DE102004045990A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen eines geschirmten Kabels - Google Patents

Abstract

Beschädigungen an geschirmten Kabeln sollen einfacher registriert werden können. Daher ist vorgesehen, zwischen eine Seele (SE) eines Kabels (K) und dessen Schirmung (KS) eine Wechselspannung anzulegen und das abgestrahlte elektromagnetische Feld zu messen. Beschädigungen der Abschirmung (KS) äußern sich in einer Amplitudenänderung des erfassten Felds. Mit einem Handgerät (S, MG) kann dieses Feld registriert und somit auch vor Ort der Beschädigung ohne Ausbau des Kabels (K) festgestellt werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines geschirmten Kabels nach möglichen Beschädigungen durch Anlegen einer Wechselspannung an das zu prüfende Kabel, Messen eines von dem Kabel ausgehenden elektromagnetischen Felds unter Gewinnung eines Messsignals und Beurteilen des Messsignals hinsichtlich einer Beschädigung des Kabels. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Prüfvorrichtung zum Prüfen eines geschirmten Kabels.
• Bei elektrischen Leitungen, die mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, können im Laufe der Zeit, vor allem wenn die Verlegevorschriften für das Kabel nicht eingehalten wurden, Beschädigungen auftreten. Beispielsweise ist dies der Fall bei Bahnfahrzeugen, bei denen die Motoren in den Drehgestellen angeordnet sind. Die Stromversorgungsleitungen, die zwischen Wagenkasten und dem jeweiligen Motor angeordnet sind, sind dann ständigen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
• Die verwendeten Kabel sind in der Regel Leitungen, die mit einem Kupfergeflecht geschirmt sind. Durch die mechanische Beanspruchung kann es nach einer gewissen Zeit zu Ermüdungsbrüchen der Kupferkomponenten kommen. Dies führt beispielsweise dazu, dass Teile der Abschirmung unterbrochen sind. Das abgebrochene Abschirmgeflecht kann, falls Schaden nicht entdeckt wird, die Leitungshauptisolierung durchstechen, wodurch ein Masseschluss vorgezeichnet ist. Dies kann zu weiteren schweren Folgefehlern führen.
• Es können aber auch andere Beschädigungen an den Kabeln auftreten, wie beispielsweise das Aufbrechen von Außenisolierungen. Damit ist zwar grundsätzlich das Kabel noch funktionsfähig, aber es gehen von ihm unter Umständen Gefahren aus und langfristig ist ein Ausfall nicht auszuschließen. Daher ist es grundsätzlich wünschenswert, Beschädigungen bereits in ihrem Anfangsstadium erkennen zu können, d.h. eine Beschädigung der Schirmung.
• Aus der Druckschrift DE 101 62 802 A1 ist diesbezüglich ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Inhomogenitäten des Schirmverhaltens geschirmter elektrischer Leiter bekannt. Dabei wird ein Frequenzsignal vorbestimmter Frequenz und Spannungsamplitude an den Schirm des Leiters angelegt. Das durch das Frequenzsignal erzeugte elektrische Feld und/oder Magnetfeld des Schirms wird in definiertem Abstand zum Schirm an gegenüberliegenden Orten des Schirms sensorisch erfasst. Die resultierenden Feldsignale werden gleichgerichtet und voneinander subtrahiert. Aus dem Differenzsignal wird auf Inhomogenitäten des Schirmverhalts des geschirmten elektrischen Leiters geschlossen.
• Nachteilig dabei ist, dass die Feldsignale an beiden Seiten des Kabels in gleichem Abstand gewonnen werden müssen, was in der Regel nur im ausgebauten Zustand möglich ist. Darüber hinaus ist die Messanordnung sehr komplex und die Handhabung entsprechend schwierig. Ferner besteht auch die Gefahr, dass nicht erkannt werden kann, wenn die Abschirmung gerissen ist, da dann kein Differenzsignal vorliegt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Prüfverfahren vorzuschlagen, mit dem Kabelschädigungen einfacher zu ermitteln sind. Darüber hinaus soll eine entsprechende Vorrichtung mit einfacher Handhabung angegeben werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines geschirmten Kabels nach möglichen Beschädigungen durch Anlegen einer Wechselspannung an das zu prüfende Kabel, Messen eines von dem Kabel ausgehenden elektromagnetischen Felds unter Gewinnung eines Messsignals und Beurteilen des Messsignals hinsichtlich einer Beschädigung des Kabels, wobei die Wechselspannung zwischen der Seele und der Schirmung eines Kabels angelegt wird.
• Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Prüfvorrichtung zum Prüfen eines geschirmten Kabels nach möglichen Beschädigungen mit einem Signalgenerator zum Anlegen einer Wechselspannung an das zu prüfende Kabel, einer Messeinrichtung zum Messen eines von dem Kabel ausgehenden elektromagnetischen Felds unter Gewinnung eines Messsignals und einer Bewertungseinheit zum Beurteilen des Messsignals hinsichtlich einer Beschädigung des Kabels, wobei die Messeinrichtung mobil ist und die Bewertungseinheit in die Messeinrichtung integriert ist.
• Erfindungsgemäß ist es damit möglich, mittels einer zerstörungsfreien Prüfung den Zustand des Leitungsschirms eines Kabels festzustellen. Die Prüfvorrichtung ist darüber hinaus mobil, so dass in der Regel eine Prüfung ohne Demontage der Verbindung beispielsweise am Fahrzeug durchgeführt werden kann. Darüber hinaus erhält man gerade bei einer Zerstörung des Kabelschirms über den gesamten Umfang eindeutige Signale zur Identifikation der Fehlstelle.
• Vorzugsweise wird die Amplitude des Messsignals mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen und aus dem Vergleichsergebnis eine Entscheidung über eine Beschädigung getroffen. Damit ist für den Untersuchenden sehr leicht feststellbar, ob an einer bestimmten Kabelstelle eine Beschädigung vorliegt.
• In Abhängigkeit von dem Messsignal oder dem Vergleichsergebnis kann ein akustisches oder optisches Signal erzeugt werden. Dadurch erhält der Benutzer einen leicht wahrnehmbaren Hinweis auf die Beschädigung und kann seine Aufmerksamkeit weiter auf die Führung des Geräts richten.
• Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Messen durch eine mobile Sonde. Damit sind auch e her unzugängliche Stellen erreichbar und eine Demontage der Verbindung kann vielfach unterbleiben.
• Die Wechselspannung besitzt vorteilhafterweise eine Frequenz im Bereich von 50 bis 500 kHz und insbesondere im Bereich von 100 bis 200 kHz. In diesen Frequenzbereichen sind gute Messergebnisse zu erwarten und Störungen durch die Messspannung für andere Geräte kaum gegeben.
• Bei einer speziellen Ausführungsform kann eine Spektralanalyse des Messsignals durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur die Messfrequenz, sondern auch beispielsweise Harmonische davon ausgewertet werden können.
• Wie bereits angedeutet wurde, bleibt beim erfindungsgemäßen Verfahren das zu prüfende Kabel während der Prüfung vorzugsweise in seiner bestimmungsgemäßen elektrischen Schaltung vollständig eingebaut. Dies bedeutet, dass beispielsweise lediglich ein Signalgenerator an die Anschlussklemmen im Klemmkästchen angeschlossen werden muss, wodurch sich die Prüfzeit beispielsweise einer gesamten Schnellbahngarnitur deutlich reduziert.
• Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine Prinzipskizze zu dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung zeigt.
• Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 1 zeigt prinzipiell den Messaufbau zur Überprüfung eines geschirmten Kabels. In dem gewählten Beispiel wird ein Motor M über ein Kabel K mit einem externen Klemmkästchen KK verbunden. Die beiden Gehäuse des Motors M und des Klemmkästchens KK besitzen auch die Funktionalität, die Masse für die elektrische Schaltung bereitzustellen. Daher ist ein Kabelschirm KS des Kabels K symbolisch mit den Gehäusen des Motors M und des Klemmkästchens KK verbunden. Der Kabelschirm KS liegt elektrisch somit auf Masse.
• Im Kabelinneren verläuft die Kabelseele SE. Im Motor M ist diese Seele an eine Wicklung angeschlossen, die für hochfrequente Ströme über parasitäre Elemente W auf Masse liegt.
• Zur Prüfung des Kabels K wird nun im Klemmkästchen KK, ohne das Kabel K von dem Klemmkästchen KK und dem Motor M abzuschließen, ein Signalgenerator SG zwischen Masse und die Kabelseele SE geschaltet. Auf diese Weise ist ein durch den Signalgenerator erzeugbares Wechselsignal mit z.B. 150 kHz zwischen Kabelschirm KS und Seele SE legbar.
• Aufgrund der an der Seele SE anliegenden Wechselspannung wird nach außen hin ein elektrisches bzw. magnetisches Feld abgestrahlt. Durch die Kabelschirmung KS werden diese Felder nach außen hin größtenteils unterdrückt.
• Weist nun die Kabelschirmung KS eine Beschädigung auf, so ist die Abschirmwirkung der Kabelschirmung KS entsprechend vermindert und die Feldstärke des abgestrahlten Felds steigt an.
• Mit einer Sonde S, die entlang des Kabels K geführt wird, lässt sich das elektromagnetische Feld detektieren. Die Signale der Sonde werden von einem Messgerät MG ausgewertet. Günstigerweise sind Sonde S und Messgerät MG in einem einzigen Gerät zusammengefasst, das von einem Benutzer manuell entlang des Kabels K geführt werden kann.
• Das Messgerät MG wird bei Beschädigungen der Kabelschirmung KS ein erhöhtes Feld registrieren. Liegt die Amplitude des Felds oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, so gibt das Messgerät ein optisches oder akustisches Signal ab. Der Benutzer erkennt dann sofort die Stelle des Kabels, an der das akustische oder optische Signal aufgetreten ist. Auch wenn er die Beschädigung nicht sieht, besitzt er nun die Information, dass eine Beschädigung vorliegt und wo die Beschädigung vorliegt. Über die Stärke des Signals erhält man eine qualitative Aussage, wie stark die Schädigung des Schirmes ist.
• Vorzugsweise wird für die Messspannung eine Frequenz von 150 kHz verwendet. Darüber hinaus ist darauf zu achten, dass die Anschlüsse entsprechend geschirmt sind, damit keine Störfelder die Messung beeinträchtigen (evtl. Zuleitung verdrillen, bzw. Koaxkabel).
• Anstelle des oben dargestellten einteiligen Handgeräts, bei dem die Sonde und das Messgerät in einer Einheit integriert sind, kann auch ein Oszillograph mit separater Messsonde verwendet werden. In den Oszillographen ist vorzugsweise ein Spektralanalysator integriert, so dass die einzelnen Spektralanteile des Messsignals ausgewertet werden können.
• Mit diesem Gerät bzw. diesem Verfahren lassen sich Beschädigungen von Kabeln ohne Demontage der Verbindungen sicher und zuverlässig erkennen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Prüfen eines geschirmten Kabels nach möglichen Beschädigungen durch – Anlegen einer Wechselspannung an das zu prüfende Kabel (K), – Messen eines von dem Kabel (K) ausgehenden elektromagnetischen Felds unter Gewinnung eines Messsignals und – Beurteilen des Messsignals hinsichtlich einer Beschädigung des Kabels, dadurch gekennzeichnet, dass – die Wechselspannung zwischen eine Seele (SE) und eine Schirmung (KS) des Kabels (K) angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen durch eine mobile Sonde (S) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Amplitude des Messsignals mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen und aus dem Vergleichsergebnis eine Entscheidung über eine Beschädigung getroffen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein akustisches oder optisches Signal in Abhängigkeit von Messsignal oder dem Vergleichsergebnis erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselspannung eine Frequenz im Bereich von 50 bis 500 kHz und insbesondere von 100 bis 200 kHz aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Spektralanalyse des Messsignals durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu prüfende Kabel (K) während der Prüfung in seiner bestimmungsgemäßen elektrischen Schaltung vollständig oder teilweise eingebaut bleibt.
8. Prüfvorrichtung zum Prüfen eines geschirmten Kabels (K) nach möglichen Beschädigungen mit – einem Signalgenerator (SG) zum Anlegen einer Wechselspannung an das zu prüfende Kabel (K), – einer Messeinrichtung (MG) zum Messen eines von dem Kabel (K) ausgehenden elektromagnetischen Felds unter Gewinnung eines Messsignals und – einer Bewertungseinheit zum Beurteilen des Messsignals hinsichtlich einer Beschädigung des Kabels dadurch gekennzeichnet, dass – die Messeinrichtung (MG) mobil ist und – die Bewertungseinheit in die Messeinrichtung (MG) integriert ist.
9. Prüfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Bewertungseinheit ein Signalisierungselement zum akustischen oder optischen Signalisieren einer festgestellten Beschädigung des Kabels (K) aufweist.
10. Prüfvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bewertungseinheit einen Spektralanalysator umfasst.