Cavi elettrici per posa mobile: tipologia e condizioni di posa

Ogni cavo elettrico è progettato in base alla sua applicazione: un cavo che viene installato all’interno di una canalina, non è soggetto a stress meccanici, quindi ha delle caratteristiche molto diverse rispetto ad un cavo che deve essere utilizzato, nel braccio di un robot antropomorfo.

Vediamo nel dettaglio quali sono le tipologie di stress meccanico e le caratteristiche che contraddistinguono i cavi elettrici per posa mobile.

Quando si parla di cavi flessibili è importante sapere che esistono svariati modi per generare lo stress meccanico a cui il cavo viene solitamente sottoposto. A seconda delle applicazioni in cui i cavi vengono installati, dunque, è molto importante scegliere i cavi elettrici per posa mobile secondo specifici parametri e regole.

Sia che il cavo si trovi in una catena portacavo sia che venga impiegato in una posa mobile non guidata, esso può essere soggetto a diverse tipologie di stress meccanico:

Trazione e compressione. La forza agisce in senso longitudinale sui cavi e può essere:

• Statica - simile alla forza che viene esercitata su un cavo sospeso in verticale che deve sorreggere un peso, come nel caso di una pulsantiera pensile che comanda    un carroponte. Per la sue caratteristiche costruttive, un cavo in grado di rispondere a questo tipo di forza è l’ÖLFLEX® CRANE 2ST.
• Dinamica - come il tipo di forza a cui è sottoposto un cavo inserito, per esempio, in una catena portacavi di un pallettizzatore posto a fine di una linea di imbottigliamento. All’interno della vasta gamma degli ÖLFLEX® FD e degli ÖLFLEX® CHAIN è possibile trovare l’alternativa migliore per la catena che deve essere cablata.

Torsione. Questo tipo di sollecitazione avviene quando ad un oggetto si applica una forza torcente. La torsione si verifica su un cavo quando una forza di rotazione viene applicata ad un'estremità mentre l'altra estremità viene tenuta ferma. Ciò, si verifica tipicamente nei robot antropomorfi. I cavi ÖLFLEX® ROBOT sono perfetti per questo tipo di applicazione: le loro caratteristiche costruttive permettono loro di resistere alle più gravose sollecitazioni tipiche della robotica.

Piega/flessione. In questo caso si distinguono tre diverse tipologie di flessione:

• semplice quando il cavo è in posa mobile libera non guidata
• continua quando è presente una catena portacavi e quindi il cavo viene movimentato in maniera costante e ripetuta
• flessione continua, ma non guidata quando siamo in presenza di un tamburo avvolgicavo. Il cavo di controllo e comando ÖLFLEX® CLASSIC 110 è il tipico esempio di cavo adatto a questo tipo di movimentazione.

È importante che il costruttore di cavi progetti i cavi secondo specifici parametri e regole. Il cliente, invece, deve conoscere quali sono le caratteristiche dei cavi elettrici per posa mobile per assicurare loro un ciclo di vita più duraturo possibile.

Un cavo elettrico è formato da conduttori in rame isolati e cordati, da una schermatura (quando necessaria) e da una guaina protettiva che assicura una protezione da agenti chimici e stress meccanici. Entriamo ora più nel dettaglio del design dei cavi a cui viene richiesta un’elevata flessibilità.

Il primo parametro a cui prestare molta attenzione è il passo di cordatura. I trefoli di un conduttore flessibile in rame sono avvolti tra loro a spirale. Con passo di cordatura si è soliti descrivere la distanza tra un punto della spirale e il punto successivo in cui la spirale ritorna nella stessa posizione geometrica. 

Più il passo di cordatura è corto, migliore è la flessibilità del cavo stesso: un esempio di questo concetto è la molla. Anche i conduttori isolati di un cavo seguono lo stesso principio di cordatura.

Quando sono presenti molti conduttori all’interno del cavo possono esserci più strati e passi di cordatura tra di loro e per mantenere un equilibrio nella geometria del cavo.

Esistono due tipologie di raggruppamento dei conduttori per quanto riguarda i cavi elettrici per posa mobile.

• Cavi con conduttori cordati a strati: questo tipo di cordatura ha il vantaggio di avere un diametro esterno ridotto e un’elevata sguainabilità che li rende più semplici da lavorare, tuttavia hanno lo svantaggio di non essere adatti all’utilizzo in catene portacavi estremamente lunghe.  La direzione del passo di cordatura presente nei vari strati può essere sia nella stessa direzione, detto “a strati unidirezionali”, sia in direzioni opposte, detto a “strati inversi”. Questa differenza diventa una discriminante molto importante a seconda del tipo di applicazione che si sta cablando. 

• Cordatura a fasci: nei cavi con questo tipo di cordatura, a differenza dei precedenti, i conduttori sono raggruppati in piccoli gruppi avvolti a spirale e successivamente questi a loro volta sono raggruppati tra loro a spirale. Sono adatti all’utilizzo anche in catene molto lunghe, ma hanno solitamente un diametro esterno elevato e una difficile sguainabilità.

Oltre al passo di cordatura, sono altri i parametri che devono essere presi in considerazione. Tra questi troviamo il raggio minimo di curvatura che il cavo può sostenere, la classe del trefolo, la tipologia di schermatura (se richiesta) e il materiale della guaina.

Un cavo con una guaina in poliuretano ha una elasticità del 600% prima di arrivare al suo punto di rottura rispetto ad un materiale come il PVC che arriva al 200% della sua elasticità.

Basarsi unicamente sul tipo di guaina, però, non è sufficiente poiché non dobbiamo dimenticare che all’interno del cavo è presente il rame che, ovviamente, non gode della stessa elasticità degli altri due materiali citati. Ecco che entra in gioco anche la classe del trefolo data dal numero e dal diametro dei fili elementari che costituiscono il conduttore in rame. I cavi elettrici per posa mobile devono avere un trefolo in classe 5 o classe 6. 

La schermatura, altro parametro molto importante, può essere a calza o ad elica. La differenza tra le due si trova nella loro capacità di resistere ai cicli di torsione: se la schermatura ad elica ha un comportamento lineare perché, l’elica stessa, è avvolta in una sola direzione e per questo non “lega” la torsione del cavo; la schermatura in calza è costituita da due eliche che si incrociano e si intersecano e per questa ragione “legano” la torsione del cavo elettrico per posa mobile.

L’esigenza di avere dei cavi che occupino uno spazio ridotto all’interno della macchina è importante, ecco perché anche il raggio di curvatura è un criterio da tenere in considerazione. Con questo termine si identifica il raggio con cui il cavo può essere curvato senza subire danni. Più elevato è il raggio di curvatura minimo di un cavo, maggiore è lo spazio necessario per l’intero sistema.

La prima differenza fondamentale tra piega/flessione e torsione si ritrova nel passo di cordatura: se per la piega è l’ideale un passo di cordatura corto, per la torsione il passo di cordatura del cavo dovrà essere, invece, lungo.

Un’altra grande differenza è la cordatura degli strati: nel caso della piega troveremo una cordatura a strati inversi, viceversa nella torsione una cordatura a strati unidirezionali. Qualora fosse richiesta una schermatura, nella piega flessione sarà necessaria una calza di rame mentre nella torsione dovrà obbligatoriamente essere presente una schermatura ad elica, altrimenti si rischia pena la rottura della stessa dopo pochi cicli.

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