산업용 응용 분야를 위한 연성 케이블 선택 방법

최근 지역 메이커 스페이스에서 진행된 로봇 공학 전시회에 방문한 적이 있는데, 전시된 장비의 독창성과 다양성은 놀라운 수준이었습니다. 특히 개의 모습을 한 Boston Dynamics의 로봇인 스팟(Spot)이 매우 인상적이었는데, 물론 아직은 진짜 개의 움직임과는 거리가 있었습니다.

이 체험을 통해 움직이는 기계에 전력과 데이터를 분배하는 것이 얼마나 어려운 일인지 깨닫게 되었습니다. 픽 앤 플레이스 시스템과 같이 잘 정립된 응용 분야부터 코봇과 같이 새롭게 부상하는 분야에서도, 케이블은 일정하게 구부러지고 꼬아져야 합니다. 이는 정적 응용 분야를 위해 설계된 평범한 케이블에서 문제가 됩니다. 이러한 케이블이 반복적으로 구부러지면, 다양한 요인으로 인해 성능이 저하될 수 있기 때문입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 케이블 재킷은 케이블 관리 시스템이나 기타 환경적 요인에 의한 마모로 손상될 수 있습니다.
• 단열재와 재킷 소재는 반복적인 변형으로 인해 갈라지거나 파손될 수 있습니다.
• 특히 복잡한 움직임이 수반되는 응용 분야에서 케이블을 계속 구부려야 하는 경우, 컨덕터와 차폐가 파손될 수 있습니다.

혹독한 환경에서는 연마성 또는 부식성 물질과 극한의 온도로 인해 이러한 성능 저하의 영향이 더욱 악화될 수 있습니다. 이러한 환경적 위험 요소는 재킷과 단열재를 약화시켜 고장에 취약하게 만들 수 있습니다.

이러한 응용 분야에서 제품의 수명을 보장하려면 아웃사이드-인(outside-in) 설계 철학을 채택하는 것이 도움이 됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 케이블 재킷이 외부의 환경적인 위험을 견딜 수 있는지 확인하는 것부터 시작합니다.
• 차폐 시스템이 필요한지 여부를 결정하고 예상되는 변형을 견딜 수 있는지 확인합니다.
• 반복적으로 구부러지도록 설계된 컨덕터를 포함하여 케이블의 내부 구조가 적절한지 확인합니다.

각 항목을 더 자세히 살펴보겠습니다.

내구성이 뛰어난 케이블 재킷 소재 선택

산업 환경용 연성 케이블은 통상적으로 폴리염화비닐(PVC), 폴리우레탄(PUR) 또는 열가소성 엘라스토머(TPE)로 구성된 재킷이 특징입니다. 각 소재마다의 장점이 있지만, TPE는 대부분의 환경적 위험에 대해 탁월한 내구성을 제공합니다(그림 1). 또한 TPE는 균열이나 파손 없이 반복적인 굽힘과 굴곡을 견디는 탁월한 유연성을 자랑합니다.

그림 1: TPE는 대부분의 환경적 위험에 대해 탁월한 내구성을 제공합니다. (이미지 출처: Alpha Wire)

Alpha Wire의 Xtra-Guard 연성 TPE 케이블에서 이러한 장점을 확인할 수 있습니다. 1백만 회의 굴곡 사이클 등급과 Oil Res I/II 및 FT4 화염 등급을 자랑하는 이 케이블은 제조 로봇 공학 및 동작 제어와 같은 응용 분야에서 높은 신뢰성과 성능을 제공하도록 설계되었습니다.

이 케이블은 제한 전력 트레이 케이블(PLTC) 또는 트레이 케이블(TC)의 버전으로 제공됩니다. PLTC 및 TC 등급은 실외 환경에서도 추가적인 보호 장치 없이 케이블을 케이블 트레이 또는 배선관에 직접 연결할 수 있어 설치가 간편하고 비용이 절감됩니다.

Alpha Wire는 갠트리 시스템과 같은 롤링 플렉스 응용 분야를 위한 Xtra-Guard 연속 굴곡 TPE 제어 케이블도 제공합니다. 이 케이블은 극한 응력을 견딜 수 있도록 더욱 견고한 구조를 갖추고 있습니다.

차폐 소재의 유연성과 효율성 사이의 균형 유지

전자파 장해(EMI) 차폐의 경우 옵션이 너무 방대해 선택이 어려울 수 있습니다. 엔지니어는 구리 및 알루미늄과 같은 광범위한 소재뿐만 아니라 포일 및 브레이드와 같은 다양한 제작 방법 중에서 선택해야 합니다. 옵션마다 차폐 효과성, 기계적 복원력, 비용 및 무게와 관련된 장단점이 있습니다.

이러한 장단점을 최소화하는 한 가지 방법은 여러 종류의 실드를 조합하여 사용하는 것입니다. 예를 들어 Alpha Wire의 독점적인 Supra-Shield는 알루미늄/폴리에스터/알루미늄 호일과 주석 도금된 구리 브레이드 실드를 사용하여 75%의 고밀도 커버리지를 제공합니다. 그림 2에서 볼 수 있는 바와 같이 호일과 브레이드 실드의 조합은 탁월한 유연성을 유지하면서 뛰어난 EMI 성능을 제공합니다.

그림 2: Supra-Shield는 포일과 브레이드 실드를 결합하여 뛰어난 성능을 구현합니다. (이미지 출처: Alpha Wire)

내구성을 위한 컨덕터 설계

연성 케이블의 수명 보장을 위해서는 연선 설계 컨덕터를 사용해야 합니다(그림 3). 이 설계는 굽힘으로 인한 응력을 한 지점에 집중시키지 않고 분산시켜 금속의 피로와 파손 위험을 줄여줍니다. 모든 Xtra-Guard 연성 TPE 케이블은 연선 설계를 사용하여 10AWG ~ 20AWG 범위의 크기와 2개 ~ 12개의 컨덕터 수를 제공합니다.

그림 3: 여기에 표시된 것과 같은 연선 컨덕터는 변형을 분산시켜 금속 피로를 줄입니다. (이미지 출처: Alpha Wire)

결론

움직이는 기계는 케이블 연결과 관련된 고유한 문제를 지닙니다. 케이블이 이러한 응용 분야와 작동 환경의 혹독한 조건을 견딜 수 있는지 확인하는 것은 시스템의 수명과 신뢰성에 매우 중요합니다. 앞서 살펴본 바와 같이 TPE와 같은 소재는 뛰어난 저항성과 유연성을 제공하며, Alpha Wire의 Supra-Shield와 같은 혁신적인 차폐 시스템은 내구성 저하 없이 최적의 EMI 성능을 제공합니다. 또한 케이블에 연선 컨덕터를 사용하면 해당 응용 제품에 가해지는 응력을 견딜 수 있습니다.