הליך התפתחותם של כבלים רובוטיים המיועדים לשימוש בתעלות לעבודה בתנועה (Energy-Chains)

טכניקת שזירה (Braiding) במקום שכבות (Layers)
גם 25 שנים לאחר שיצאו לשוק, כבלים רובוטיים שזורים מסוככים המיועדים לשימוש בתעלות לעבודה בתנועה (Energy Chains), עדיין רחוקים מלהיות הבחירה המועדפת על העוסקים במלאכה.
תועלתם של כבלים אלו תלויה לא רק בתכנון הנכון של סידור הגידים (שזירת צמות – Braided bundle), אלא גם בחומרים מהם עשוי הכבל. בלי כל אלו, עשויים הכבלים להינזק.
בשנות השמונים המאוחרות, נזק שנגרם לכבלים רובוטיים בתעלות להובלת כבלים, היה בגדר תופעה שכיחה. בעיה זו הייתה חמורה במיוחד במערכות אחסון ואחזור אוטומטיות, שקצב הופעתן בשוק היה אז מהיר ונרחב. כשלים הופיעו במהלכי תנועה ארוכים (Long travel), בהם הכבלים נעו זה מעל זה. כך נוצרה תופעה של בקיעת מעטפת הכבל (Corkscrew effect). בעקבות זאת, החלה עבודת הפיתוח והשיפור של הכבלים הרובוטיים המיועדים לעבודה בתעלות להובלת כבלים. חברת igus פיתחה תקנים משל עצמה לייצור ולבדיקה של כבלים רובוטיים בתעלות להובלת כבלים, מפני שלא היו אז תקנים או נורמות מקובלים בתחום זה. בד בבד, הושקעו משאבים במעבדת מחקר, לצורך הרחבת הידע בנושא כבלים רובוטיים המצויים בתעלות בתנועה מתמדת. במסגרת הבדיקות שנערכו במעבדת igus, נבחנו אותם הכבלים הרובוטיים הקיימים בשוק, הגמישים לכאורה, אשר יועדו לעבודה בתנועה בתוך תעלות להובלת כבלים. בדיקות אלו העלו, כי עיצוב הכבלים בטכניקת שכבות רגילה (Layers), בשילוב עם החומרים מהם עשויים הכבלים, ענו על הדרישות הבסיסיות והתאימו לשימוש ביישומים בתנועה, שהינם בעלי מחזורי עבודה נמוכים יחסית. ואולם, כאשר השתמשו בכבלים אלו בתעלות להובלת כבלים שנמצאות בתנועה מתמדת, הם הגיעו מהר מאוד לקצה גבול היכולת שלהם.

רעיון שהושאל מכבלי פלדה
תוך כדי חיפוש אחר פתרון, השאילה החברה פתרון מתחום כבלי הפלדה, שגם בו השתמשו בסוג של שזירה (Braiding). עיצוב שזירה הוא עיצוב בו הגידים שזורים סביב מרכז הכבל. עיצוב זה היה שונה לחלוטין מעיצוב השכבות שהיה קיים אז בכבלים רובוטיים שיועדו לעבודה בתעלות להובלת כבלים, אפילו ביחס לכבלים “בשזירת שכבות” (Position-braided cables). כבלים “בשזירת שכבות”, משמעם, סידור גידים במספר שכבות ולאחר מכן, שזירת השכבות בינן לבין עצמן. בדרך כלל, השתמשו בסרט דק או בחוט צמר בין שכבות הגידים. החיסרון העיקרי הטמון בעיצוב “שזירת השכבות”, הוא שהכבלים נחשפים לכוחות מתיחה ומשיכה גבוהים בנקודת הכיפוף, בתוך התעלות להובלת הכבלים. כוחות אלו יוצרים שוב את התופעה של בקיעת מעטפת הכבל, במיוחד ביישומים בעלי מהלכי תנועה ארוכים.

שזירת צמות פועלת טוב יותר
הליך הייצור של כבלי igus, המכונים Chainflex, ואשר מאוגדים בטכניקת שזירת צמות (Braided bundled cables), הוא שונה לחלוטין מהמתואר לעיל, והינו תוצר של מחקר ארוך ומקיף ובדיקות איכות קפדניות.
כך, אם ניקח לדוגמא כבל בעל 18 גידים, הרי שבייצור בטכניקת שזירת הצמות של igus, גידים אלו אינם שזורים בכמה שכבות זו על גבי זו, אלא, ראשית, שזורים זה בזה באגדים קטנים של 3 גידים כל אחד, ולבסוף, אגדים אלו שזורים זה עם זה, בשישה אגדים. שזירת צמות זו, המבוצעת בין האגדים בכיוונים הפוכים ושונים מאלו שבתוך כל אגד, מונעת את התופעה של מתיחת יתר של כל אחד מהגידים בתוך רדיוס הכיפוף של התעלה להובלת הכבלים. מבנה זה נתמך בנוסף גם במעטפת פנימית וחיצונית (inner & outer Jacket) של חומרים שונים (כגון PVC, PUR, TPE), הממלאים את החללים שבין הגידים באופן שבו לא נותרים חללים ריקים. בדרך זו, מבנה הצמות אינו יכול להתפתל ולהשתנות במהלך התנועה בתעלה. לעומת זאת, כבלים המיוצרים בטכניקת שזירת שכבות, כוללים בדרך כלל רק מעטפת חיצונית המיוצרת בשיחול (extrusion), מה שאומר שמעטפת זו אינה יכולה לתמוך במבנה הפנימי של שזירת השכבות, מה שמגדיל את הסיכון לתופעה של בקיעת מעטפת הכבל.
עם זאת, יצוין, כי לכבלי Chainflex של החברה, שהינם, כאמור, בעלי מעטפת פנימית וחיצונית של חומרים, ישנו חיסרון קטן אחד: הכבל הופך להיות פחות ידידותי למשתמש כשמתגלה צורך בחשיפת הגידים. במקרה כזה, בכבלי החברה, יש לחתוך את המעטפת החיצונית והפנימית בזהירות. זאת לעומת חיתוך ומשיכה פשוטים של המעטפת בכבלים בשזירת שכבות, שהינם בעלי מעטפת חיצונית בלבד. חיסרון זה, שהיה קיים קודם בכבלי החברה, הוסר בחלק מהכבלים, על ידי שימוש בפתיל משיכה CFRIP, המאפשר הליך חשיפה פשוט יחסית, שמקצר את זמן החשיפה הרגיל בכ-80%, כשמדובר באורכי חשיפה ארוכים.
כפי שניתן להבין, לטכניקת שזירת הצמות יש חשיבות רבה, ואולם בחירה בחומר הנכון עבור המעטפת הינה מכרעת. לחברת igus ידע רב בכל הנוגע לחומרי המעטפת, וזאת, הודות לבדיקות הרבות שערכה בנושא זה לאורך השנים. כשהוצגו לראשונה בתערוכת המסחר בהנובר הסדרות הראשונות של כבלי הפיקוד אשר יועדו לשימוש בתעלות להובלת כבלים, ואשר יוצרו בטכניקת שזירת צמות והיו בעלי רדיוס כיפוף של 5xd , אלו זכו ליחס חשדני, מפני שנראו שונים מאוד מהכבלים המקובלים בשוק. אך המציאות הוכיחה, כי כבלים אלו היו רק ההתחלה. הצלחת כבלי הפיקוד שיוצרו בטכניקה החדשה, הובילה לייצור סוגי כבלים נוספים באותו האופן, תוך שימוש בשילובים שונים של חומרים. מתוך בדיקות רבות שערכה החברה, הלך והתבהר עוד יותר ששילוב בין כבלים וחומרים פלסטיים הוא המפתח להצלחה בכל הנוגע לאורך החיים של הכבלים. החברה התרכזה יותר ויותר בהשוואה ובשיפור של סוגים שונים של חומרים פלסטיים שנמצאים במגע קבוע אחד עם השני, בכבלים ובתעלות להובלת כבלים.

המשך בדיקות רוטיני במעבדת igus לצורך שמירה על ביצועי הכבלים ושיפורם באופן מתמיד
עשרים וחמש שנה לאחר שיצאו לשוק לראשונה כבלי Chainflex של החברה בטכניקת שזירת צמות, ולאחר ייצורם של מיליוני מטרים מכבלים אלו, ניתן כיום לראותם במאות אלפי יישומים בתעשיות השונות, הודות לאמינותם ואיכותם. בה בעת, צוותי המחקר והפיתוח של החברה ממשיכים בבדיקות מתמידות, וזאת במטרה להביא לשיפורים נוספים של החומרים והתהליכים. מעבדת החברה, בשטח של 1750 מ”ר, היא כיום מעבדת הבדיקות הגדולה בעולם בתחום זה. בדיקות השוואה בין כבלי igus לבין כבלים שנראים לכאורה זהים, מראים עד כמה חשוב ומשמעותי הוא השילוב של מרכיבי העיצוב והתכנון של הכבל. לדוגמה, בדיקה שהחלה במעבדות החברה בקיץ 2012, הראתה במה מתבטאים ההבדלים: כבל מסוג CF10.25.12 של החברה נבדק והושווה לכבל זהה של חברה מתחרה, המיוצר אף הוא בטכניקת שזירת צמות. הבדיקה בוצעה ברדיוס כיפוף של 75 מילימטר ובמהלך של 1.2 מטר. הכבל המתחרה, שכביכול היה זהה, כשל כתוצאה משחיקת המעטפת החיצונית של הכבל והוא כרע תחת העומס לאחר 2.5 מיליון מהלכים. לעומתו כבל CF10.25.12 הגיע ל-21 מיליון מהלכים כפולים והבדיקה עודנה ממשיכה. עד עתה, לא זוהתה תופעה של עייפות החומר בכבל, והדבר מוכיח שרק בעזרת תהליכי בדיקה והשוואה מתמשכים אפשר לספק מוצר אמין, בטוח ואיכותי לטווח ארוך.

מחבר המאמר:
, the Head of Business Unit chainflex® cables, igus

הכתבה תורגמה ע”י קונלוג, נציגתה הבלעדית של igus בישראל