Exemple 3 : testé, testé, testé! Des « millions d’allers-retours » dans une Chaîne Porte-Câbles

Photo 1 : Essai basé sur une application à glissement

Câbles Profibus soumis à des mouvements permanents dans des applications industrielles

Pour l’utilisateur, avoir une vue d’ensemble du marché des câbles n’est pas chose aisée. La concurrence ne cesse de croître, les différents fabricants mettent la surenchère quant à la « durée de vie garantie » des câbles destinés aux applications dans les Chaînes Porte-Câbles. Dans certains catalogues, il est question de dix millions, voire même de 50 millions d’allers-retours, pour ce qui est de la durée de vie des câbles dans les applications où ils sont en mouvement.
En regardant ces chiffres de plus près, on recherche parfois – en vain – des informations sur la manière dont sont testés les câbles pour pouvoir garantir ces allers-retours et sur le rapport des tests avec la réalité (longueur de la course, rayons de test par exemple, etc.). L’indication selon laquelle les câbles ont été testés en vertu de VDE 0472, partie 603 mode H n’offre aucune aide pour le calcul de la durée de vie des câbles dans les Chaînes Porte-Câbles, un banc d’essai à rouleaux ne pouvant apporter aucun élément de réponse et ne constituant pas non plus, en vertu de VDE, un contrôle pour les câbles spéciaux utilisés dans les Chaînes Porte-Câbles.

Des différences en termes de durée de vie

Dans ce contexte, un examen de fond sur le thème de « la durée de vie des câbles Profibus dans des applications réelles » a été commandité début 2002 dans le laboratoire d’essai d’igus®. L’objectif en était d’examiner les éventuelles différences de durée de vie entre le câble chainflex® CFBUS.001 d’igus® et le câble Profibus d’un des leaders du marché. Les paramètres d’essai nécessaires pour ce test ont été choisis à l’aide des données du catalogue du concurrent :

Données catalogue	Échantillon “A” câble profibus à deux conducteurs	Échantillon “B” igus® Chainflex® CFBUS.001

Section	(2 x AWG24)C	(2 x 0.25 mm2)C
Espérance de vie garantie	au moins 4 millions de cycles	à déterminer lors de l’essai
Rayon de courbure	> = 60 mm	85 mm
Diamètre de câble	8,0 mm	8,5 mm
Données catalogue	Version 2002	Version 2002

Des paramètres de test correspondant aux données catalogue du concurrent

Pour essayer un tel câble, il est tout indiqué de faire appel à une application à glissement, les systèmes à Profibus étant utilisés ici en raison de leur sécurité pour les données, en particulier pour les courses et les sections de transmission longues.

Une vraie ligne de transmission Profibus a été montée afin de pouvoir faire un essai non destructif et donc de réaliser rapidement un grand nombre de cycles de courbure. Au point fixe de la chaîne testée se trouve une carte Profibus maître dans un ordinateur. Une liaison avec un système esclave Profibus est assurée par l’intermédiaire du câble faisant l’objet du contrôle, le système esclave se trouvant sur l’élément d’entraînement. Il est ainsi possible de définir le taux de transmis-sion avec un programme de diagnostic. Les paquets de données qui sont mal transmis peuvent être affichés. C’est le taux de transmission le plus élevé, à savoir 12 MBit/s, qui a été réglé.

Cet examen lancé en 2002 et qui se poursuit encore s’est déjà soldé par une défail-lance totale de l’échantillon « A » après un nombre relativement faible de courses (420.000 allers-retours), alors que le catalogue annonçait un fonctionnement sûr pendant au moins 4 millions de cycles. Ainsi, la durée de vie réelle présente une différence d’un facteur 10 par rapport aux données du catalogue.

En comparaison, l’échantillon « B », un câble CFBUS.001, est toujours en test sans le moindre problème au niveau de la transmission des données. Il a entre temps dépassé 14 millions d’allers-retours.

Conception et matériaux

Les écarts importants en termes de durée de vie s’expliquent pour l’essentiel par des paramètres de conception différents entre l’échantillon « A » et l’échantillon « B » (CFBUS.001) ainsi que par les différences entre les matériaux entrant dans la composition des câbles.
Sur tous les échantillons, l’isolation des fils bus est réalisée en un matériau expansé. Les propriétés électriques avantageuses de celui-ci permettent d’assurer les caractéristiques de transmission prescrites par la norme. Ce matériau présente toutefois un inconvénient, à savoir sa mauvaise résistance mécanique à la flexion alternée. Les forces appliquées sur la paire de fils bus lors de la flexion doivent être absorbées par la gaine de cet élément bus afin de diminuer la sollicitation mécanique de l’isolation des fils.

Gaine très élastique

De ce fait, l’échantillon « B » (igus®) a été muni d’une gaine interne et propre à l’élément bus réalisée en TPE, qui a été surmoulée par extrusion et offre une grande résistance mécanique afin de protéger la paire de fils bus des effets mécaniques de la flexion. La gaine de l’élément bus doit être très élastique. Une gaine de mauvaise qualité mécanique réalisée à partir de charges bon marché sert uniquement à donner une forme ronde à la paire de fils bus, tout comme les matériaux de remplissage ou les bandages souvent utilisés pour de nombreux autres principes de conception. Cependant, elle ne parvient pas à protéger celle-ci de la forte sollicitation mécanique se produisant dans la Chaîne Porte-Câbles. Dans le câble, les forces de traction et d’écrasement ont un effet particulièrement intense sur les fils aux endroits où la gaine de l’élément bus est cassée.

Paramètres de test

Course :	S = 5,0 m
Vitesse env. :	V = 3,5 m/s
Accélération env. :	a = 7,5 m/s2
Rayon env. :	55 mm

La structure de l’échantillon « B » (CFBUS.001) se caractérise par une gaine des éléments bus en TPE surmoulée par extrusion qui offre une grande résistance mécanique. Elle apporte un soulagement mécanique à la paire de fils bus, immobilise les fils dans une position définie et offre une forme ronde. De plus, les longueurs de pas extrêmement faibles des fils et les conducteurs spéciaux évitent que des sollicitations importantes en traction et en écrasement agissent sur une grande longueur de fil. Ainsi, il est possible d’obtenir des rayons de courbure relativement faibles et un nombre de cycles élevé.

Comparaison échantillon A et B «Nombre d’allers-retours »

Une gaine pour éléments bus de qualité insuffisante en termes mécaniques ne peut pas protéger la paire de fils bus de la sollicitation mécanique élevée se produisant dans la chaîne.

Nouveau : homologation UL et CSA

Les câbles chainflex® CFBUS sont maintenant aussi disponibles avec les homologations UL et CSA et sont conformes DESINA pour tous les systèmes courants de bus de champ. La gaine extérieure en TPE retardatrice de flamme et très résistante à l'usure est surmoulée par extrusion à haute pression sur un blindage général tressé à un angle donné, ceci afin d'offrir une stabilisation supplémentaire au câble.

Toronnés à un pas extrêmement court, les éléments bus sont protégés par une gaine intérieure en TPE surmoulée par extrusion et offrent les paramètres bus exigés grâce au choix de matériaux isolants et de procédés de fabrication adéquats.

Comme pour tous les autres câbles chainflex®, la nouvelle série CFBUS est maintenant disponible sur stock, sans frais de coupe et sans supplément pour petites quantités, pour tous les types de bus de champ courants.