산업용 응용 제품에서 연속 굴곡 제어 케이블 사용 시 이점

조립품 공장, 컨베이어 시스템, 픽 앤 플레이스 장비, 식음료 가공과 같은 분야 내 작업의 안정적인 작동을 보장하려면 유연한 다중 컨덕터 제어 케이블로 견고한 연결을 제공할 수 있어야 합니다. 제어 케이블을 선택하고 지정하는 것은 간단해 보이지만 수많은 응용 제품 요구 사항과 산업 표준을 고려해야 하는 복잡한 과정입니다.

업계 표준 중에는 내화성을 위한 UL 1581 수직 화염 테스트와 UL 내유성 레벨 I 및 II가 있습니다. 이에 따라 케이블은 UL 1277 충격 및 압착 테스트에 정의된 대로 기계적 보호 기능을 제공하고 -40°C ~ +90°C의 작동 온도에서 8백만 사이클 이상의 연속 구부림을 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하려면 열악한 환경에 적합한 특수 제작된 PVC 재킷에 미세하게 연선된 구리 컨덕터가 있는 케이블이 필요합니다. 차폐형 케이블은 전자파 장해(EMI)를 억제해야 하는 응용 제품에 사용할 수 있습니다.

이 기사에서는 내유성, 내화성 및 기계적 보호에 대한 산업 표준의 맥락에서 고도 굴곡 케이블의 장점과 이러한 케이블을 사용하기에 가장 적합한 응용 제품에 대해 자세히 설명합니다. 그런 다음 산업 응용 제품에서 발생하는 동작 유형, 연성 케이블 등급 및 구성 옵션을 검토하고, Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 다중 컨덕터 케이블 사용이 적합한 경우를 살펴봅니다. 마지막으로 Lapp의 차폐형 및 비차폐형 연성 케이블의 예를 살펴보고 표준 및 EMI에 민감한 응용 제품에서 케이블 글랜드의 사용을 검토합니다.

내유성

오일은 다양한 산업 기계에서 윤활유 또는 냉각수로 사용되며, 오일의 존재는 연성 케이블의 작동과 수명에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 산업용 케이블에 사용되는 모든 절연재가 오일에 동일하게 반응하는 것은 아닙니다. 어떠한 재료로 배합되었는지에 따라 반응 방식이 달라지며, 절연재에서 중요한 요소는 유연성을 지원하고 피로 저항성을 제공하는 가소제가 존재하는지 여부입니다.

절연재에 따라 오일이 흡수되거나 가소제가 침출될 수 있습니다. 두 경우 모두 유연성과 같은 절연재의 인장 특성이 크게 저하될 수 있습니다. 그 과정은 다음과 같습니다(그림 1).

• 첫째, 오일이 폴리염화비닐(PVC) 또는 폴리올레핀 절연 화합물과 접촉하면 가소제와 상호 작용합니다.
• 절연재가 폴리올레핀인 경우 오일이 흡수되어 부풀어 오르고 단열재가 약해집니다.
• 절연재가 PVC인 경우 오일로 인해 가소제가 침출되어 절연재가 경화될 수 있습니다.

그림 1: 오일이 케이블 절연체에 닿으면(왼쪽) 폴리올레핀이 부풀어 오르고 약화되며(가운데) PVC가 가소제 물질을 일부 잃어 케이블이 경화될 수 있습니다(오른쪽). (이미지 출처: Lapp)

Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY와 같은 연속 굴곡 응용 제품에 사용되는 케이블은 두 가지 레벨의 UL 내유성 테스트를 충족해야 합니다.

• 레벨 I은 100°C에서 4일 동안 케이블을 오일에 담그는 테스트입니다. 케이블은 노화되지 않은 인장 강도의 50%와 노화되지 않은 연신율의 50%를 유지해야 합니다.
• 레벨 II는 케이블을 75°C에서 60일 동안 오일에 담그는 테스트입니다. 케이블은 노화되지 않은 인장 강도의 65%와 노화되지 않은 연신율의 65%를 유지해야 합니다.

내화성

Lapp은 FR-00에서 FR-06까지 7단계로 내화성을 정의합니다. R-00은 쉽게 발화 및 연소되는 케이블을 나타내며 반대로 FR-06은 내화성이 높은 케이블을 나타냅니다. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 연속 굴곡 케이블은 FR-02 등급이며 UL VW-1(UL 1581) 수직 화염 테스트를 통해 테스트되었습니다.

이 테스트에서는 티릴 리본 버너를 사용하여 공기 및 가스 흐름을 제어할 수 있습니다. 지정된 화염을 샘플에 15초 동안 가했다가 제거하고, 15초 후 또는 시료의 화염이 멈출 때(둘 중 더 긴 시간 적용) 화염을 다시 가합니다. 테스트는 15초간 화염을 5회 적용하는 방식으로 진행됩니다. 테스트를 통과하려면 시료에서 화염이나 빛나는 입자가 방출되지 않아야 하며 버너 바닥에 있는 수술용 솜에 불이 붙지 않아야 합니다. IEC 60332-1은 UL VW-1에 대응하는 규격으로, 케이블 직경에 따라 화염 적용 시간이 달라집니다.

기계적 보호

기계적 보호에 필요한 요구 사항은 매우 다양합니다. 낙하물에 부딪히거나 지게차 또는 기타 차량에 깔리는 등의 사고 시에도 케이블에 문제가 없어야 하는 경우도 많습니다. 이를 위해, 다양한 보호 수준에 대한 다양한 충격 및 압착 테스트가 실시됩니다. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 연속 굴곡 케이블은 UL 1277 충격 및 압착 테스트에 정의된 MP-02 등급입니다(표 1).

표 1: Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 연속 굴곡 케이블의 기계적 보호 등급은 MP-02입니다. (표 출처: Lapp)

동작 유형

산업용 시스템에서 발생할 수 있는 동작에는 세 가지 기본 유형이 있습니다(그림 2).

• 가요성 케이블은 무작위 동작이 발생하는 비자동화 응용 제품에 사용되며, 일반적으로 공작 기계 및 휴대용 장비 등이 해당됩니다.
• 연속 굴곡 케이블은 자동화 시스템에서 일정한 선형 동작이 발생하고 구부리는 동안 지속적인 힘이 가해집니다. 그러한 응용 제품으로는 수평 및 수직 C-트랙, 드래그 체인, 파워 체인, 자동화 어셈블리 등이 포함될 수 있습니다. 이러한 케이블은 초당 5m 이상의 속도로 앞뒤로 움직일 수 있으며 중력 가속도의 5배 이상의 힘이 가해질 수 있습니다.
• 토션 케이블은 3차원적으로 구부러지고 비틀어지며 산업용 로봇, 픽 앤 플레이스 기계, 조립 작업 등에 일반적으로 사용됩니다.

그림 2: 산업용 시스템에서 발생하는 세 가지 일반적인 동작 유형에는 전방향 굴곡(왼쪽), 연속 굴곡(가운데), 비틀림(오른쪽)이 있습니다. (이미지 출처: Lapp)

연속 굴곡 케이블을 비교할 때는 굽힘 반경, 길이, 가속도, 속도, 무게 등 여러 가지 변수를 고려해야 하며, 케이블 사양은 응용 제품별 요구 사항에 맞춰야 합니다. Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 연속 굴곡 케이블은 연속 굴곡 등급이 CF-02이며 최대 8백만 번의 굴곡 사이클을 처리할 수 있습니다(표 2). 최소 굴곡 반경 등급은 비차폐형 케이블의 경우 케이블 지름의 7.5배, 차폐형 케이블의 경우 케이블 지름의 10배입니다. ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 제품군에는 다양한 응용 제품 요구 사항에 맞게 컨덕터 수, 지름 및 무게가 다른 다양한 케이블 설계가 포함되어 있습니다.

표 2: Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 케이블은 중급 연속 굴곡에 대해 CF-02 등급을 받았습니다. (표 출처: Lapp)

케이블 등급 및 구조

산업용 케이블은 일반적으로 지름이 아니라 전선의 단면적에 따라 등급이 지정됩니다. 단면적은 전선의 강도와 무게에 정비례하고 저항에 반비례하기 때문에 중요한 측정 기준입니다. 또한 최대 전류 전달 용량과도 관련이 있습니다. 하지만 여기에는 한계가 있습니다.

구리마다 저항이 다르고, 단면적은 검사 대상 전선이 동일한 등급의 구리를 사용하는 경우에만 비교에 사용할 수 있습니다. VDE 0295 / IEC 60228은 물리적 치수 대신 저항을 기준으로 전선을 분류하여 이러한 문제를 해결합니다.

산업용 케이블은 개별 전선의 특성 외에도 컨덕터의 수와 크기, 각 컨덕터의 전선 가닥 수에 따라 정의됩니다. VDE 0295는 유연성 및 온도 성능에 따라 다음과 같이 여러 등급의 컨덕터를 정의합니다.

• 클래스 1은 단선 컨덕터입니다.
• 클래스 2는 고정 설치용으로 설계된 연선 컨덕터입니다.
• 클래스 5는 가늘게 연선된 연성 컨덕터입니다.
• 클래스 6은 매우 유연한 컨덕터를 위해 초극세선을 사용합니다. Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY의 컨덕터는 클래스 6의 요구 사항을 초과합니다.

산업용 케이블은 케이블 연선에 따른 유연성 외에도 구조에 따라 정의됩니다. 이러한 케이블의 가장 일반적인 세 가지 구조는 다음과 같습니다(그림 3).

• 단선 또는 다발 컨덕터가 동일한 포설 방향과 포설 길이로 함께 꼬여 있습니다. 이러한 케이블의 경우 고정된 응용 제품에 적합합니다.
• 동심 역나선형 컨덕터는 나선형으로 배치된 컨덕터가 층으로 잘 정의된 형식으로 구성되며 층마다 배치 방향이 반전되고 배치 길이가 증가합니다. 이러한 케이블은 연속 굴곡 설계에 적합합니다.
• 동심 단선 컨덕터는 하나 이상의 나선형 컨덕터 층으로 둘러싸여 있으며, 각 후속 층에서 배치 방향이 동일하고 배치 길이가 증가합니다. 이러한 케이블은 토션 및 연속 굴곡 응용 제품에 적합합니다.

그림 3: 단선 또는 다발 케이블은 고정형 응용 제품에 적합하고, 동심 역나선형 케이블은 연속 굴곡 응용 제품에 적합하며, 동심 단선 케이블은 토션 또는 연속 굴곡 응용 제품에 적합합니다. (이미지 출처: Lapp)

연속 굴곡 케이블

Lapp의 연속 굴곡 케이블은 정격 600V, 온도 -5°C ~ +90°C(고정형 응용 제품의 경우 -40°C ~ +90°C)에서 사용할 수 있습니다. ÖLFLEX FD 890 비차폐형 케이블은 20AWG ~ 2AWG의 크기로 제공되며, 차폐형 케이블은 20AWG ~ 6AWG의 크기로 제공됩니다. ÖLFLEX FD 890 CY 차폐형 케이블은 85%의 커버리지를 제공하는 전체 주석 도금 구리 브레이드로 되어 있으며, EMI 억제가 필요한 경우에 권장됩니다. (그림 4).

그림 4: Lapp은 ÖLFLEX FD 890 비차폐 형 연속 굴곡 케이블(상단)과 차폐형 ÖLFLEX FD 890 CY 연속 굴곡 케이블(하단)을 제공합니다. (이미지 출처: Lapp)

비차폐형 ÖLFLEX FD 890 케이블의 예는 다음과 같습니다.

• 8920034 외부 지름 6.7mm, 구리 무게 10파운드/피트(lbs/mft), 전체 무게 약 43lbs/mft인 3컨덕터 20AWG 케이블
• 8920044 외부 지름 7.4mm, 구리 무게 16lbs/mft, 전체 무게 약 53lbs/mft의 4컨덕터 20AWG 케이블

차폐형 ÖLFLEX FD 890 CY 케이블의 예는 다음과 같습니다.

• 8918034S 외부 지름 9.5mm, 구리 무게 40lbs/mft, 전체 무게 약 91lbs/mft의 3컨덕터 18AWG 케이블
• 8914044S 외부 지름 14.0mm, 구리 무게 103lbs/mft, 전체 무게 약 181lbs/mft의 4컨덕터 14AWG 케이블
• 8912044S 외부 지름 16.5mm, 구리 무게 160lbs/mft, 전체 무게 약 302lbs/mft의 4컨덕터 12AWG 케이블

케이블 글랜드

케이블 글랜드는 케이블을 하우징에 삽입하는 데 사용되며, 케이블과 하우징을 단단히 밀봉하고 케이블에 스트레인 완화 기능을 제공합니다 또한 먼지, 습기 및 기타 오염 물질로부터 하우징 내부를 보호하고 견고하고 안정적인 조립을 보장합니다. Lapp 케이블 글랜드는 DIN EN 62444에 따라 설계되었으며 테스트를 거쳤습니다. Lapp에서 제공하는 케이블 글랜드의 예는 다음과 같습니다(그림 5).

• 저저항 스크린 접점과 전도성이 높고 유연한 EMC 접점을 갖춘 SKINTOP MS-SC 황동 케이블 글랜드(예: 53112920)
• EMI 제어가 필요하지 않은 경우 내구성이 뛰어나고 액체에 밀착되며 조립이 쉬운 스트레인 완화 케이블 글랜드인 SKINTOP SL/SLR 폴리아미드 케이블 글랜드(예: 53015200)

그림 5: Lapp은 환경 밀봉 및 스트레인 완화(왼쪽 및 가운데)와 EMI 제어가 필요하지 않은 응용 제품을 위한 폴리아미드 케이블 글랜드(오른쪽) 외에 EMI 제어용 황동 케이블 글랜드도 제공합니다. (이미지 출처: Lapp)

요약

연속 굴곡 케이블은 조립 작업, 컨베이어, 픽 앤 플레이스 장비, 식음료 처리와 같은 산업 시스템을 지원합니다. Lapp의 ÖLFLEX FD 890/FD 890 CY 케이블은 내유성 및 내화성, 기계적 보호에 대한 산업 요구 사항을 충족하거나 초과하며 최대 8백만 번의 굴곡 주기 등급이 지정되어 있습니다. 차폐 유무에 관계없이 다양한 크기로 제공되며, Lapp의 케이블 글랜드와 함께 사용하여 환경적으로 견고한 솔루션을 제공할 수 있습니다.