Il problema dei cavi nell'automazione si sta facendo sempre più scottante / Automation’s cable problem is getting hotter
Il problema dei cavi nell'automazione si sta facendo sempre più scottante / Automation’s cable problem is getting hotter
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Fino al 70% dei guasti alle macchine nei sistemi automatizzati è legato a problemi elettrici o di cablaggio. Eppure i cavi rimangono uno dei componenti meno esaminati nella progettazione dell'automazione, almeno finché non si verifica un problema. Quando un cavo si rompe all'interno di una catena portacavi od in corrispondenza di un giunto robotico, le conseguenze sono immediate. I guasti imprevisti comportano regolarmente perdite di decine di migliaia di euro ogni ora, rendendo l'affidabilità dei cavi una questione tanto commerciale quanto tecnica.
Il problema è che l'automazione moderna ha cambiato radicalmente l'ambiente in cui i cavi devono resistere. I sistemi funzionano a temperature più elevate, a velocità maggiori ed in spazi più ristretti rispetto a quanto previsto dalle specifiche alla base della maggior parte dei progetti di cavi attuali. Il cavo dinamico con una temperatura nominale di 80 °C, da sempre il cavallo di battaglia del settore, ha servito bene i produttori per decenni. Ma tre tendenze convergenti hanno silenziosamente spinto tale valore al limite.
Il caldo si fa sentire
La prima tendenza è di natura elettrica. I moderni dispositivi elettronici di potenza e gli azionamenti funzionano a frequenze e tensioni più elevate rispetto alle generazioni precedenti, generando continue sollecitazioni elettriche e termiche all'interno dell'isolamento del cavo. Ogni commutazione deposita calore nel polimero. Nel tempo, questo calore accumulato degrada l'integrità dell'isolamento e ne riduce la durata, in modi che potrebbero non essere visibili finché i problemi non si sono già manifestati.
Il secondo problema è di natura spaziale. I costruttori di macchinari sono sottoposti a forti pressioni per ridurre l'ingombro, il che significa far passare più cavi attraverso catene portacavi più piccole e condotti più stretti. Concentrando un numero sufficiente di cavi in un canale ristretto, il flusso d'aria che altrimenti disperderebbe il calore scompare. Le temperature locali aumentano ed i cavi che funzionerebbero adeguatamente in una configurazione aperta si ritrovano ad operare ben oltre i loro limiti di prestazione previsti.
Il terzo problema riguarda i connettori. L'industria si è orientata decisamente verso connettori compatti in plastica sovrastampata. Questi consentono di risparmiare spazio e semplificano l'assemblaggio, ma la plastica dissipa il calore in modo molto meno efficace del metallo. Laddove questi connettori si raggruppano, spesso proprio nei punti di maggiore sollecitazione meccanica, si creano punti caldi termici che innalzano ulteriormente le temperature.
Nel complesso, questi cambiamenti implicano che i cavi utilizzati in applicazioni dinamiche debbano ora sopportare temperature elevate in modo continuo, resistere a milioni di cicli di flessione, ad oli ed agenti abrasivi e mantenere l'integrità del segnale per tutta la loro durata. Si tratta di una combinazione impegnativa, e semplici modifiche ai progetti preesistenti difficilmente saranno sufficienti.
Testare nel mondo reale, non basandosi sulle specifiche tecniche.
La scelta dei materiali è il punto di partenza della sfida ingegneristica, ma non può essere il suo punto di arrivo. I polimeri ad alta temperatura che sembrano promettenti se considerati singolarmente possono diventare fragili dopo poche migliaia di cicli in un'applicazione reale su una catena portacavi. Le prestazioni reali possono essere valutate solo quando la scelta dei materiali viene validata in condizioni che riproducono l'utilizzo effettivo, non in scenari di laboratorio idealizzati progettati per soddisfare uno standard.
In pratica, ciò significa montare prototipi di cavi in catene portacavi e sottoporli a milioni di piegature con accelerazioni realistiche. Significa applicare continuamente profili di torsione dell'asse del robot mentre i cavi trasportano corrente elettrica ad alte temperature. E significa combinare simultaneamente sollecitazioni meccaniche, elettriche e termiche, perché in esercizio queste forze non si presentano mai una alla volta. Ulteriori test di laboratorio, che comprendono resistenza al fuoco e al calore, resistenza chimica, durata all'immersione in olio e prestazioni elettriche fino a 1.000 V, aggiungono un ulteriore livello di validazione.
I test mirati all'applicazione rivelano la differenza tra un cavo che sembra valido sulla carta ed uno che offre prestazioni reali sul campo. Per i produttori di cavi, si tratta di un investimento necessario affinché i progetti con specifiche più elevate possano essere considerati affidabili nelle infrastrutture di automazione critiche.
Prestazioni senza compromessi
La logica ingegneristica che deriva da questo approccio indica una direzione chiara. Un cavo con una temperatura nominale di 90 °C, validato in condizioni di carico dinamico realistiche, può trasportare una corrente maggiore a parità di sezione oppure la stessa corrente con un diametro inferiore. Quest'ultimo risultato è particolarmente significativo per i costruttori di macchine: un cavo con un diametro inferiore di circa il 10% ed un peso inferiore del 10% rispetto ad un cavo equivalente con una temperatura nominale di 80 °C consente raggi di curvatura più stretti, un ingombro ridotto della catena ed una massa mobile inferiore sugli assi dinamici. Layout più compatti e sistemi di movimentazione più agili diventano possibili senza dover riorganizzare o riprogettare interi sistemi di gestione dei cavi.
La scelta dei materiali dovrebbe inoltre riflettere la diversità degli ambienti operativi reali. Le formulazioni in PVC sono particolarmente adatte ad ambienti interni controllati, dove le prestazioni generali e l'efficienza in termini di costi sono i criteri principali. Le varianti in TPU offrono una maggiore resistenza in situazioni in cui i cavi sono esposti ad immersione in olio, agenti chimici, condizioni esterne od ampie escursioni termiche. Abbinare la composizione chimica del polimero ai requisiti dell'applicazione, anziché optare per una singola specifica universale, è il modo in cui i produttori possono garantire che i miglioramenti prestazionali si traducano in affidabilità in una vasta gamma di installazioni.
Cavi progettati per il futuro.
Con l'aumento dei carichi termici e la crescente densità dei sistemi di automazione, i cavi non possono più rappresentare il fattore limitante. La risposta ingegneristica deve essere proporzionata: non basta un valore di temperatura nominale più elevato, ma è necessario ripensare completamente la progettazione e il collaudo dei cavi dinamici. Per le linee di confezionamento, i sistemi a catena portacavi, la robotica, i centri di lavoro e qualsiasi impianto in cui lo spazio è limitato e si accumula calore, è arrivata l'era dell'automazione più rapida e ad alte temperature. È tempo che la progettazione dei cavi si adegui.
ENGLISH
Automation cables face rising heat and stress, but new designs aim to improve reliability, reduce failures and cut downtime, says Mauro Agazzi, global technical development director, Lynxeo.
Up to 70 per cent of machine failures in automated systems are linked to electrical or cabling issues. Yet cables remain one of the least scrutinised components in automation design – until something goes wrong. When a cable fails inside a drag chain or at a robotic joint, the consequences are immediate. Unplanned breakdowns routinely drain tens of thousands of euros every hour, making cable reliability a commercial issue as much as a technical one.
The problem is that modern automation has fundamentally changed the environment cables must survive in. Systems run hotter, faster, and in tighter spaces than the specifications underpinning most current cable designs were ever written to address. The industry's long-standing workhorse, the 80°C-rated dynamic cable, served manufacturers well for decades. But three converging trends have quietly pushed that rating to its limits.
The heat is on
The first trend is electrical. Modern power electronics and drives switch at higher frequencies and voltages than previous generations, generating continuous electrical and thermal stress within the cable insulation. Each switching event deposits heat into the polymer. Over time, that accumulated heat degrades insulation integrity and shortens service life in ways that may not be visible until problems have already taken root.
The second is spatial. Machine builders are under intense pressure to reduce footprint, which means routing more cables through smaller drag chains and narrower ducting. Condense enough cables into a confined channel and the airflow that would otherwise carry heat away simply disappears. Local temperatures climb, and cables that would perform adequately in an open layout find themselves operating well beyond their intended performance limits.
The third concerns connectors. The industry has shifted decisively towards compact, over-moulded plastic connectors. They save space and simplify assembly, but plastic dissipates heat far less effectively than metal. Where these connectors cluster together, often precisely where mechanical stress is highest, they create thermal hotspots that push temperatures higher still.
Taken together, these shifts mean that cables in dynamic applications must now handle continuous high temperatures while enduring millions of flex cycles, resisting oils and abrasives, and maintaining signal integrity across their full service life. It’s a demanding combination, and incremental adjustments to legacy designs are unlikely to meet it.
Testing for the real world, not the datasheet
Material selection is where the engineering challenge begins, but it cannot be where it ends. High-temperature polymers that look promising in isolation can turn brittle after a few thousand cycles in a real drag chain application. True performance can only be evaluated when material choices are validated under conditions that replicate actual use, not idealised laboratory scenarios designed to satisfy a standard.
In practice, that means mounting cable prototypes in drag chains and cycling them through millions of bends at realistic accelerations. It means applying robot-axis torsion profiles continuously while cables carry live current at high temperatures. And it means combining mechanical, electrical, and thermal stresses simultaneously, because in service, these forces never arrive one at a time. Supplementary laboratory work – covering fire and heat resistance, chemical resistance, oil immersion durability, and electrical performance up to 1,000V – adds a further layer of validation.
Application-focused testing exposes the difference between a cable that looks good on paper and one that actually performs in the field. For cable manufacturers, it’s a necessary investment if higher-rated designs are to be trusted in critical automation infrastructure.
Performance without compromise
The engineering logic that follows from this approach points in a clear direction. A 90°C-rated cable, validated under realistic dynamic loads, can either carry more current at the same size or carry the same current at a smaller diameter. That second outcome is particularly significant for machine builders: a cable that is around 10 per cent smaller in diameter and 10 per cent lighter than an equivalent 80°C design allows for tighter bending radii, reduced chain fill, and lower moving mass on dynamic axes. More compact layouts and more agile motion systems come within reach without rerouting or redesigning entire cable management assemblies.
Material selection should also reflect the diversity of real operating environments. PVC formulations are well-suited to controlled indoor settings where general-purpose performance and cost efficiency are the primary criteria. TPU variants offer greater resilience where cables face oil immersion, chemical exposure, outdoor conditions, or wide ambient temperature swings. Matching polymer chemistry to application requirements – rather than defaulting to a single universal specification – is how manufacturers can make sure that performance gains translate into reliability across a range of installations.
Cables built for what’s next
As automation systems push towards higher thermal loads and denser layouts, cables cannot remain the limiting factor. The engineering response needs to be proportionate: not just a higher number on a temperature rating, but a complete rethink of how dynamic cables are designed and tested. For packaging lines, drag chain systems, robotics, machining centres, and any installation where space is tight and heat is accumulating, the era of hotter, faster automation has arrived. It is time for cable design to keep pace.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/opinion/automation-s-cable-problem-is-getting-hotter?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-130726%20-%20Monday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fopinion%2Fautomation-s-cable-problem-is-getting-hotter&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer
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