Choix optimal des câbles pour les guides

Dans le monde de l'automatisation et de la robotique, la fiabilité est essentielle. Chaque arrêt de machine peut signifier des pertes, c'est pourquoi même des éléments apparemment mineurs, comme les câbles dans les chaînes porte-câbles, jouent un rôle clé. Ce sont eux qui assurent la distribution sécurisée de l'énergie, des signaux et des médias vers les parties mobiles des systèmes. Un mauvais choix peut entraîner une usure rapide, des dommages et des pannes coûteuses.

Dans cet article, nous examinons les câbles destinés à fonctionner dans les chaînes porte-câbles : nous expliquons ce que sont les chaînes porte-câbles, quelles exigences elles imposent au câblage, à quoi faire attention lors du choix et quelles solutions offrent les fabricants renommés. Nous donnons également des conseils pour éviter les erreurs de montage les plus courantes et assurer une longue durée de vie à l'ensemble du système.

Câbles pour chaînes

Principes de fonctionnement des chaînes porte-câbles

Qu'est-ce que les chaînes porte-câbles et où sont-elles utilisées

Les chaînes porte-câbles sont des systèmes mécaniques qui protègent et guident les câbles et les tuyaux dans les parties mobiles des machines. Elles permettent aux câbles de se déplacer en toute sécurité le long d'un chemin désigné, éliminant ainsi le risque d'enchevêtrement, d'usure ou de dommages. Grâce à elles, les câbles ne sont pas exposés à un contact direct avec des bords tranchants, des éléments structurels ou des contaminants industriels.

Les chaînes porte-câbles sont utilisées dans de nombreux secteurs industriels. On les trouve notamment dans les machines-outils CNC, les lignes d'assemblage, les systèmes de transport interne, ainsi que dans la robotique industrielle. Elles sont indispensables partout où les éléments d'installation doivent effectuer des mouvements répétitifs tout en maintenant l'intégrité complète des câbles.

Fonctions des chaînes dans l'automatisation et la robotique

Dans les systèmes d'automatisation modernes, les chaînes remplissent plusieurs fonctions clés. Tout d'abord, elles assurent un guidage contrôlé des câbles et des tuyaux, permettant leur déplacement fluide même à des vitesses et accélérations élevées. La protection mécanique qu'elles offrent prolonge considérablement la durée de vie du câblage, réduisant le risque de pannes et d'arrêts de production.

Grâce à l'utilisation de chaînes porte-câbles, il est également possible de gérer efficacement l'espace. Ces systèmes permettent de disposer les câbles de manière ordonnée et ergonomique, ce qui est particulièrement important dans les installations industrielles complexes.

Types de chaînes nylon acier hybrides

Il existe différents types de chaînes sur le marché, qui sont choisis en fonction des conditions de travail et des exigences de l'application :

• Chaînes en nylon - légères et résistantes à la corrosion, idéales pour les applications industrielles standard. Elles conviennent aux environnements secs et modérément humides.
• Chaînes en acier - conçues pour fonctionner dans des conditions extrêmes, telles que des températures très élevées ou basses, des charges mécaniques importantes ou des environnements très pollués. Elles sont fabriquées en acier galvanisé ou inoxydable.
• Chaînes hybrides - combinant les caractéristiques des deux solutions, par exemple en associant des côtés en nylon et des traverses en aluminium. Elles sont utilisées dans les applications nécessitant une plus grande résistance tout en limitant le poids du système.

Défis pour les câbles dans les applications dynamiques

Charges mécaniques et fatigue des matériaux

Les câbles fonctionnant dans les chaînes porte-câbles sont constamment exposés à des charges mécaniques intenses. Chaque cycle de travail implique de multiples flexions, étirements et compressions, ce qui entraîne des contraintes dans le matériau du câble. En conséquence, il peut y avoir une fatigue des matériaux, dont les effets sont des microfissures dans l'isolation, des dommages à la gaine extérieure ou des ruptures des conducteurs.

Un défi supplémentaire est constitué par les vibrations et les chocs qui peuvent survenir dans les chaînes se déplaçant rapidement. Pour faire face à ces conditions, les câbles doivent être très flexibles, avoir une construction de noyau appropriée et une gaine de protection bien choisie.

En cas de doute quant au choix des câbles pour des applications à haute dynamique, il est conseillé de consulter le fabricant ou un installateur qualifié. Un mauvais choix peut entraîner des pannes graves et des arrêts de production.

Facteurs environnementaux

Dans de nombreuses applications industrielles, les câbles doivent fonctionner dans des conditions environnementales difficiles. Ils peuvent être exposés à :

• des températures variables et extrêmes allant de -50°C à +180°C
• une humidité élevée et une condensation de vapeur d'eau
• un contact avec des huiles, des graisses, des solvants et d'autres substances chimiques
• l'action des rayonnements UV et de l'ozone, qui dégradent les matériaux polymères avec le temps

Le choix approprié des matériaux d'isolation et de gaine, tels que le polyuréthane (PUR) ou l'élastomère thermoplastique (TPE), permet de limiter l'impact de ces facteurs sur la durabilité des câbles.

Spécificité du mouvement du système

Le mouvement des câbles dans les chaînes porte-câbles se caractérise par sa répétitivité et souvent par une grande dynamique. Les câbles doivent être préparés pour :

• des millions de cycles de flexion dans une seule direction
• des torsions dans des applications tridimensionnelles, par exemple dans les bras de robots industriels
• un fonctionnement à des vitesses et accélérations élevées, qui génèrent des forces d'inertie supplémentaires

Une résistance insuffisante du câble à ce type de charges entraîne une usure prématurée et un risque de dommages pour l'ensemble du système. C'est pourquoi il est important de prendre en compte la spécificité du mouvement dès la phase de conception de l'installation.

Caractéristiques clés des câbles pour chaînes

Flexibilité et rayon de courbure

L'un des paramètres clés déterminant la durabilité des câbles pour chaînes est leur flexibilité. Pour répondre aux exigences des applications dynamiques, les câbles doivent être suffisamment flexibles pour supporter des millions de cycles de flexion répétitifs sans dommages mécaniques ni perte de propriétés électriques.

Le rayon de courbure minimal indiqué par le fabricant indique à quel point le câble peut être plié tout en conservant sa fonctionnalité. Utiliser un rayon plus grand que celui recommandé a un effet positif sur la prolongation de la durée de vie du câblage. Des courbes trop serrées dans les chaînes augmentent les contraintes dans l'isolation et peuvent entraîner des ruptures des conducteurs ou des dommages à la gaine extérieure.

Il convient de noter que les câbles de plus petit diamètre extérieur et de poids inférieur génèrent moins de forces d'inertie pendant le mouvement, ce qui favorise également leur longévité.

Câbles flexibles pour chaînes

Construction du câble : toron vs couche

La construction du noyau du câble pour chaînes influence considérablement son comportement en mouvement. Les deux types de torons les plus courants sont le toron en couches et le toron en faisceaux.

• Le toron en couches consiste à tordre les conducteurs en plusieurs couches autour de l'axe du câble. Bien qu'il soit plus simple à produire, dans les applications dynamiques avec un grand nombre de conducteurs, il peut entraîner un phénomène appelé effet tire-bouchon. Dans ce cas, les conducteurs se déforment sous l'effet des contraintes répétitives, ce qui réduit la durée de vie du câble.
• Le toron en faisceaux offre de meilleures propriétés mécaniques. Ici, les groupes de conducteurs sont torsadés ensemble en faisceaux, ce qui minimise les contraintes internes lors de la flexion. Ce type de construction est particulièrement recommandé pour les câbles avec un grand nombre de conducteurs et là où le câble doit supporter des cycles de mouvement intenses.

Maintenir une géométrie régulière du toron sur toute la longueur du câble garantit des paramètres électriques stables et une résistance mécanique même dans des conditions exigeantes.

Propriétés de la gaine extérieure PUR PVC TPE

Le matériau de la gaine extérieure du câble a un impact direct sur sa résistance aux facteurs environnementaux et mécaniques. Dans les applications dynamiques, trois types de gaines sont le plus souvent utilisés, chacun ayant ses avantages spécifiques.

• Le polyuréthane (PUR) se distingue par une excellente résistance à l'abrasion, aux huiles, aux graisses et à de nombreux produits chimiques agressifs. C'est un matériau sans halogène, ce qui le rend sûr en cas d'incendie. Il conserve sa flexibilité à basse température, ce qui est utile dans les environnements industriels avec de grandes variations thermiques.
• Le polychlorure de vinyle (PVC) est un choix économique avec une bonne flexibilité et des propriétés auto-extinguibles. Bien qu'il soit moins résistant aux huiles et à l'abrasion que le PUR, il est utilisé dans des environnements secs avec des exigences mécaniques modérées.
• L'élastomère thermoplastique (TPE) combine les avantages du caoutchouc et des plastiques. Il est très flexible, résistant aux UV, à l'ozone et aux basses températures. Le TPE est utilisé là où une durabilité exceptionnelle est requise dans des conditions de travail extrêmes.

Le choix de la gaine appropriée doit tenir compte de la spécificité de l'environnement dans lequel les câbles fonctionneront.

Classe de flexibilité des conducteurs EN 60228

La flexibilité des conducteurs est un paramètre définissant la capacité du câble à se plier sans dommages mécaniques. La norme EN 60228 distingue plusieurs classes de câbles, parmi lesquelles les classes 5 et 6 sont particulièrement importantes pour les applications dynamiques.

• La classe 5 désigne des câbles à flexibilité accrue, destinés à des applications mobiles, mais d'intensité modérée.
• La classe 6 correspond à des câbles hautement flexibles, qui conviennent le mieux aux chaînes porte-câbles où des cycles de flexion fréquents et rapides se produisent.

Une classe de flexibilité plus élevée assure des contraintes internes moindres pendant le fonctionnement et prolonge considérablement la durée de vie des câbles en mouvement.

Propriétés ignifuges et résistance à l'abrasion

Les câbles utilisés dans les installations industrielles doivent souvent répondre aux exigences de sécurité incendie. Ils doivent être auto-extinguibles et ne pas propager la flamme, ce qui empêche l'escalade d'un incendie en cas de panne. À cette fin, des matériaux sans halogène sont utilisés, qui ne dégagent pas de vapeurs toxiques ni de fumée dense lors de la combustion.

La résistance à l'abrasion est tout aussi importante, car les câbles dans les chaînes frottent constamment les uns contre les autres et contre les éléments du guide. Les gaines en PUR ou TPE offrent une haute résistance mécanique, ce qui minimise le risque de dommages à l'isolation et augmente la fiabilité de l'ensemble du système.

Critères de sélection des câbles pour chaînes

Type d'application et caractéristiques du mouvement

Chaque application dynamique impose des exigences différentes aux câbles. Il est important de déterminer si les câbles fonctionneront en mouvement linéaire ou dans un environnement tridimensionnel, par exemple dans des robots industriels. La longueur de déplacement, la fréquence des cycles ainsi que la vitesse et les accélérations sont des facteurs clés influençant le choix du câblage approprié.

Dans les installations linéaires simples, des câbles de classe 5 avec une construction standard suffisent souvent, tandis que pour les systèmes multi-axes et les mouvements de torsion, des câbles hautement flexibles de classe de flexibilité 6 sont nécessaires, car ils supportent mieux les charges mécaniques complexes.

Rayon de courbure minimal et nombre de cycles de travail

Lors du choix des câbles, il est important de prêter attention au rayon de courbure minimal déclaré par le fabricant. Les câbles installés dans les chaînes doivent toujours être posés avec une marge, de sorte qu'ils ne dépassent pas les valeurs limites. Un rayon de courbure trop petit entraîne une surcharge mécanique, ce qui peut entraîner des fissures dans l'isolation ou des ruptures des conducteurs.

Le nombre de cycles de travail que le câble peut supporter est un autre paramètre important. Dans de nombreuses applications industrielles, les câbles doivent supporter des millions de cycles sans perte de fonctionnalité. Les modèles destinés à un mouvement intensif offrent souvent une résistance allant jusqu'à 10 millions de cycles de flexion.

Résistance chimique et thermique

L'environnement de travail des câbles est crucial pour leur durabilité. La présence d'huiles, de graisses, d'acides, de bases ou de solvants nécessite l'utilisation de gaines résistantes chimiquement, telles que le polyuréthane (PUR) ou l'élastomère thermoplastique (TPE), que nous décrirons plus en détail dans la suite de l'article.

La température ambiante influence également le choix du matériau. Pour les applications à basse température, allant jusqu'à -50°C, des câbles avec une gaine TPE conviennent, tandis que dans les applications à haute température, il est conseillé de considérer des câbles en silicone ou TPE avec une plage de fonctionnement jusqu'à +135°C ou plus.

Charges électriques et blindage CEM

Dans les environnements industriels, les câbles peuvent être exposés à des interférences électromagnétiques générées par les machines et installations voisines. Pour protéger l'intégrité du signal, il est conseillé d'utiliser des câbles blindés. Le blindage peut être réalisé avec un film d'aluminium, une tresse de fils de cuivre ou une combinaison des deux solutions, ce qui assure une protection efficace contre les interférences.

Le choix de la section des câbles doit également tenir compte de la charge de courant maximale et des éventuelles pertes thermiques, afin d'assurer une alimentation sûre et stable des appareils.

Types de câbles pour chaînes

Câbles d'alimentation

Les câbles d'alimentation sont un élément de base de nombreuses installations industrielles. Ils servent à transmettre l'énergie électrique aux parties mobiles des machines et équipements. Ils nécessitent une construction résistante à la flexion continue et une haute résistance mécanique pour faire face aux conditions dynamiques de travail dans les chaînes porte-câbles. Ils possèdent souvent une gaine en PUR ou TPE, ce qui augmente leur résistance à l'abrasion et à l'action des huiles.

Câbles de commande

Les câbles de commande sont responsables de la transmission des signaux de commande entre les composants du système d'automatisation. En raison de leur sensibilité aux interférences électromagnétiques, beaucoup d'entre eux sont blindés, ce qui assure une transmission stable des signaux même dans des environnements à haut niveau d'interférences. Les versions destinées aux chaînes se distinguent par une haute flexibilité et une résistance aux facteurs chimiques.

Câbles pour servomoteurs et hybrides

Dans les systèmes d'entraînement modernes, on utilise de plus en plus de câbles pour servomoteurs, qui combinent les fonctions d'alimentation et de transmission des signaux de rétroaction. Les câbles hybrides permettent de simplifier l'installation en intégrant plusieurs fonctions dans une seule gaine. Cette solution réduit la quantité de câblage dans la chaîne, ce qui se traduit par un poids inférieur et une meilleure dynamique de travail du système.

Câbles de transmission de données Ethernet signal

Les câbles de transmission de données sont essentiels pour assurer une communication ininterrompue dans les systèmes industriels. Ils peuvent prendre en charge différentes normes, telles que l'Ethernet, et sont conçus pour résister à des millions de cycles de flexion sans dégradation de la qualité du signal. Pour les applications ayant des exigences élevées en matière de vitesse de transmission, on utilise des câbles blindés, qui protègent contre les interférences EMI.

Câbles pneumatiques et hydrauliques dans les chaînes

Dans les chaînes porte-câbles, on place souvent non seulement des câbles électriques, mais aussi des tuyaux pneumatiques et hydrauliques. Leur présence nécessite une attention particulière à leur disposition correcte dans la chaîne, afin d'éviter les frottements et les enchevêtrements. Les câbles plus légers doivent être placés plus près du centre de la chaîne, tandis que les plus lourds doivent être placés à l'extérieur. L'utilisation de séparateurs augmente la durabilité de l'ensemble du système et facilite la maintenance.

Choix de la chaîne et propriétés des câbles

Influence du diamètre et du poids du câble sur la construction de la chaîne

La construction de la chaîne porte-câbles doit être étroitement adaptée aux dimensions et aux propriétés des câbles qu'elle doit protéger. Le diamètre extérieur des câbles influence les dimensions minimales des compartiments de la chaîne, et leur poids l'ensemble du système.

Les câbles plus lourds génèrent des forces d'inertie plus importantes pendant le mouvement, ce qui nécessite l'utilisation de chaînes à construction renforcée ou fabriquées à partir de matériaux à plus haute résistance, tels que l'acier ou des combinaisons hybrides d'acier et de plastique. Dans le cas de câbles de grand diamètre, il est nécessaire de prévoir des compartiments suffisamment larges pour éviter leur écrasement et leur endommagement pendant le fonctionnement.

Règles de pose des câbles dans la chaîne

La pose correcte des câbles dans la chaîne a un impact direct sur la durabilité des câbles et du système lui-même. Il est important de se rappeler quelques règles :

• les câbles doivent être posés lâchement, sans tension excessive ni torsion
• les câbles plus légers doivent être placés plus près du centre de la chaîne, les plus lourds plus près des bords
• l'utilisation de séparateurs empêche les câbles de se frotter les uns contre les autres et réduit le risque de dommages mécaniques
• assurer un jeu suffisant dans les compartiments permet aux câbles de se déplacer librement avec le mouvement de la chaîne.

Il est important que le montage des câbles dans les chaînes soit effectué par du personnel expérimenté dans le travail avec des systèmes de câblage dynamiques. Une installation incorrecte peut réduire considérablement la durée de vie du câblage.

Conseils de montage pour une durée de vie optimale du système

Un montage correct des câbles et de la chaîne prolonge considérablement la période d'exploitation sans panne du système. Les câbles doivent être fixés de manière à ce que les points de fixation soient situés en dehors de la zone de flexion. Cela permet d'éviter le transfert de contraintes sur le câble pendant le fonctionnement.

Lors de l'installation, il est également conseillé de conserver une longueur supplémentaire de câbles pour réduire le risque de tension pendant le mouvement. Il faut éviter d'utiliser des colliers de serrage dans la zone de flexion, car ils peuvent provoquer des contraintes ponctuelles et contribuer à des dommages à l'isolation.

Il ne faut pas utiliser de solutions de montage provisoires, telles que des colliers de serrage dans la zone de flexion. Ils peuvent provoquer des dommages à l'isolation et des pannes de l'ensemble du système.

Séries de câbles de fabricants renommés Helukabel Lapp IGUS

Sur le marché, il existe des câbles pour chaînes de nombreux fabricants réputés, spécialisés dans les solutions pour les applications dynamiques.

• Helukabel MULTIFLEX est une série de câbles à haute flexibilité et résistance à l'abrasion. Ces câbles ont été conçus pour des millions de cycles de flexion et pour fonctionner dans des conditions industrielles difficiles.
• LAPP ÖLFLEX FD offre une large gamme de câbles de commande et d'alimentation pour chaînes porte-câbles. Ils se caractérisent par une haute résistance aux huiles, aux graisses et aux UV, ainsi qu'une flexibilité à basse température.
• IGUS Chainflex propose des câbles dédiés aux systèmes de chaînes porte-câbles, connus pour leur très longue durée de vie et testés sur des dizaines de millions de cycles. L'offre comprend des câbles d'alimentation, de signal, de commande et hybrides, ce qui permet leur large utilisation dans l'automatisation et la robotique.

Le choix des câbles pour chaînes doit être basé sur l'analyse de critères clés tels que la flexibilité, le rayon de courbure minimal, la résistance aux facteurs environnementaux et les exigences de blindage. Le choix approprié du matériau de la gaine, adapté aux conditions de travail du câble, est également important.

Il est également essentiel de respecter les règles d'installation et de maintenance correctes du système. Les câbles doivent être posés lâchement, éviter les torsions, utiliser des séparateurs dans les chaînes et les fixer en dehors de la zone de flexion. Des inspections régulières et le soin de l'état mécanique de la chaîne prolongeront la durée de vie du câblage et réduiront le risque de pannes.

L'offre de TME propose un large choix de câbles pour chaînes de fabricants renommés, ce qui facilite l'adaptation de la solution appropriée à la spécificité de chaque application. Un choix réfléchi des câbles et leur exploitation correcte est un investissement dans la fiabilité de l'ensemble du système d'automatisation et de robotique. En cas de doute, il est conseillé de recourir aux conseils des fabricants ou des spécialistes, qui aideront à choisir la solution optimale.

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