Energetické řetězy – správné navrhování systému (3 – závěr)

Energetické řetězy – správné navrhování systému (3 – závěr)

Ing. Jaroslav Beneš, Hennlich Industrietechnik, spol. s r. o.

Úvod

Poslední část seriálu o navrhování systémů energetických řetězů pojednává o možnostech použití energetických řetězů v rotačních a trojrozměrných (3D) pojezdech, zabývá se problematikou jejich správného osazování kabely a hadicemi s důrazem na synergii mezi řetězem a jeho náplní a naznačuje cesty vedoucí k volbě optimálního řešení napájení mobilních částí strojů.

Obr. 19. Aplikace RBR

5. Energetické řetězy v rotačních a 3D pojezdech

Mnoho let bylo (a u mnohých konstruktérů dodnes zůstává) použití energetických řetězů spojeno pouze s napájením lineárně se pohybujících pojezdů. Technický vývoj však šel i v této oblasti kupředu. Například firma Igus nabízí dvě rychle dostupné možnosti, jak řešit rotační pojezd pomocí energetického řetězu, a to jednak jednoduchou úpravou standardního řetězu položeného na bok – tzv. RBR aplikace (obr. 19), jednak použitím speciálního řetězu TwisterChain (obr. 20). Toto řešení umožňuje napájet rotační pojezdy až do úhlu otáčení 540°.

Vedle všech zmíněných možností lze energetické řetězy použít i u vícedimenzionálních pojezdů. Firma Igus proto vyvinula systémy Triflex a Triflex R, např. pro napájení ramen robotů v automobilovém průmyslu.

Obr. 20. Speciální řetěz TwisterChain

Problematika rotačních a trojrozměrných aplikací je však natolik široká, že není možné ji vyčerpávajícím způsobem popsat ve vymezeném rámci tohoto článku.

6. Pravidla pro osazování energetických řetězů

Energetické řetězy jsou primárně určeny pro přepravu energií, médií a dat. Uložení jejich nosičů, tj. kabelů a hadic, v řetězu má značný vliv na řádnou funkci a životnost celého systému a může mít stejnou váhu jako správná volba použitého typu řetězu.

6.1 Maximální průměr vložených kabelů a hadic
Vnitřní výška zvoleného řetězu se ve většině případů shoduje s průměrem největšího vloženého kabelu nebo hadice (stejně jako šířka) a závisí na součtu průměrů všech vložených prvků. Každá hadice a každý kabel potřebují dostatečný prostor k pohybu v řetězu, aby nedocházelo k jejich otěru nebo nadměrnému namáhání. Proto je doporučeno, aby každý elektrický kabel nebo pneumatická hadice měly okolo sebe dostatečnou prostorovou rezervu (obr. 21).

6.2 Rozdělení náplně v řetězu
Proti uvedenému požadavku na dostatečnou vůli náplně v energetickém řetězu se staví požadavek na nutnost v každém případě zabránit možnosti vzájemného překroucení kabelů a hadic. Toho lze dosáhnout oddělením vedle sebe ležících kabelů dělicími příčkami. Hranice mezi tím, kdy je, nebo není nutné dělicí příčky použít, je dána těmito pravidly (obr. 22):
1. je-li D₁ + D₂ > 1,2h_i, nemusí být kabely a hadice odděleny,
2. je-li D₁ + D₂ Ł 1,2h_i, doporučuje se použít vertikální nebo horizontální oddělení.

V rovnicích D₁ a D₂ jsou vnější průměry vedle sebe ležících kabelů (hadic), h_i vnitřní výška řetězu.

Obr. 21. Dostatečná prostorová rezerva okolo kabelu nebo hadice

Případ, kdy je nutné aplikovat pravidlo 2, se velmi často vyskytuje tam, kde v jednom řetězu musí být vedle kabelů nebo hadic s velkým průměrem vedeno také mnoho kabelů s malými průměry. Ideální konfigurace rozložení kabelů (hadic) v řetězu je, leží-li všechny prvky v jedné vrstvě. Při jejich větším počtu je však toto řešení velmi náročné na potřebnou šířku řetězu, a proto je možné uložit kabely a hadice do více vrstev nad sebou. U aplikací s vysokými rychlostmi (0,5 m·s^–1 a více) a velkým počtem cyklů (10 000 za rok a více) však nesmí v žádném případě kabely (hadice) ležet na sobě, ale měly by být odděleny horizontální přepážkou.

6.3 Další pravidla pro rozložení náplně v řetězu
Vedle již uvedených zásad, které mají na chování kabelů a hadic v řetězu největší vliv a které by měly být při návrhu řetězu pokud možno vždy dodrženy, existují ještě další pravidla, jež by sice bylo dobré dodržet, ale ne vždy je to z technických nebo ekonomických důvodů možné. Sem patří např. tyto zásady:

• kabely a hadice by měly být v řetězu uloženy pokud možno symetricky, aby jejich celková hmotnost byla rovnoměrně rozložena po celé šířce článku,

• kabely nebo hadice s různými materiály vnějšího pláště by neměly být vedeny vedle sebe, nebo by měly být odděleny příčkami tak, aby nemohlo dojít k jejich vzájemnému otěru,

• kabely a hadice by měly být vždy připevněny v pohyblivé koncovce tak, aby se tahová síla při akceleraci pojezdu odlehčovala v ní, a nikoliv v konektorech nebo svorkovnicích, do kterých jsou kabely připojeny; tah může být odlehčen také v pevné koncovce, avšak nedoporučuje se to u tlakových hydraulických hadic, které by ji mohly při natlakování poškodit,

• silové a datové kabely by měly být uloženy pokud možno co nejdále od sebe tak, aby nedošlo k jejich vzájemnému ovlivňování,

• kabely a hadice musí mít možnost volného ohybu; jejich upevnění v koncovkách je ideální, když v ohybu kopírují osu řetězu (obr. 23).

Obr. 22. Pravidla pro použití dělicích příček

Obecně lze konstatovat, že s rostoucí rychlostí pojezdu a zvyšujícím se počtem cyklů roste i potřeba co nejcitlivějšího rozložení náplně v energetickém řetězu.

7. Ekonomické aspekty návrhu ECS

Až dosud byla popisována pouze technická stránka navrhování systémů energetických řetězů (ECS – Energy Chain System) s cílem dosáhnout maximální míry funkčnosti, spolehlivosti a co nejdelší životnosti. Tak jako u mnoha jiných technických zařízení je však i u systému energetického řetězu možné sladit požadavky na optimální výkon s potřebou minimalizovat pořizovací a servisní náklady, a to již při jeho návrhu. Z klasických metod, jak dosáhnout úspor při realizaci pojezdů s energetickými řetězy, se nabízí buď použití běžných flexibilních kabelů, které nejsou určeny pro trvalé namáhání (z této volby je většina uživatelů vyléčena v okamžiku, kdy bezmocně stojí nad výrobní linkou zastavenou z důvodu překroucení kabelu), nebo zvýšení tlaku na dodavatele jednotlivých komponent systému pro snížení nákupních cen (tato metoda je technicky v pořádku, bohužel i ona má své hranice a navíc je podstatně obtížnější). Stejně jako v politice nebo v managementu však i zde platí, že má-li být řešení optimální a pokud možno trvalé, musí být především systémové.

7.1 Úspora v systému
U pojezdů s energetickými řetězy spočívá systémové řešení v hledání úspor při zachování technických požadavků především v dokonalé souhře všech použitých komponent. Tuto souhru však může zaručit pouze jejich detailní znalost a hlavně důsledné pochopení a následné využití jejich vzájemného vztahu. Při návrhu optimálního systému energetického řetězu je třeba se vyvarovat oddělenému návrhu řetězu a použitých kabelů a hadic. V obligátních požadavcích uživatelů řetězů typu „potřebuji energetický řetěz zhruba s takovou světlostí, ale co tam elektrikáři dají, nevím„ nebo „nevím, jaký tam bude řetěz, ale potřebuji kabel s minimálním poloměrem ohybu„ se skrývají skutečně netušené možnosti ke snížení nákladů bez nutnosti použít nedokonalý materiál nebo se dohadovat s dodavatelem o ceny. Musí-li např. energetický řetěz mít z důvodu vložené hydraulické hadice minimální poloměr ohybu 200 mm a vedle něj má ležet kabel s vnějším průměrem 10 mm, tento kabel nemusí mít deklarovaný poloměr ohybu 7,5 × D (75 mm), ale stačí kabel s poloměrem 10 × D (100 mm), protože ten je podstatně levnější a pro uvedený poloměr ohybu 200 mm naprosto dostačující. Je možné uvést mnoho dalších podobných příkladů, a proto je nutné návrh každého složitějšího systému důkladně zvážit, nebo se raději obrátit na odborníky.

Obr. 23. Ideální upevnění v koncovkách – kabely a hadice v ohybu kopírují osu řetězu

7.2 Systém osazeného energetického řetězu – ReadyChain^®
Ze všech skutečností uvedených v tomto článku vyplývá, že nalezení a následně i realizace technicky odpovídajícího řešení, které by ale zároveň bylo řešením nejekonomičtějším, mohou být relativně složité a časově náročné. Nejlepší, a přitom velmi jednoduchou metodou, jak ušetřit peníze i čas, je delegovat práci na někoho jiného. To v tomto případě znamená, nechat si systém nejen optimálně navrhnout, ale i spolehlivě sestavit a nakonec dodat přesně v okamžiku, kdy je naplánována jeho implementace.

Komplexní systém flexibilního přívodu, který zahrnuje kombinaci energetického řetězu, vložených kabelů (hadic) a jejich koncovek a který je připraven k okamžité montáži do požadovaného zařízení, představila firma Igus pod názvem ReadyChain^® (obr. 24). Výhody řešení, kdy zákazník namísto jednotlivých komponent získá předem připravený celek přesně podle svého přání, jsou zřejmé:

• celý systém je optimálně navržen s ohledem na všechny zmíněné technické i ekonomické požadavky,

• logisticky je daleko jednodušší odebírat jeden celek od jednoho dodavatele než nakupovat každou komponentu zvlášť od různých dodavatelů,

• dodávka kompletního systému přesně v den montáže do značné míry zefektivňuje celou výrobní operaci,

• před montáží systému není nutné skladovat jednotlivé komponenty, čímž se značně zredukují skladovací náklady a náklady na přebytečný materiál,

• samotná montáž předem připraveného energetického řetězu je daleko rychlejší a vyžaduje méně pracovních sil,

• záruku za spolehlivost celého systému v tomto případě jednoznačně nese jeden dodavatel, který se nemůže vymluvit na nesprávně použité komponenty od jiných dodavatelů.

Obr. 24. Komplexní systém flexibilního přívodu ReadyChain

Smyslem seriálu, který touto třetí částí končí, bylo seznámit čtenáře alespoň se základy správného navrhování energetických řetězů. Samotná praxe využití těchto významných pomocníků v mnoha oblastech průmyslu má vždy mnoho dalších souvislostí, které nelze do vymezeného prostoru odborného článku vměstnat. O možném využití systémů energetických řetězů na konkrétním stroji, jakož i případné dotazy ochotně osobně prodiskutuji odborníci z firmy Lin-tech na blížícím se veletrhu AMPER, kde bude mít firma Lin-tech, výhradní distributor společnosti Igus v ČR, svou expozici v hale 1, sektor B, stánek 1.

O firmě

Lin-tech distribuuje lineární techniku a komponenty pro přívod energií a médií k pohyblivým strojním částem. Nabízí též servis a poradenství v tomto oboru. Na českém trhu výhradně zastupuje společnosti THK, igus a Walther Präzision. Lin-tech je součástí obchodně-výrobní společnosti Hennlich Industrietechnik, která je dodavatelem široké škály technických komponent a profesionálních technických řešení.

Kontakt:
e-mail: lin-tech@hennlich.cz
http://www.hennlich.cz/lin-tech
tel.: 416 711 335
fax: 416 711 999