Kabelprüfverfahren Bei der Herstellung von elektrischen Kabeln oder Leitungen, bei denen auf die Ader oder den Leiter mit Hilfe einer Spritz- oder Pressvorrichtung die Isolierung aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgebracht wird, kommt es darauf an, die Isolierung frei von Fremdkörpereinschlüssen zu halten. Solche Fremdkör- pereinschlüsse können nämlich beim Betrieb des Kabels oder der Leitung zu Glimmerscheinungen führen und damit einen Durchschlag an dieser Stelle einleiten.
Nun lässt es sich häufig nicht vermeiden, dass bei der Ferti gung von Kabeln oder Leitungen, beispielsweise beim Umpressen des elektrischen Leiters mit Polyäthylen, Fremdkörper, etwa in Form von Metallteilchen, Fäden, Papierschnitzeln und dgl., mit in die Leiterisolierung ge langen. Diese Fremdkörper müssen festgestellt und zur Vermeidung von Durchschlägen beim Betrieb des Ka bels oder der Leitung z. B. durch Herausschneiden der Isolierung an der betreffenden Stelle entfernt werden.
Ausserdem ist es wichtig, die zentrische Lage des Leiters in der Isolierung zu überwachen. Beispielsweise hängt nämlich die Durchschlagsfestigkeit eines Kabels oder einer Leitung auch von der Exzentrizität des Lei ters bezüglich der Leiterisolierung ab.
Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Prüfung von Kabeln und Leitungen, die von einem ther moplastischen Kunststoff umgeben sind, der während eines kurzen Zeitraumes nach der Extrusion für sichtba res oder infrarotes Licht durchlässig ist. Gemäss der Er findung wird die Isolierung des Kabels oder der Leitung unmittelbar nach ihrem Aufbringen von mindestens einem scharf gebündelten Strahl sichtbaren oder infraro ten Lichtes fortlaufend durchleuchtet.
Hierdurch ist er reicht, dass gegebenenfalls in der Isolierung vorhandene Fremdkörper, wie beispielsweise Metallteilchen, Fäden und Papierschnitzel, und eine exzentrische Lage des Leiters bezüglich der Isolierung herausgefunden werden und die Lage der Fehlerstelle festgelegt iwrd, so dass das Kabel oder die Leitung an der betreffenden Stelle aus gebessert werden kann und somit eine einwandfreie Iso lierung über die gesamte Länge gewährleistet ist. Es ist zweckmässig, dass der oder die Lichtstrahlen fortlaufend um einen solchen Winkelbereich abgelenkt werden, dass eine Durchleuchtung der Isolierung über den gesamten Querschnitt des Kabels oder der Leitung gewährleistet ist.
Besonders zweckmässig ist es, zwei Lichtstrahlen zu verwenden, die einen festen Winkel miteinander bilden und die in einem solchen Winkelbereich eine um die Achse des Kabels oder der Leitung hin- und hergehende Bewegung ausführen, dass eine vollständige Durchleuch tung der Isolierung über den gesamten Querschnitt des Kabels oder der Leitung gewährleistet ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch die Bereiche der Isolierung in Leiternähe zu durchleuchten. Das ist deshalb von beson derer Bedeutung, weil gerade in Leiternähe im Bereich höherer Feldstärken Fremdkörpereinschlüsse besonders gefährlich sind und zu Durchschlägen Anlass geben können.
Weiterhin ist es günstig, dass der Lichtstrahl auf einen im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Kabel oder der Leitung angeordneten Dreh- oder Schwingspiegel auftrifft und von dort auf die Oberfläche des Kabels oder der Leitung reflektiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ge- mäss der Erfindung besteht darin, dass der durch die Isolierung hindurchgetretene Lichtstrahl in einem Emp fänger in elektrische Impulse umgeformt wird. Dabei ist es günstig, dass die elektrischen Impulse zur Steuerung einer Vorrichtung dienen, die auf der Oberfläche der Isolierung an der Stelle eines ermittelten Fehlers eine Kennzeichnung vornimmt.
Für eine Anordnung zur Durchführung des Verfah rens gemäss der Erfindung ist es günstig, dass als Licht quelle ein eine kohärente Lichtstrahlung aussendender Laser verwendet wird. Die von einem solchen Laser er zeugte Lichtstrahlung zeichnet sich neben der Kohärenz vor allem durch eine starke Bündelung sowie durch eine hohe Leistungsdichte und ein hohes Auflösungsvermö gen aus. Gerade durch das hohe Auflösungsvermögen der vom Laser erzeugten Lichtstrahlung ist die Gewähr gegeben, dass auch kleinste Fremdkörper in der Isolie rung elektrischer Kabel oder Leitungen erfasst und ent fernt werden können, so dass Glimmentladungen und damit Durchschläge in der Isolierung vermieden sind.
Intensive Laserstrahlungen im Infrarotbereich stehen bei den Wellenlängen 1,15 . (Gaslaser) und 1,06 ,u (Fest körperlaser) zur Verfügung.
Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 6 als Ausführungsbeispiel dargestellten Abtastung der isolier ten Ader eines elektrischen Kabels näher erläutert.
Die Kabelader 1, die in einer nicht dargestellten Spritz- oder Pressvorrichtung mit der Isolierung 2 aus Polyäthylen umgeben wird, ist, wie in der Fig. 1 ange deutet, im Strahlengang der beiden Laser 3 und 6, bei spielsweise Gaslaser fortlaufend geführt. Die Durch leuchtung der Isolierung erfolgt unmittelbar im An- schluss an das Aufbringen des thermoplastischen Kunst stoffes auf die Kabelader. Zu einem späteren Zeitpunkt wäre eine Durchleuchtung nicht mehr möglich, weil dann durch das Erkalten der Isolierung diese nicht mehr lichtdurchlässig ist.
Ausserdem wird in der Regel zur Vermeidung von Glimmentladungen längs der Oberfläche der Isolierung eine schwach leitende Schicht, beispielsweise aus Russ oder Graphit, aufge bracht, die eine Durchleuchtung der Isolierung erschwe ren bzw. verhindern würde.
Die beiden Laser 3 und 6 senden eine kohärente Lichtstrahlung mit konstanter Intensität und einer Wel lenlänge von etwa 680 Nanometer aus. Damit ein Ab tasten der Isolierung 2 über den gesamten Umfang der Kabelader möglich ist, wird die vom Laser 3 ausgehende Lichtstrahlung auf den Drehspiegel 4 und die vom La ser 6 ausgesandte Lichtstrahlung auf den Drehspiegel 7 geworfen und anschliessend von diesem in zwei senk recht zueinander stehenden Ebenen auf die Oberfläche der Isolierung 2 reflektiert. Auf der den Drehspiegeln 4 und 7 abgekehrten Seite der Kabelader 1 sind die Strahlenempfänger 5 und 8, beispielsweise Infrarot-Bild- wandler, angeordnet, auf deren Bildschirmen die Isolie rung 2 abgebildet wird.
Durch die Aneinanderreihung der drei Medien Luft, Isolierung und Leiterwerkstoff macht sich die Übertra gung der scharf gebündelten Lichtstrahlen an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Medien durch eine sprunghafte Änderung der Intensität der das Kabel durchdringenden Lichtstrahlen bemerkbar. Das gleiche gilt für den Fall, dass in der Isolierung Fremdkörper ein gebettet sind, die von den Lichtstrahlen erfasst werden. Die auf die Infrarotbildwandler 5 und 8 auftreffenden Strahlen der Laser 3 und 6 werden von diesen in elek trische Impulse umgewandelt. Man ordnet nun der In tensität jedes die Isolierung durchdringenden Lichtstrah les an jeder Stelle über den gesamten Querschnitt einen Spannungswert als Sollwert zu.
Dann machen sich Fremdkörper in der Isolierung durch eine mehr oder weniger grosse Abnahme der Spannung vom Sollwert an der betreffenden Stelle bemerkbar. Diese Abnahme der Spannung, die sich als Schatten auf dem Leuchtschirm eines Bildwandlers in Abhängigkeit von der Lage des Abtastpunktes auf dem Radius der Kabelader 1 bemerk bar macht, wird vom Bedieungspersonal zur Kennzeich nung des Kabels an der Stelle des festgestellten Fremd körpers herangezogen.
Zur Erzielung eines reibungslosen Fertigungsablau fes empfiehlt es sich jedoch, die durch einen Fremdkör per hervorgerufene Abnahme der Spannung zur Steue rung einer Kennzeichnungsvorrichtung zu verwenden, so dass die Feststellung von Fremdkörpereinschlüssen in der Isolierung des Kabels selbsttätig erfolgt. Beispiels weise drückt die Kennzeichnungsvorrichtung an der Stelle des in der Isolierung 2 ermittelten Fehlers eine Kerbe in die Isolierung 2 ein. Nach Fertigstellung der ge samten Kabellänge wird dann die Isolierung an der Kerbe entfernt und durch Aufwickeln mehrerer Lagen einer Polyäthylenfolie, die miteinander verschweisst wer den, eine neue Isolierung aufgebracht.
Man kann aber auch so vorgehen, dass die von einem die Isolierung durchdringenden Lichtstrahl er zeugte Spannung mit einer als Vergleichsnormal dienen den Spannung verglichen wird, die von einem Lichtstrahl gleicher Stärke und Wellenlänge erzeugt wird, der eine von Fremdkörpern freie Isolierung gleichen Aufbaues durchdrungen hat. Zur selbsttätigen Kennzeichnung der Kabelader 1 an einer Fehlerstelle wird dann die durch einen Fremdkörpereinschluss bewirkte Abnahme der Messspannung durch Vergleich mit der Sollspannung über nicht dargestellte Schaltelemente zur Steuerung einer Kennzeichnungseinrichtung benutzt.
Damit eine Durchleuchtung der Isolierung 2 der Ka belader 1 über den gesamten Umfang der Kabelader möglich ist, wird die von den beiden Lasern ausgehende Lichtstrahlung auf nicht dargestellte Dreh- oder Schwingspiegel geworfen und anschliessend von diesen in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen als Strah len 9 und 10, wie in der Fig. 2 dargestellt, auf die Ober fläche der Isolierung 2 reflektiert. Auf der den Dreh- oder Schwingspiegel abgekehrten Seite der Kabelader 1 sind nicht dargestellte Strahlenempfänger, beispielsweise Infrarotbildwandler, angeordnet, auf deren Bildschirmen die Isolierung 2 abgebildet wird.
Unter Umständen ergeben sich jedoch Schwierigkei ten, die in der Fig. 2 mit 11 bezeichneten Bereiche der Isolierung einwandfrei zu durchleuchten und damit Fremdkörper festzustellen, da diese Bereiche in Leiter nähe von den beiden die Isolierung abtastenden Licht strahlen 9 und 10 nicht erfasst werden. Dieser Nachteil ist besonders schwerwiegend bei Hochspannungskabeln, da Fremdkörper, die sich in Leiternähe, d. h. im Bereich höherer Feldstärke, befinden, die Durchschlagfestigkeit der Isolierung besonders gefährden.
Es werden deshalb, wie aus der Fig. 3 ersichtlich, die beiden einen rechten Winkel miteinander einschliessen- den Lichtstrahlen 9 und 10 während des Abtastvorgan- ges in einem Winkelbereich von etwa 45 hin- und her gedreht, so dass sie, beispielsweise bei Drehung in der einen Richtung, die gestrichelt angedeuteten Stellungen 9' und 10' einnehmen.
Eine solche Hin- und Herdrehung der in zwei senkrecht zueinanderstehenden Ebenen auf die Isolierung auftreffenden Lichtstrahlen hat zur Folge, dass die in der Fig. 2 angedeuteten Bereiche 11 von den Strahlen erfasst und damit Fremdkörpereinschlüsse in der Isolierung festgestellt werden.
Die Frequenz der Dreh- oder Schwingspiegelbewegung ist erheblich grös- ser als die Frequenz der Hin- und Herdrehung der Licht strahlen, sie beträgt nämlich ein Vielfaches der Frequenz der Hin- und Herdrehung. Es hat sich hierbei als zweck- mässig erwiesen, die Frequenz der Dreh- oder Schwing spiegelbewegung in der Grössenordnung von 5 Hz und die Frequenz der Hin- und Herdrehung der Lichtstrah len von 1 Hz zu wählen.
In der Fig. 4 ist eine Messanordnung zur gleichzei tigen Überwachung des Kabeldurchmessers, der Exzen trizität der Kabelseele, der Oberflächenbeschaffenheit sowie der Temperatur des Kabels schematisch darge stellt. Das von der Lichtquelle 12, beispielsweise einem Gaslaser mit Infrarotemission, erzeugte Licht wird zur Homogenisierung des Laserstrahles mit seinen Moden dem schnellaufenden Taumelspiegel 13 zugeführt. Von diesem Taumeilspiegel 13 wird der Lichtstrahl dem Un terbrecher 14 zugeleitet, der das Gleichlicht des Lasers in Wechsellicht umformt.
Dieses Wechsellicht wird an- schliessend auf den teildurchlässigen Spiegel 15 gewor fen und von diesem in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Der eine Teilstrahl fällt auf den Schwingspiegel 16, der mit dem Antrieb 17 und der Stellungsanzeige 18 gekup pelt ist, während der andere Teilstrahl dem Schwingspie gel 19 mit dem Spiegelantrieb 20 und der Stellungsan zeige 21 zugeführt wird.
Je nach der momentanen Stellung der beiden Schwingspiegel 16 und 19 wird das zu untersuchende Polyäthylenkabel mit der Isolierung 2 und dem Leiter 1 an verschiedenen Stellen von den beiden Lichtstrahlen getroffen. Das durchfallende Licht von dem Schwing spiegel 16 wird mittels der Optik 22 auf den infrarot empfindlichen Detektor 23 fokussiert, während das von dem Schwingspiegel 19 gelieferte, durchfallende Licht entsprechend über die Optik 24 auf den Infrarotdetektor 25 fokussiert wird.
Das über die Optik 26 auf den Infrarotdetektor 27 fallende Licht besteht aus zwei Anteilen. Einmal aus dem Gleichlichtanteil, der sich aus der Beleuchtung der Umgebung des Raumes und der Wärmestrahlung des Kabels zusammensetzt und zum anderen aus einem Wechsellicht, d. h. aus dem an der Oberfläche der Iso lierung gestreuten und reflektierten Laser-Wechsellicht, dessen Intensität von der Oberflächenstruktur der Iso lierung 2 und der Schwingspiegelstellung abhängig ist. Durch geeignete Wahl der Empfindlichkeit des Detek tors 27 oder durch entsprechend gewählte Filter kann der Anteil der Raumbeleuchtung ausgeschaltet werden.
Mit einer Trennung in Wechsel- und Gleichlicht können dann der Oberflächenstruktur und der Temperatur der Isolierung 2 des Kabels proportionale Grössen beispiels weise auf den mit entsprechenden Verstärkern ausge rüsteten Schreibgeräten 28 und 29 registriert werden.
Die jeweils aus den Signalen der Stellungsgeber 18 und 21 der Schwingspiegel 16 und 19 und der infrarot empfindlichen Detektoren 23 und 25 gebildeten Funk tionen sind in der Fig. 5 dargestellt. Ausserhalb der Iso lierung 2 ist die Amplitude des Wechsellichtes konstant, sie fällt bei der Abtastung der Isolierung, beginnend an den Stellen x1 und x2 und wird Null, wenn der Leiter 1 erreicht ist. In der Isolierung vorhandene Fehlerstellen machen sich dabei, wie aus der Figur ersichtlich, in einer Störung des Kurvenverlaufes bemerkbar.
Die während der Abtastung des Leiters auffallende Gleichlichtinten- sität, die sich aus der Raumbeleuchtung und der Tem peraturstrahlung der Isolierung zusammensetzt, wird hierbei unterdrückt, Die in der Fig. 5 dargestellte Funk tion J= (x) kann nun entweder in dem Verstärker und Brückenelement 30 mit einer Sollwertfunktion, die bei spielsweise auf einem endlosen Tonband gespeichert ist, verglichen und gegebenenfalls auftretende Abweichun gen registriert werden, oder aber es kann zwischen den beiden aus den Teilen 16, 17, 18, 22 und 23 bzw. 19, 20, 21, 24 und 25 bestehenden Kanälen die Differenz gebildet werden, wie es die Fig. 6 veranschaulicht.
In je dem Fall macht die Verwendung von Wechsellicht die in der Figur dargestellte Anordnung frei von Einflüssen infolge schwankender Raumhelligkeit und dgl. Beim Vorhandensein von lichtabsorbierenden Ver unreinigungen oder auch lichtstreuenden Inhomogenitä- ten treten bei dem Verfahren nach der Differenzmess- methode, wie in der Fig. 6 dargestellt, von Null verschie dene Spannungen auf. Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass alle Schwankungen der Lichtquelle ausge schaltet werden. Je nach der Lage einer Verunreinigung im Lichtschatten, an der Oberfläche usw. treten ein oder zwei Signale auf.
Bei vorgegebener Strahlengeometrie kann dann aus der Signalgrösse auf die Abmessung der Verunreinigung geschlossen werden. Dabei ist es zweck- mässig, die Abtastung nicht an einem gemeinsamen Ur sprung beginnen zu lassen. Die Registrierung der Fehler stelle erfolgt über den Schreiber 31. Man kann aber auch die Fehler automatisch mit dem Markierungsgerät 34 kennzeichnen, das die Fehlerstellen in der Ader durch Einschneiden einer Kerbe in die Isolierung fest legt.
Die Messung des Aderdurchmessers erfolgt, wie aus der Fig. 5 ersichtlich, durch Vergleich des Abstandes zwischen den beiden mit x 1 und x. bezeichneten Stellen. Vorteilhaft geschieht dies mittels einer elektrischen Be stimmung der Lage dieser Punkte mit einer der Zeit proportionalen Vergleichsspannung und Registrierung auf dem Schreiber 32.
Mit dem gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren kann schliesslich auch die Exzentrizität des Leiters 1 in der Isolierung 2 bestimmt werden, in dem die Symmetrie der Funktion I=f (x), wie in der Fig. 5 dargestellt, für jeden Strahl untersucht wird. Abweichun gen von der Symmetrie sind ein Mass für die Exzentrizi tät des Leiters und werden mittels des Schreibers 33 re gistriert.
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung ist es also möglich, gleichzeitig die Prüfung der Isolierung auf Fremdkörper, die berührungsfreie Messung des Kabel durchmessers und der Exzentrizität sowie über die Mes sung des Reflexionskoeffizienten die Messung der Ober flächenbeschaffenheit und der Oberflächentemperatur :des Kabels durchzuführen.