에너지체인과 케이블, 이들의 관계가 항상 조화로웠던 것은 아니다. 1980년대 후반, ‘유연성’ 또는 ‘체인 적합성’이라는 케이블을 실제 에너지체인에 사용하면 케이블의 손상이 더 자주 발생하는 경우도 적지 않았다. 가속화되는 자동화 창고 물류 시스템에서 케이블은 콕 스크류(Cork Screw) 현상을 보이면서 결국 기계 및 장비의 다운타임을 초래했던 것이다.이를 막기 위해 수많은 케이블 공급업체가 노력했지만 지속적인 성공으로 이어지지는 않았다.

더욱 탄력적인 번들형 편조
이구스는 기존 케이블의 심선 구조와는 다른 번들형 편조 구조에서 새로운 솔루션을 찾았다. 이구스의 번들형 편조는 오늘날에도 자주 사용되는 일반 레이어형 케이블 구조와는 확연히 다른 개념을 지닌다.

레이어형은 심선들이 케이블 중심을 여러 층으로 감싸고 있으며, 레이어(층) 사이의 빈 공간에는 보통 필름 또는 플리스가 채워져있다. 이러한 제조 방식은 비용 효율적이긴 하지만 에너지체인이 움직일 때마다 체인 반경의 심선들이 높은 인장력과 압축력에 노출된다는 단점이 있다. 특히 장거리 이동·글라이딩 모션·심선 수가 많은 케이블의 경우, 이러한 힘이 심선에 크게 영향을 미쳐 결국에는 콕 스크류와 같은 케이블 손상이 발생한다.

이구스가 체인플렉스(chainflex) 케이블에 사용하는 번들형 편조 방식은 앞에서 언급한 레이어 방식과는 완전히 다르다. 전체 코어를 하나씩 포개어 여러 층으로 감지 않고, 처음부터 몇 가닥씩 번들 구조로 감은 후 구성된 번들을 다시 엮어 완전한 케이블을 형성한다.

이러한 번들형 편조의 심선은 움직이는 체인의 반경에서도 과도한 인장 응력을 받지 않는다. 더욱 중요한 점은 전체 편조 구조가 충실 압출형 내피와 외피의 서포트를 받는다는 것이다. 심선 사이의 공간이 자켓 재질로 완전히 채워져 있기 때문에 심선의 꼬임이 풀어지지 않게 된다.

비틀림(토션)과 같이 격렬한 모션에는 또 다른 케이블 디자인을 사용한다. 주로 산업용 로봇과 다축 모션에 사용하는 체인플렉스 ‘로봇’ 케이블은 극심한 굽힘(구부러짐)과 비틀림 모션에서 손상 없이 이를 유연하게 대응할 수 있어야만 한다. 이는 케이블이 더 많이 구부러질수록, 대응 가능한 스트레스(응력) 한계에 가까워질수록 비틀기가 더욱 어려워지기 때문이다.

특수 쉴드 구조와 외피 재질 역시 케이블의 내구성을 최적화하는 데에 도움을 준다. 비틀림 응력에서 수백만 사이클 후에도 계속 올바르게 기능하려면 로봇 케이블에는 힘 보정 요소, 느슨한 스트랜딩 요소, 서로 다른 미끄럼면과 완전히 다른 쉴드 개념이 필요하다. 로봇 기술에 사용하는 케이블은 로봇의 움직임에 따라 이동 방향을 반복적으로 변경해야 하기 때문이다.

예를 들어 편조 구조의 직경은 비틀림 각도에 따라 변할 수 있다. 쉴드형 케이블에 대한 요구사항은 특히 더 까다롭다.

이구스는 쉴드 와이어에 작용하는 힘을 완화하고 전체 편조 구조와 외피에 상응하여 쉴드가 자유롭게 움직일 수 있도록 쉴드의 상하에 슬라이딩 요소를 둔다. 이러한 ‘소프트(soft)’ 구조 방식을 통해 전체 케이블의 이동에 필요한 자유로움을 제공하고, 케이블에 작용하는 인장력과 압축력을 줄여 조기 도체 손상으로 인한 기계의 다운타임을 방지한다.

케이블 편조 구조만큼이나 중요한 것이 올바른 절연재질과 외피재질이다. 이구스는 모든 구성품을 제조하고 테스트한다. 이를 통하여 최적의 에너지체인-케이블 조합으로 가장 긴 사용 수명 제공이 가능하게 되는 것이다.

여러 가지 테스트에서 인상적이었던 것은 재질 자체는 물론 재질간 상호 의존도에 대해 얻은 지식이다. 특히 분명해진 것은 ‘플라스틱+케이블’ 조합이 체인 안에서의 긴 수명을 위한 성공의 열쇠라는 것이다. ‘긴 수명을 위한 플라스틱’ 콘셉트를 추구하는 이구스는 케이블과 에너지체인에 사용되어 서로 지속적으로 접촉하는 플라스틱의 기능 향상과 비교에 집중했다. 이는 온도·매체·방사 가능성 같은 외부 요소와 함께 체인과 케이블의 상호 작용에서 중심적인 역할을 수행한다.

이럴려고 테스트했나?
가동형 케이블을 위한 규정과 표준은 과거에도 있었고 지금도 존재한다. 그러나 실제로 에너지체인에 사용하도록 규정한 케이블에 적합한 국가 표준과 국제 표준은 물론 관련 테스트는 없다.

이구스는 지난 수십 년간 케이블 디자인, 재질 테스트 및 평가와 관련된 자체 표준을 개발해 왔다. 이러한 노력은 에너지체인의 내구성을 보장하는 데에 결정적인 역할을 하고 있다. 케이블 산업에는 각기 다른 표준 기관이 발표해 온 테스트 방식들이 있지만, 이들은 너무나 일반적이어서 에너지체인 내 지속적인 모션 적용과 같이 구체적인 요구사항에 대응하지 못하기 때문이다.

예컨대 VDE 굽힘 피로 테스트와 마모 테스트도 체인-케이블 조합에 대한 요구사항을 만족하지 못한다. 굽힘 사이클 테스트의 경우, 케이블의 모션은 에너지체인 내부와는 완전히 다르다. 일반적 요구사항을 충족해온 수많은 케이블 디자인은 이구스의 표준에 따라 진행한 무빙 에너지체인 테스트에서 매우 빠른 시간 내 실패를 기록했다.

바늘·사포·면도날 등을 활용하여 진행되는 표준마모 테스트도 마찬가지다. 바늘 등으로 압력을 가해 외피의 표면을 긁으면 케이블에는 반드시 마모가 발생하게 된다. 그러나 에너지체인 내부에서 바늘을 찾아볼 수 없듯 이러한 테스트에서는 에너지체인과 접촉하는 외피 재질의 내구성에 대해서 아무것도 알 수 없다.
보다 중요한 것은 두 개의 글라이딩 파트너, 즉 체인과 케이블의 재질을 서로 테스트하고 매치하는 것이다.

실 환경과 동일한 테스트
가스·물 등의 매체는 물론 사용 온도 역시 지속적으로 움직이는 가동형 케이블의 외피 재질 개발 및 테스트에서 중요한 역할을 한다. 케이블 산업에서는 가동형 케이블의 저온 유연성을 정의하기 위해 EN 60811-504 저온 굽힘 테스트를 사용하는데, 케이블 직경에 따라 맨드릴 직경을 조정하고 케이블을 맨드릴에 감아 일정 온도까지 냉각한다. 케이블이 테스트 온도에 도달하면 맨드릴에서 케이블을 풀어내는데, 이때 눈에 보이는 외피 균열이 없다면 케이블은 테스트를 통과한 것으로 간주되고, 테스트를 통과한 외피 재질은 해당 테스트 온도에서 사용할 수 있는 것으로 여겨진다.

하지만 이는 에너지체인 내 실제 조건을 반영한 것이 아니다. 실제 환경을 시뮬레이션한 실용적인 테스트를 창안하는 것이 중요하다. 케이블을 맨드릴에 한 번 감아 테스트 온도까지 냉각하여 한 번만 움직이는 기존 방법과 이구스 테스트는 완전히 다르다.

이구스는 테스트 목적에 따라 -40℃ ~ +60℃ 공조 컨테이너에서 실제와 동일한 에너지체인에 케이블을 포설하여 이를 지속적으로 움직이며 테스트한다. 단 한 번으로 끝내지 않고 수백만번 진행한다.
이러한 온도 응력과 지속적인 굽힘 응력이 결합된 모진 테스트에서 외피 균열이 없어야 케이블은 테스트를 통과한 것으로 간주된다.

다양한 재질과 기타 가능한 ‘체인 적합성’ 케이블로 저온 룸에서 대규모 테스트를 진행하는 동안 이구스는 현재 시장에서 이용 가능한 어떠한 혼합물도, 심지어 PUR조차 카탈로그 또는 데이터시트에 명시된 온도에서 에너지체인 내 지속적인 모션을 견디지 못한다는 사실을 알아냈다. 이러한 결과에 기반하여 이구스는 다음의 세 가지 조건에 따라 케이블의 곡률 반경과 사용 온도를 재정의했다.

첫째 고정하여 사용하는 비가동형 케이블, 둘째 VDE/IEC 표준을 따르는 유연성 가동형 케이블, 마지막으로 에너지체인 내부에서 사용하는 가동형 케이블이다. 확실한 것은 실제 조건과 동일하게 진행한 장기간의 테스트만이 에너지체인 내부에 사용하는 케이블의 사용 수명에 대해 신뢰할 수 있는 정보를 제공한다는 점이다.

정확한 상황 예측 제공
모든 제품의 사용 수명을 믿고 예측할 수 있도록 이구스는 동종 업계 최대 2750m² 규모의 시험 연구실을 운영한다. 신뢰성은 실제 작업 조건과 일치하는 시뮬레이션에 달려있기 때문에 65종의 테스트 장치에서 다양한 이동거리·가속도·기후 조건을 통해 제품의 복원력과 하중 수용력 등을 테스트한다.

예를 들어 크레인 등에 사용하는 대형 에너지체인 시스템은 최대 이동거리 240m의 실외 테스트 공간에서 테스트 된다. 이곳에서는 이미 이동속도 4m/s, 충진 중량 8kg/m, 총 이동거리 25,000km 이상의 테스트를 성공적으로 수행한 바 있다. 다양한 실험을 통해 얻은 이러한 데이터는 그 자체로 끝나지 않고, 케이블 디자인 및 제조 절차를 지속적으로 개선하는 데 사용된다.

그렇다면 고객의 혜택은 무엇일까? 당연히 선정한 케이블이 실제 애플리케이션에서도 문제 없이 기능하는 것이다. 이구스는 지난 25년 이상 진행해온 수많은 테스트를 통해 체인플렉스 케이블의 사용 수명을 최대 36개월 또는 1000만 스트로크까지 보장하고 있다. 이구스는 또한 지속적으로 신제품을 개발하고 테스트하며 자체 제조 공정을 모니터링한다. 특정 알고리즘에 따라 생산 중인 케이블을 배치 테스트에서 평가하는데, 이는 제조된 모든 케이블의 20% 이상에 해당한다.

배치 테스트에는 에너지체인 내 모션 테스트와 그 후 전체적인 케이블 구조 분석이 포함된다. 이를 통해 서서히 진행되면서 케이블의 굽힘 행동에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 제조 상의 오류가 발생하지 않도록 방지한다. 체인플렉스 케이블은 배치 테스트 하나만으로도 연간 2억 5000만 사이클 이상을 수행하는데, 필요한 경우에는 특정 고객에게 공급한 제품 회수까지 가능하다. 모든 케이블을 배치 번호를 기반으로 확인할 수 있도록 하고 있기 때문이다.

도체 결함을 방지하는 시스템
테스트 또는 실제 사용 중에 케이블이 손상되었다는 사실이 케이블 디자인의 개선 여부를 결정하는 지표는 아니다. 이보다는 케이블이 손상되기 시작했음을 빨리 아는 것이 중요하다. 즉, 결함 때문에 실제로 손상이 발생하기 전에 케이블이 언제 피로 징후를 보이기 시작했는지 알아야 하며, 이것이 추후 조사에서 원인 방지 방법을 찾을 수 있는 유일한 길이다.

이구스는 연간 140만회 이상에 달하는 엄청난 양의 측정 데이터를 기록하기 위해 ‘AutΩMeS’ 시스템을 개발했다. 이는 다양한 테스트 장비에 따라 모듈형으로 조정 가능한 완전 자동 측정 시스템으로 하루 24시간, 1년 365일 끊임 없이 케이블의 전기적 특성을 모니터링하여 결함을 빠르고 안정적으로 감지한다.

애플리케이션에서 안정적으로 기능하는 가장 합리적인 가격의 케이블을 고객에게 항상 제공하려면 매우 다양한 제품을 공급하고 제품군을 지속적으로 확장 해나가는 것이 중요하다. 또 올바른 케이블을 쉽고 빠르게 찾을 수 있어야 한다.

체인플렉스 케이블의 경우, 카탈로그 또는 관련 데이터시트를 통해 케이블이 안정적으로 기능하는 최소곡률반경, 운동성, 이동거리 등 애플리케이션에 중요한 파라미터들을 확인 가능하다. 케이블 구조, 다양한 매체에 대한 내성뿐만 아니라 각 케이블이 보유하고 있는 인증에 대한 상세 내용도 찾아볼 수 있다.

이구스는 유저들이 올바른 케이블을 쉽고 빠르게 선택할 수 있도록 다양한 온라인 툴을 제공한다. 체인플렉스 케이블 제품 검색기를 사용하면 각 환경에서 사용 가능한 다양한 케이블 종류를 확인하고 가장 적합한 케이블을 선택할 수 있다.

체인플렉스 사용 수명 계산기를 사용하면 제품의 예상 수명도 확인 가능하다. 리니어·비지지·글라이딩·행잉·비틀림과 같은 모션 유형과 운동성·환경 조건 등의 파라미터를 입력하면 더블 스트로크에서 측정한 예상 사용 수명에 대해 구체적인 정보를 얻을 수 있는 것이다. 카탈로그 내 프레임워크를 준수한 케이블은 36개월 품질 보증이 제공된다.