Přečtěte si:  Smart city a elektromobilita pro praktický užitek a jejich aktuální výzvy

Kabely od LAPP pro robotiku

3.7.2014 Robotika byla tématem letošní 15. mezinárodní tiskové konference, kterou pořádala firma U.I. Lapp ze Stuttgartu ve dnech 22. – 24. května 2014 ve městě Sainte Maxime na jihu Francie. Zvláštní pozornost se zde soustředila na technologii robotů pro automobilový průmysl. Ten je totiž jedním z odvětví, kde jsou kladeny nejnáročnější požadavky na kvalitu a životnost robotů a všech jejich komponentů. I nejmenší porucha znamená zastavení výrobní linky a milionové škody.

Automobilový průmysl – náročný zákazník

Firma Nelson Bolzenschweiß-Technik GmbH & Co. KG je specialistou na jednotky pro navařování šroubů. Tato jednotka je polohována zcela automaticky robotem a navařuje na karoserii šrouby určené pro montáž kabelových svazků.

Skupina Lapp vyvinula pro společnost Nelson speciální kabel pro šestiosý výrobní robot. Kabeláž je vedena ve všech osách robota, kabel tedy musí být vysoce flexibilní, mít velice malý poloměr ohybu a vydržet vysoké torzní namáhání. Aby nebyl robot omezen v provádění pohybů, byly různé kabely instalovány do minimálního prostoru v jednotlivých osách. Proto byly všechny potřebné komponenty – tedy svařovací kabel, datové a signální kabely i hadice pro přívod vzduchu a ochranné atmosféry – sloučeny do společného vnějšího pláště, čímž se výrazně zmenšil průřez vedení, viz obr.:

Takováto konstrukce klade zvláštní nároky na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC). Citlivé datové a signální kabely je totiž nutno chránit doplňkovým měděným stíněním. Pro stínění jsou při výrobě kabelů používány obecně dvě techniky: měděný stínicí oplet, nebo obložení. U měděného stínicího opletu jsou měděné drátky spleteny do „hadice“ s malými oky, která obklopuje kabel. Touto metodou jsou dosahovány zvlášť vysoké hodnoty stínění proti elektromagnetickému záření.

Při použití v robotice však vzniká problém. Při provádění pohybů robotického systému jsou kabely vystaveny extrémním střídavým ohybům a zkrutu. Vrstvy měděného opletu se při silném kroucení posouvají dovnitř a ven. Při torzi 360° na metr tak často klesá již po 100 000 cyklech účinnost stínicího opletu, protože dochází ke zlámání drátků a vzniku malých otvorů v měděném opletu. Při střídavém ohybu s poloměrem, který odpovídá desetinásobku vnějšího průměru kabelu, vzniká tentýž problém až po dvou či třech milionech cyklů. Proto se u kabelů pro robotiku často používá obložení jako alternativní metoda stínění. Obložení je tvořeno spirálovým návinem měděného drátu nebo fólie pouze v jednom směru, díky čemuž se vrstvy mědi neotírají o sebe, a tím je zajištěna vysoká účinnost stínění po celou životnost kabelu. Při pohybu se střídavým ohybem s poloměrem odpovídajícím desetinásobku vnějšího průměru kabelu je stínění schopno vydržet bez poškození více než deset milionů cyklů. Podobné životnosti je možné dosáhnout i při krutu 360° na metr. Nevýhodou oproti opletu je, že při určitém zkroucení nebo ohybu mohou vznikat ve stínění dočasné mezery. Pro výběr materiálu je tedy rozhodující oblast použití kabelu.

Specialistům na robotiku u firmy Lapp Muller se podařilo sloučit všechny tyto komponenty do nově vyvinutého komplexního hybridního vedení, nabízejícího i při flexibilitě a torzní odolnosti vyžadované při použití na robotu životnost více než dva miliony ohybových cyklů.

Individuální zakázková výroba pro zákazníky se nevztahuje pouze na kabely jako takové, ale i na jejich kombinaci s konektorovými systémy. Zákazníci tak dostávají individuálně sestavená kompletní vedení včetně konektorů, připravená pro „Plug and Play“. Použití těchto kompletních řešení od jednoho dodavatele umožňuje zákazníkům zeštíhlovat jejich procesy a ušetřit mnoho času a nákladů, takže se mohou intenzivněji věnovat svým hlavním činnostem.

Dalšímu zákazníkovi, společnosti DÜRR SYSTEMS APT z Bietigheimu, skupina Lapp dodává „zcela bezstarostný balíček“: jedná se o hotovou servokonfekci pro individuální použití v lakovacích robotech. Speciální kabely dle požadavků firmy Dürr jsou vyvíjeny a vyráběny ve společnosti Lapp Muller v Grimaudu. Ve Stuttgartu jsou ve společnosti  Lapp Systems doplněny konektory EPIC^® a kabelové svazky jsou konfekcionovány a následně testovány.  Poté se dostávají přes DÜRR Bietigheim do svého místa určení v lakovnách automobilek po celém světě. 

Pro zákazníky jako je DÜRR SYSTEMS APT dodává skupina Lapp „zcela bezstarostné balíčky“ v podobě Plug & Play. Speciální kabely pro firmu Dürr AG se vyvíjejí a vyrábějí ve společnosti Lapp Muller v Grimaud  a připravují na míru a testují v  Lapp Systems ve Stuttgartu.

Robocable^® F1 Gold – příklad adaptace standardního produktu na míru potřebám zákazníka

Ve většině případů přicházejí zákazníci k firmě Lapp Muller s přesně definovanými požadavky na kabelový systém, který chtějí použít ve svém robotickém systému. Pokud však nemohou být tato kritéria splněna produktem ze standardního sortimentu, vytvoří Lapp pro zákazníka tým a vyvine pro něj individuální řešení. Příkladem takového řešení je kabel Robocable^® F1 Gold.

Jeho základem je standardizovaný kabel Robocable^® F1, který je používán především v automobilovém průmyslu. Vysoce flexibilní kabel pro roboty má vnější plášť z PUR, je odolný vůči řadě olejů, oděru a UV záření. K tomu přistupuje polyesterová izolační vrstva, která byla vyvinuta speciálně pro vysoká zatížení kabelu. Jednotlivé svazky kabelů uvnitř hybridního kabelu jsou proti záření stíněny měděným obložením a celý kabel je vybaven doplňkovým stíněním měděným opletem. Poloměr dynamického ohybu odpovídá desetinásobku vnějšího průměru, torzní odolnost ±180° na metr. Kabel vydrží při tomto zatížení bez poškození až deset milionů cyklů.

Na základě zvláštního požadavku vyvinula společnost Lapp Muller společně se zákazníkem z oboru robotiky variantu Robocable^® F1 Gold, která se používá především u robotů s pohybem ve více osách, určených například pro svařování komponent automobilové karoserie. Další vývoj kabelu F1 je zaměřen na vysoký výkon při ještě větším mechanickém namáhání. Zejména kombinace střídavého ohybu a zkrutu při komplexních pohybech robota vedla u původních kabelů často k rozlámání a poškození stínicí vrstvy, chránící datové kabely před elektromagnetickým zářením. U kabelu Robocable^® F1 Gold je proto provedeno veškeré stínění formou měděného obložení. Poloměr dynamického ohybu tak bylo možno snížit na 7,5násobek vnějšího průměru kabelu, torzní odolnost se naopak zvýšila na ± 360° na metr. Taktéž kabel F1 Gold je testován na deset milionů cyklů. Další speciální varianta kabelu Robocable^® F1 Gold je díky svému stínění ze speciální slitiny zvlášť pevná v tahu: vydrží až 300 N/mm² (ve srovnání s hodnotou 20 N/mm², které dosahují jiné kabely).

Zařízení pro testování kabelů na ohyb a zlom

Aby bylo možné zjistit, jak reagují standardní produkty nebo nově vyvinuté kabely na trvalé zatížení při určitých pohybech a jak jsou schopny je bez poškození snášet, přichází na řadu nezbytné provádění testů za podmínek blízkých praxi. Žádné oficiální průmyslové standardy pro zkoušky vysoce výkonných kabelů však neexistují. Odolností vůči střídavému ohybu se zabývají pouze některé normy IEC, například 60245-2 pro kabely s gumovým pláštěm nebo 60227-6 pro kabely s pláštěm z PVC. Pro dynamické použití a trvalé zatížení v robotice jsou však požadavky stanovené těmito normami – například „bez přerušení kabelu po 10 000 cyklech“ – velice nízké. Skupina Lapp proto koncipuje své zkoušky podle nejpřísnějších požadavků svých zákazníků z oblasti výroby robotů, kteří představují ve vztahu k výrobě kabelů takzvanou královskou třídu. Podnik disponuje nejmodernějšími zařízeními pro zkoušení kabelů na světě, jejichž prostřednictvím je možno simulovat nejrůznější cykly pohybů.

Zařízení pro zkoušení kabelů pro energetické řetězy testuje flexibilitu a životnost kabelů při trvalém namáhání střídavým ohybem s variabilně nastavitelným poloměrem. Zařízení pro zkoušení namáhání zkrutem simulují rotační pohyby a je na nich možno nastavit maximální úhel natočení ±720°. Jedinečné kombinované zkušební zařízení je kromě toho schopno reprodukovat pohyby vyskytující se na robotech za reálného provozu, a to kombinováním rotačních pohybů a střídavého ohybu.

Testy simulující dva miliony pohybových cyklů při rychlosti blízké praxi mohou trvat i měsíce. Alternativně je možné mechanické zkoušky urychlit zpřísněním zkušebních parametrů – například poloměru ohybu.

Roboty jsou používány nejenom globálními hráči, ale stále častěji i menšími provozy. Systémy se totiž stávají menšími, mobilnějšími, cenově výhodnějšími a flexibilnějšími. Například společnost Google koupila v posledních letech devět firem zabývajících se robotikou.

Příspěvek do čtvrté průmyslové revoluce

Skupina Lapp se angažuje ve dvou výzkumných projektech v rámci programu Industry 4.0, někdy též nazývaný čtvrtou průmyslovou revolucí, které se zabývá výrobou v kyberfyzickém prostoru. Roboty by tak mohly být v budoucnu nasazovány nejenom jako autonomní pracovníci provádějící svařování nebo lakování, ale mohly by i přímo spolupracovat s lidmi. Tito noví kolegové budou z bezpečnostních důvodů mimo jiné na dotek „měkcí“.

redakce Proelektrotechniky.cz, zpracováno z článků od těchto autorů:

Siegbert E. Lapp, člen představenstva Lapp Holding AG

Jacques Besio, vedoucí výroby Lapp Muller

Frank Rothermund, Market Manager Robotics U.I. Lapp

Foto a obrázek © Lapp

www.lappgroup.cz

 Přečtěte si také:

LAPP KABEL představuje nový e-shop

20.1.2015 Společnost LAPP KABEL s.r.o. představila v posledních letech několik nových online nástrojů, které usnadňují a zrychlují zákazníkům a projektantům správný a efektivní výběr vhodného LAPP produktu. Mezi tyto nástroje patří například online katalog, vyhledávače a konfigurátory, 3D modely pro konstrukci strojů a zařízení či aktualizované knihovny pro EPLAN v osmi světových jazycích. 

Individuální zkouška kabelů eliminuje problémy

22.10.2014 Kabely v průmyslovém prostředí musí fungovat bez poruch po dlouhá léta. Platné normy sice popisují obecné požadavky na konstrukci a materiál, v některých případech kabelů pro speciální aplikace však nejsou dostatečné. Řešením zde může být individuální dohoda výrobce kabelů se zákazníkem a vlastní vyvinuté zkušební postupy. Stuttgartská skupina Lapp disponuje rozsáhlým testovacím střediskem, kde jsou kabely a vodiče testovány pro různé typické průmyslové aplikace a také pro větrné elektrárny. 

Nový silový konektor 21BV od Multi-Contactu

29.9.2014 Multi-Contact představuje nový konektor z řady 3 Powerline. Tento jednopólový izolovaný konektor o průměru 21 mm doplňuje již zavedené modely 10BV a 16BV, a společně tak tvoří kompletní nabídku obzvláště výkonných řešení s vysokou přenosovou kapacitou až do 800 A. Nová řada 21BV je určena zejména pro použití v mobilních generátorech, mobilních záložních zdrojích, pro napojení kabeláže u jednorázových akcí  

Nejvýkonnější kabelová technologie pro podzemní a podmořský přenos energie na světě

27.8.2014 Společnost ABB, vedoucí světová skupina v oboru silnoproudé elektrotechniky a energetiky, představila v srpnu 2014 průlomovou technologii pro podzemní a podmořský přenos energie. Je jí 525kilovoltový kabel pro stejnosměrné přenosové spojení, používané zejména u obnovitelných zdrojů energie (viz například článek o projektu Maritime Link). 

Projekt CoCoS podporuje výrobu v kyberfyzickém prostoru

16.6.2014 V současné době se v odborných kruzích často hovoří o čtvrté průmyslové revoluci. Jejím základem je využívání tzv. kyberfyzického prostoru ve výrobě – tedy stavu, kdy vestavěné počítače nejen kontrolují výrobu, ale komunikují i mezi sebou a díky identifikační technologii RFID „komunikují“ také s materiálem a výrobky. Na podporu tohoto procesu byl začátkem roku 2014 v Německu zahájen projekt CoCoS (Context-Aware Connectivity and Service Infrastructure for Cyber-Physical Production Systems, tedy kontextově uvědomělá infrastruktura pro konektivitu a služby pro výrobní systémy v kyberfyzickém prostoru).  

Novinky společnosti LAPP KABEL na veletrhu AMPER 2014

17.4.2014 Na stánku společnosti LAPP KABEL s.r.o. měli během letošního veletrhu AMPER návštěvníci možnost seznámit se hned s několika novinkami z oblasti produktů a služeb. Jednou z hlavních produktových novinek je bezpochyby tepelně odolný kabel ÖLFLEX^® HEAT 125 SC, vhodný zejména pro aplikace s vysokými teplotami okolí a prostory se zvýšenými požadavky na požární ochranu. 

Nerezová vývodka SKINTOP^_® INOX

22.11.2013 Na letošním veletrhu FOR ELEKTRON, který se konal 19.–21. listopadu 2013 v Praze, představila společnost LAPP KABEL zajímavou novinku – speciální nerezovou vývodku SKINTOP^® INOX, určenou pro čisté prostory – např. farmaceutický průmysl, potravinářský průmysl, nápojovou techniku a pivovary.  

Nové servisní a logistické centrum skupiny Lapp

24.6.2013 Nové servisní a logistické centrum v Ludwigsburgu otevřela 6. června 2013 stuttgartská skupina Lapp. Stavba byla projektována a budována podle nejnovějších směrnic v oblasti úspory energií. Vytápění zajišťují energeticky efektivní stropní plynové infrazářiče, zaručující průměrnou teplotu 17 až 18 °C. Na střeše je umístěno fotovoltaické zařízení s 4348 krystalickými moduly a ročním výkonem 1 000 MWh.

Nový ÖLFLEX CLASSIC 110

12.2.2013 Společnost LAPP KABEL, jeden z předních světových výrobců a distributorů kabelů a kabelového příšlušenství, uvádí na trh další inovaci světově prvního průmyslově vyráběného kabelu ÖLFLEX. Osvědčenému ovládacímu kabelu ÖLFLEX^® CLASSIC 110 byly v rámci jeho revitalizace přidány další užitné vlastnosti, které jej kvalifikují pro ještě širší využití, než tomu bylo doposud.  

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services