Excelência em engenharia: Soluções especiais da LAPP

1. Construção mecânica

A construção de um cabo é concebida de acordo com as especificações standard e, acima de tudo, de acordo com os respetivos requisitos de aplicação. Os cabos em movimento permanente em correntes de arrasto, onde a carga mecânica é elevada, são particularmente exigentes. Estes cabos devem funcionar de forma fiável durante vários anos e ao longo de muitos milhões de ciclos de dobragem. Por conseguinte, todas as peças da construção, desde os fios de cobre ao isolamento, à trança e ao revestimento, devem ser capazes de suportar estas elevadas exigências. Para correntes de arrasto, por exemplo, é utilizado cobre entrançado ultrafino em vez de material redondo sólido para a estrutura do condutor. Isto é significativamente mais flexível. Uma elevada resistência aos ciclos de flexão é obtida através de comprimentos de torção curtos (o comprimento da distância que um único elemento de torção requer para um circuito completo). Quanto menor for o comprimento da camada, mais flexível será o cabo final. Os cabos blindados também requerem um design com uma capa interna para proteger os núcleos da abrasão causada pela trança. O escudo também segue um “comprimento de camada” mais curto. É também importante um revestimento mecanicamente robusto (por exemplo, fabricado em TPU ou TPE), que seja flexível e resistente à abrasão e que possa suportar flexões permanentes, permanecendo em contacto permanente com a corrente de arrasto.

O design construtivo também desempenha um papel importante nas ligações de fichas, por exemplo nas fichas solares: Aqui, uma ligação elétrica estável sem aquecer o ponto de contacto é particularmente importante. O conetor também precisa de um mecanismo de bloqueio e desbloqueio seguro e eficaz. A seleção de materiais adequados e um design adequado reduzem o atrito e o desgaste. Com o menor espaço de instalação e a maior tensão, as distâncias de folga e fuga também devem ser otimizadas. A isto acresce uma montagem fiável – pré-montada ou no local, nas instalações do cliente. Para cumprir estes requisitos, a LAPP utiliza materiais de contacto de alta qualidade e resistentes ao desgaste, com um tratamento de superfície apropriado (por exemplo, resistência à corrosão) e um design otimizado (por exemplo, superfície de contacto ampliada). São utilizados materiais isolantes com baixa absorção de água (por exemplo, para evitar descargas atmosféricas à menor distância). E para evitar erros durante a instalação, a LAPP desenvolveu cabos solares pré-montados que garantem uma elevada qualidade reprodutível.

2. Desenvolvimento e produção de materiais

A resistência UV, a flexibilidade ou a sustentabilidade dos cabos dependem dos plásticos e aditivos personalizados para o revestimento. São possíveis até 20 compostos de formulação para um revestimento. Estas formulações são a mais importante expertise em tecnologia de materiais plásticos. Através da composição, as propriedades são personalizadas para a respetiva aplicação. Até agora, a LAPP adquiriu estes granulados a fabricantes externos. A empresa adquiriu recentemente a sua própria fábrica de compostos em Bhopal, na Índia, e pode agora misturar compostos e, assim, também “desenhar”. O foco atual é o PVC. Isto significa que toda a cadeia de processo, desde as matérias-primas até ao composto ou granulado pronto a usar, está nas mãos da própria empresa. Entretanto, devido às quantidades necessárias, a LAPP continua a trabalhar em estreita colaboração com fabricantes externos em todo o mundo. Este foco também contribui para o desenvolvimento de produtos sustentáveis, nos quais a LAPP está a trabalhar arduamente para desenvolver. O primeiro produto “biológico” entrou recentemente em produção em série. O cabo de dados ETHERLINE® FD bioP Cat. 5e consiste num revestimento exterior de base biológica e garante as mesmas propriedades do produto que a versão de plástico fossilizado.

3. Processamento de plásticos

Simplificando, um cabo é feito de plástico e metais. Acima de tudo, a escolha certa dos plásticos influencia o comportamento específico da aplicação. Eis um exemplo: na indústria solar ou ferroviária, as maiores exigências são colocadas no material do revestimento. O foco aqui está principalmente na resistência à radiação solar (luz UV) e à humidade, no desejo do cliente por espessuras de parede reduzidas, maior carga de corrente, maior vida útil e melhor comportamento ao fogo. Se – como nestas indústrias – um plástico normal já não for suficiente, os processos de reticulação dos plásticos ajudam a aumentar a vida útil dos cabos. A reticulação por feixe de eletrões associado é um processo estabelecido para otimizar e fortalecer plásticos utilizando raios gama e eletrões ionizantes. Após a irradiação, os plásticos apresentam propriedades significativamente melhoradas em termos de resistência ao calor, estabilidade e resistência à abrasão. Para este efeito, a LAPP montou e comissionou centrais de reticulação por feixe de eletrões na Coreia e na Índia. Para além das instalações de produção existentes, a LAPP estabeleceu um sistema especial de extrusão tripla em Bhopal, na Índia, que permite que os plásticos sejam extrudidos em três camadas numa única fase de produção. Isto inclui sistemas de materiais como XLPE (polietileno reticulado), ZHFR (composto livre de halogéneo e retardador de chamas), NYLON (mais forte e elástico que o poliéter), EPDM (borracha especial, utilizada para revestimentos de piscinas, entre outras coisas) ou EVA (etileno acetato de vinilo, utilizado para solas de sapatos, entre outras coisas).

Mas o plástico não é extrudido apenas na LAPP – peças como ligações e conectores são moldadas por injeção. Para a moldagem por injeção de conectores ou outros produtos do sistema, por exemplo do portefólio SKINTOP®, são utilizados, por exemplo, moldes multicavidades com tecnologia de canal quente. Vantagem: Um molde (molde oco para injeção de plástico) com várias cavidades produz mais peças. Isto reduz o tempo de preparação e aumenta a produtividade. Os sistemas de canais quentes produzem menos resíduos plásticos, uma vez que o plástico é mantido líquido até pouco antes da cavidade.

4. Design funcional e simulação

Para refletir os muitos ciclos de acoplamento durante a vida útil de um veículo elétrico, devem ser verificados 10.000 ciclos de acoplamento para a aprovação dos cabos de carregamento.

Forças de inserção elevadas podem causar desgaste e danos, o que reduz a durabilidade. Além disso, existem outros fatores, como as influências climáticas e as flutuações de temperatura, que impõem determinadas exigências ao projeto. O método dos elementos finitos (MEF) é utilizado para desenvolver modelos para um mecanismo de pino de carga otimizado, que também permite que a interação do material e o contacto sejam tidos em conta. Além disso, uma análise detalhada da força de contacto suporta a otimização do projeto tribológico.

Uma vez que a interferência eletromagnética é um problema recorrente quando se utilizam conversores de frequência, a LAPP desenvolveu a inovadora tecnologia zeroCM®, que comprovadamente reduz as correntes de fuga até 60% em comparação com os cabos de motor convencionais. A equipa de investigação do LAPP concebeu primeiro um modelo matemático de substituição do cabo e otimizou este gémeo digital em termos de simulações de engenharia elétrica para obter um projeto de cabo eletricamente simétrico. Os resultados teóricos foram validados internamente e com parceiros externos através de medições experimentais.

Além disso, o sistema de isolamento dos fios deve ser adaptado à respetiva aplicação para suportar os campos elétricos que ocorrem na aplicação, mesmo em caso de picos de tensão ou reflexão de ondas progressivas. Condutores com diferentes potenciais e dielétricos formam fisicamente um condensador cuja capacitância favorece a distorção do sinal em cabos, diminui a velocidade de propagação do sinal ou pode colocar carga adicional nos estágios de saída dos controladores sincronizados. O objetivo é, portanto, otimizar a capacitância através da seleção dos materiais e espessuras de parede corretos, além de garantir uma elevada estabilidade do processo durante a produção. O LAPP utiliza o método dos elementos finitos (MEF) 2D e 3D para analisar a distribuição potencial dentro dos cabos e melhorar a distribuição de campo. Por exemplo, foram desenvolvidos o ÖLFLEX® SERVO 796 CP com capacidade otimizada e o ÖLFLEX® VFD SLIM, este último com uma camada semicondutora para homogeneização de campo. O LAPP também utiliza o MEF para otimizar a distribuição da densidade de corrente. O efeito de pele e proximidade pode reduzir a eficiência, especialmente com secções transversais grandes, mesmo na gama de baixas frequências. O modelo FEM ajuda a otimizar as dimensões dos cabos, a selecionar materiais e a melhorar a distribuição de corrente e calor.

5. Análise e ensaios mecânicos

Os clientes esperam padrões de qualidade uniformes em todo o mundo das empresas que operam internacionalmente. Para o garantir, o LAPP opera laboratórios em todo o mundo – na Alemanha, Itália, França, EUA, Coreia do Sul, Singapura e Índia – totalizando 13 locais em todo o mundo. Estão equipados com tecnologia de medição de última geração e processos estabelecidos para garantir condições de teste máximas padronizadas. Os testes também são aqui realizados em contacto direto com os clientes.

Durante os testes analíticos de cabos e conectores, por exemplo, são realizados testes de intemperismo em laboratório ou ao ar livre para garantir a resistência a longo prazo à radiação UV, humidade, flutuações de temperatura e outras influências ambientais. Estes testes de intemperismo ao ar livre ajudam a LAPP a otimizar os seus produtos de alta qualidade para ambientes adversos e a ganhar experiência de campo “real” em testes de ensaios.

Além dos cabos de energia, os cabos de dados, que são utilizados principalmente em esteiras ou robôs, também são testados no teste de resistência dinâmica. O foco aqui está na integridade do sinal, apesar das elevadas cargas dinâmicas contínuas. No teste de corrente de arrasto, os cabos são monitorizados permanentemente e o número de ciclos é registado. Um módulo de comunicação liga esses dados. Isto permite que os valores medidos sejam registados de forma totalmente automática durante os testes dinâmicos e que sejam feitas declarações orientadas para a aplicação sobre a integridade do sinal.

Avaliar o comportamento dos cabos e fios ao fogo requer testes extensivos. A lei do Regulamento Europeu dos Produtos de Construção (CPR) descreve requisitos rigorosos para todos os produtos instalados permanentemente em edifícios e nos quais estejam presentes pessoas. Desde abril de 2022 que a LAPP dispõe de um laboratório de testes de última geração na sua unidade de Edolo, em Itália, onde são testados cabos classificados como CPR. A instalação de 300 metros quadrados oferece agora todas as opções de teste necessárias, incluindo uma câmara de quatro metros de altura na qual os cabos são suspensos verticalmente e expostos a uma chama. Um sensor de luz mede a densidade do gás de combustão, por exemplo. O laboratório também realiza ensaios que ainda não são exigidos pelo CPR, como por exemplo ensaios de resistência ao fogo. Como podem ser produzidos gases tóxicos e fumo durante estes testes, o laboratório está equipado com um filtro de carvão ativado e um depurador de gases de escape.

6. Sensores e IoT

O LAPP continuou a expandir o seu portefólio de serviços nos últimos anos. Além de configuradores, cabos ou montagens personalizadas, self-service digital no website e entregas just-in-time, foram recentemente adicionados serviços baseados em IoT e sensores:

Muitas empresas alegam não ter uma visão geral fiável do seu próprio inventário de cabos. O LAPP eKanban é um sistema de gestão de inventário de cabos inteligente e em rede que promete menores custos de processo e armazenagem eficiente, além de ajudar a evitar paragens de produção. Funciona com um sensor inteligente que gera pontos de dados sobre as rotações no tambor do cabo e os envia para a nuvem, fornecendo aos clientes informações digitais e em tempo real sobre o nível de enchimento dos tambores do cabo. Isto facilita ver quanto cabo ainda está disponível no tambor a qualquer momento e a partir de qualquer lugar.

Com o lançamento no mercado do ETHERLINE® GUARD como um dispositivo de monitorização para a vida útil de linhas de dados baseadas em ETHERNET até 100 Mbit/s há três anos, o LAPP já estava a impulsionar o tema da IIoT e do desenvolvimento de software/algoritmo. Vários parâmetros são registados sem inserir um sensor adicional no cabo e calculados em conjunto de tal forma que é possível fazer uma declaração de vida útil. Isto foi apoiado por medições extensivas nos centros de testes do LAPP.

Hubertus Breier: “Esta vasta gama de expertise e soluções especiais personalizadas torna-nos únicos no mercado global. Em nenhum outro lugar os clientes podem obter tantas soluções e serviços de uma única fonte. E ainda temos grandes planos”.