Neplánované prestoje sú pre všetky aplikácie a každé priemyselné odvetvie neprijateľné. Správne navrhnutý káblový systém preto neodmysliteľne predstavuje súčasť moderných strojov. V súčasnej, silne automatizovanej dobe, predstavujú pohybujúce sa aplikácie mnohé výzvy pre vývojárov, ktorí sa musia rozhodnúť akú formu kábla použijú – plochý alebo okrúhly. Pri výbere je potrebné zvážiť niekoľko kritérií.
Aplikácia
Okrúhle alebo ploché káble vynikajú v konkrétnych situáciách podľa požiadaviek trhu alebo aplikácie. Kruhové káble sú už dlho priemyselným štandardom a používajú sa vo väčšine priemyselných aplikácií – od automatizovanej výroby až po obnoviteľné zdroje energie. Ploché káble sú určené viac prie špecializovaný trh, dokážu ponúknuť skvelé riešenie pre medicínu (silové aj dátové káble), polovodičový priemysel, letecký priemysel a mnoho iných. Ploché káble sú vyhľadávaným artiklom na trhu so žeriavmi, keďže výrobcovia nechcú viesť káble okolo navijakov.
Výkonnostné kritéria
Elektrická výkonnosť
- Elektromagnetické rušenie (EMI) zahŕňa interné aj externé zdroje. Vnútorná EMI ochrana sa líši a vo veľkej miere aj závisí od konštrukcie kábla. Štandardné (nepárované) ploché káble nie sú vhodné na prenos dát. Ak vývojári použijú jednotlivé tienené páry v plochom kábli, vytvoria ochranu pred rušením a spätnou väzbou.
Je veľmi ťažké použiť v plochom kábli celkové tienenie, pretože ochranný materiál je vo väčšine prípadov okrúhly a na plochom povrchu sa neudrží. Preto sa vonkajšia EMI ochrana plochých káblov dosahuje veľmi ťažko. Prirodzené tienenie pre okrúhle káble poskytuje lepšiu ochranu.
- Rušenie je nekontrolovateľné miešanie signálov medzi dvoma prenosovými obvodmi. Podobne ako pri EMI ochrane, použitie rozdielnych dĺžok pre plochý alebo okrúhly kábel zvyšuje ochranu pred rušením.
- Útlm v konečnom dôsledku určuje maximálnu dĺžku signálneho káblu a odporu vodiča, ktoré spôsobuje pokles napätia v napájacom zariadení. Vo väčšine prípadov dochádza k zhoršeniu útlmu pri použití plochého vodiča. Vyššia kvalita izolácie a správne uzemnenie môže znížiť útlm. Pre špecifické priemyselné odvetvia sa vyrábajú vysokovýkonné ploché káble s nízkym rušením a útlmom.
Mechanické namáhanie
Káble sú namáhané štyrmi druhmi mechanického namáhania: valivé, torzné, „tic-toc“ a ohybné. Kruhové káble dokážu odolať vďaka svojej prirodzenej schopnosti pohybu v niekoľkých osiach naraz. V niektorých aplikáciách sú okrúhle káble schopné vydržať 30 miliónov cyklov bez poškodenia. Ploché káble sú vhodnejšie na valcovanie (rolling flex), pretože je tento pohyb v jednej lineárnej osi. Pohyby vo viacerých osiach, ako napríklad skrútenie, môžu spôsobiť prelomenie alebo stočenie plochého kábla. Pri torznom zaťažení sa kábel skrúca a navíja na určitú dĺžku. Každá zložka kábla musí byť preto integrovaná v správnom smere a musí byť obalená PTFE pásikom, aby sa minimalizovali trecie sily počas pôsobenia krútiaceho momentu.
| okrúhly kábel | plochý kábel | aplikácie | testovanie | |
| torzný pohyb | x | robotika, navijaky | torzný test, testovanie na ohyb | |
| tic-toc pohyb | x | robotika, ručné zariadenia | tic-toc test | |
| náhodný pohyb | x | ručné zariadenia | tic-toc test, torzný test | |
| valivý pohyb | x | x | lineárne osi | lineárny test |
Tab. 1 Preferované káble pre typy pohybu
Namáhanie vplyvom prostredia
Káble sú vystavené mnohým environmentálnym vplyvom, ktoré môžu časom viesť k degradácii káblov. Hlavne v prípade nevhodne použitých materiálov. Niektoré z vplývajúcich faktorov sú UV žiarenie, olej, radiácia, abrázia, vysoká alebo nízka teplota a trenie. Znalosť týchto informácií vopred silne ovplyvní výber materiálových vlastností (polyamid / penový polyetylén a pod.) izolácie a materiálu plášťa kábla (polyuretán). Väčšina PVC alebo PTFE materiálov používaná v okrúhlych kábloch môže odolať mnohým environmentálnym vplyvom a zároveň zachová požadovanú flexibilitu. Ploché káble, plnené silikónom, sú zase schopné odolávať vysokým teplotám. Silikón je však mäkší materiál a neposkytuje veľkú odolnosť proti oderu a treniu, čo by mohlo spôsobiť porušenie vnútorných vodičov.
Návrh a výroba káblov
Okrúhle káble sú navrhnuté tak, aby maximalizoval priestor na najmenšej prierezovej ploche, a vďaka tomu sú ideálne pre väčšinu strojových a panelových otvorov. Tieto otvory by mohli spôsobovať problémy pre ploché káble s predĺženým prierezom. Ploché káble musia byť navyše presne odmerané a vyvážené, aby sa zabezpečil rovnomerný pohyb. Pri inštalácii v žľabe sa to vyžaduje aj pre okrúhle káble. Na zabezpečenie centrovania si kruhové káble vyžadujú iba výplň a obalovú vrstvu. Váha a mäkkosť kábla vplýva na optimalizáciu ergonomického výkonu koncového používateľa, najmä v prípade aplikácií s ručným ovládaním (tab. 2).
| plusy/mínusy | okrúhly kábel | plochý kábel |
|
jednoduché pridanie /výmena komponentov |
áno | nie |
| ergonómia | + | - |
| vyžaduje špeciálne nástroje | nie | áno |
| porovnanie nákladov | + | - |
Tab. 2 Porovnanie okrúhlych a plochých káblov
Zapuzdrenie všetkých plochých káblových komponentov do jediného káblu si vyžaduje špeciálne nástroje. Zariadenia na výrobu káblov sú štandardizované pre kruhové káble, čiže dodatočné nástroje sa stávajú pre zákazníkov ďalšími výrobnými nákladmi.
Namáhanie špecifické pre aplikácie
Pokročilé aplikácie v dnešnej priemyselnej spoločnosti si vyžadujú káble, ktoré zvládnu viacero druhov namáhaní. Niektoré príklady sú:
- Odolnosť voči oderu a prerezaniu: Káblové systémy navíjané na kotúče, ťahané cez betón alebo ostré hrany potrebujú materiál vonkajších plášťov so správnou tuhosťou (dobré výsledky majú polyuretány).
- Slabé predĺženie pri vysokom ťahovom zaťažení: Vyššiu odolnosť je možné dosiahnuť extrúznym procesom s dvojitými stenami v kombinácii s amaridovým opletom (Kevlar/Vectran) a tak nedôjde k vzájomnému mechanickému namáhaniu vnútorných komponentov. Tento konštrukčný typ minimalizuje ťahové zaťaženie vnútorných vodičov a znižuje únavu a skoré zlyhanie kábla.
Použitie silného (odolného) prvku v káblových konštrukciách znižuje závislosť na medi, teda znižuje celkové množstvo použitej medi a v konečnom dôsledku priaznivo vplýva na veľkosť, hmotnosť a cenu kábla. Ploché káble nie sú vhodné pre tento typ konštrukcie, keďže sa spoliehajú na obaľovanie komponentov a vodičov silikónom a PTFE.
Ak je potrebné navrhnúť káblový systém, k dispozícii je veľké množstvo riešení. Vývojári by mali používať vývojársky lievik alebo kontrolný zoznam, a takto zúžiť možnosti a vyvinúť riešenie, ktoré bude najlepšie vyhovovať požiadavkám elektrickej a mechanickej časti aplikácie. Pomocou tohto prístupu je možné zabezpečiť, že kábel – plochý alebo okrúhly – bude optimálny a ponúkne odolný a spoľahlivý káblový systém.