapelinsuojaletkuja. Erityisesti huomattavan liikkuvissa käyttökohteissa, myös kiertävää liikettä sisältävissä, sisäänmeno kytkentäkoteloon on kriittisen tärkeä kohta. Kotelon on pidettävä kaapeli tukevasti paikallaan niin, ettei se pääse luiskahtamaan ulos eikä kosteus pääse koteloon sisään.

Kuituoptiset LAPP-kaapelit ovat hyvä esimerkki siitä, miten monin eri tavoin kaapelit voivat olla optimoituja. HITRONIC® TORSION on suunniteltu varta vasten kohteisiin, joissa kaapelin kohdistuu paljon kiertäviä voimia, kuten tuulivoimaloihin. Siinä on enimmillään kaksitoista lasikuitua yksi- ja monimuotoista tiedonsiirtoa varten, aramidikuituinen vedonpoisto sekä halogeeniton ja palonkestävä polyuretaanivaippa.
HITRONIC® HDM -kaapelin rakenne on samanlainen, mutta se sopii erityisesti rullaamiseen ulos ja sisään kaapelikelalla.
HITRONIC® HRM FD puolestaan sopii asennettavaksi kaapeliketjuihin, joissa kaapelien n oltava taipuisia, mutta kiertävät voimat eivät ole ongelma.

APP:n Stuttgartissa tekemät testit osoittavat, ettei LAPP anna tyhjiä lupauksia. Tuulivoimaloihin tarkoitettujen kaapelien kierronkestävyys testataan kaksitoista metriä korkeassa vanhassa hissikuilussa – se on ainutlaatuinen testausmenettely koko maailmassa. Muut valmistajat testaavat kaapelista lyhyempiä osuuksia, joita kierretään tiukemmassa kulmassa, ja ekstrapoloivat tulokset suurempiin kaapelipituuksiin. Tärkeää ei kuitenkaan ole se, mitä paperille on kirjattu, vaan se, mitä tapahtuu todellisissa olosuhteissa.