DE102007020430B4

DE102007020430B4 - Verfahren und Prüfstand zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung

Info

Publication number: DE102007020430B4
Application number: DE102007020430.4A
Authority: DE
Inventors: Elk Stegmann; Robert Gempel; Conny Sundberg; Hans Wolfsberger
Original assignee: Leoni Kabel Holding GmbH
Current assignee: Bizlink Industry Germany GmbH
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2027-04-28
Also published as: DE102007020430A1

Abstract

Verfahren zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung (2) für Wagenübergänge, die mehrere lose nebeneinander geführte Einzelkabel (6) aufweist und die zwei relativ zueinander bewegliche Maschinenteile miteinander verbindet, bei dem auf einem Prüfstand (4) die zu überprüfende Kabelverbindung (2) mit ihren Endseiten jeweils an einem Anschlussteil (8A, B) angeschlossen ist, wobei die Einzelkabel (6) an den Anschlussteilen (8A, 8B) entsprechend der realen Einbausituation über Anschlüsse angeschlossen sind und die beiden Anschlussteile (8A, B) zur Simulation der Dauerbelastung und Bewegung im normalen Betrieb mit Hilfe eines Manipulators (12) relativ zueinander mit überlagerten Bewegungsabläufen bewegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Prüfstand zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung, die im Einsatz zwei relativ zueinander bewegliche Maschinenteile miteinander verbindet. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie einen Prüfstand zum Prüfern der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung für Wagenübergänge bei Schienenfahrzeugen.
In vielen Bereichen ist es erforderlich, Versorgungsstränge, wie elektrische, pneumatische und hydraulische Kabel zur Versorgung von entsprechenden Verbrauchern über relativ zueinander bewegliche Maschinenteile zu führen. Insbesondere bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Zugmaschinen und insbesondere bei Schienenfahrzeugen, wird die Versorgung durch Kabelverbindungen zwischen zwei aufeinander folgenden Wagen bzw. zwischen einer Zugmaschine und einem Wagen realisiert. Aufgrund der normalen betriebsbedingten Relativbewegung zwischen den beiden aufeinander folgenden Wagen unterliegt die Kabelverbindung einer dynamischen Belastung, und die Kabelverbindung muss für eine ausreichende Lebensdauer diesen dynamischen Belastungen, beispielsweise Biege-, Streck- und Torsionsbelastungen standhalten. Diese Belastungen können zur Ermittlung und zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer derartigen Kabelverbindung auf einem Prüfstand simuliert werden.
Aus der DE 44 00 520 C1 ist ein Prüfstand zur Durchführung von Wechselbiegeversuchen an flexiblen Versorgungsleitungen zu entnehmen. Der Prüfstand ermöglicht eine Bewegung der zu prüfenden Versorgungsleitung in zwei voneinander unabhängigen Rotationsebenen u. a. zur Simulation von Bewegungen, wie sie an Kupplungsleitungen zwischen Schienenfahrzeugen auftreten. Aus der DE 298 18 850 U1 ist ein Prüfstand für Hydraulikschläuche zu entnehmen, bei dem mehrere Schläuche gemeinsam in zwei gegenüberliegende Halterungen gehalten sind und die Halterungen zueinender überlagerte Relativbewegungen ausführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfach aufgebauten Prüfstand sowie ein möglichst einfaches Verfahren zur realitätsnahen Prüfung der Dauerfunktionsfähigkeit einer derartigen Kabelverbindung anzugeben.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Prüfstand mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Zur Prüfung der Dauerfunktionsfähigkeit der Kabelverbindung ist vorgesehen, dass diese mit ihren Endseiten jeweils an einem Anschlussteil angeschlossen ist. Die beiden Anschlussteile werden zur Simulation der Dauerbelastung und der Bewegung, die die Kabelverbindung im normalen Betrieb ausführt, mit Hilfe eines Manipulators relativ zueinander mit überlagerten Bewegungsabläufen bewegt.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrens und eines derartigen Prüfstands ist darin zu sehen, dass durch die Simulation Erkenntnisse über die Belastbarkeit einer Kabelverbindung getroffen werden, so dass Aussagen über die Lebensdauer mit dem Ziel einer möglichst exakten Prognose der technischen Lebensdauer von System und Komponenten unter realitätsnahen mechanischen Belastungen getroffen werden können. Von besonderer Bedeutung ist weiterhin, dass die beiden Anschlussteile relativ zueinander mit überlagerten Bewegungsabläufen bewegt werden. Es werden daher tatsächliche und reale insbesondere dreidimensionale Bewegungen simuliert. Die Bewegungsabläufe werden nicht aufgeteilt in einzelne, separierte Bewegungsabläufe. Dadurch wird das reale Anforderungsprofil entsprechend dem späteren realen Anwendungsfall simuliert.
Als Kabelverbindung wird hierbei insbesondere eine Kabelverbindung bei Wagenübergangssystemen, beispielsweise bei Schienenfahrzeugen, herangezogen. Bei derartigen Wagenübergangssystemen werden zwei Wagen eines Zuges über die Kabelverbindung miteinander verbunden. Die Kabelverbindung umfasst hierbei üblicherweise eine Mehrzahl von einzelnen Leitungen, die lose nebeneinander geführt werden. An jedem der beiden Wagen sind sie in der Regel über geeignet ausgebildete Steckverbindungen befestigt. Typischerweise werden derartige Kabelverbindungen in der Mitte zwischen zwei Wagen noch einmal gehalten, so dass die einzelnen Kabel mit Durchhang oder wellenförmig geführt sind und auch translatorische Ausgleichbewegungen erlaubt sind. Dieser reale Einbauzustand wird im Prüfstand bevorzugt nachgebildet, in dem die Anschlussteile die beiden Wagen simulieren, an denen die Kabelverbindung über Steckverbindungen angeschlossen sind. Die Anschlussteile sind daher bevorzugt entsprechend der realen Einbausituation belegt.
Zweckdienlicherweise werden zur Simulation von realen Bewegungsabläufen translatorische und rotatorische Bewegungen überlagert. So treten bei Schienenfahrzeugen üblicherweise auch rotatorische Belastungen auf, da die miteinander verbundenen Wagen beispielsweise bei Kurvenfahrten, bei denen die Gleise geneigt verlaufen, sich gegeneinander etwas verdrehen, wobei hier eine Rotation um die Längsrichtung stattfindet.
Zur Simulation der translatorischen Bewegungsabläufe werden zweckdienlicherweise zwei Translationsbewegungen in zwei Raumrichtungen überlagert. Dies sind insbesondere die Raumrichtungen senkrecht zur Längsausrichtung der Kabelverbindung, bei einem Zug also senkrecht zu der Zugrichtung. Vorzugsweise wird ergänzend darüber hinaus auch ein dritter translatorischer Bewegungsablauf in Z-Richtung, also in Längsrichtung der Kabelverbindung, ausgeführt.
Zur Simulation der realen Bedingungen sind die beiden Anschlussteile über ein Verbindungselement, das bevorzugt nach Art einer Verbindungsstange ausgebildet ist, miteinander verbunden. Zur Ermöglichung der überlagerten Bewegungsabläufe ist das Verbindungselement zweckdienlicherweise an den beiden Anschlussteilen gelenkig angeschlossen. Insbesondere sind hierbei Gelenkverbindungen nach Art eines Kugelgelenkes oder auch eines Kardangelenks vorgesehen, die Drehbewegungen erlauben. Um die Simulation eines Bewegungsablaufs in Z-Richtung zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass das Verbindungselement in Z-Richtung verschieblich ausgebildet oder gelagert ist. Insbesondere ist das Verbindungselement hierbei nach Art eines Teleskoprohres ausgebildet.
Als Manipulator, mit dem die überlagerten Bewegungsabläufe ausgeführt werden, wird vorzugsweise ein insbesondere sechsachsiger Industrieroboter eingesetzt. Derartige mehrachsige Roboter sind problemlos in der Lage, komplexe überlagerte Bewegungsabläufe auszuführen. Ein weiterer besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Bewegungsablauf frei vorgebbar ist, so dass also beliebige Bewegungsabläufe simuliert werden können.
Im Hinblick auf einen möglichst einfachen Aufbau des Prüfstandes ist gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung vorgesehen, dass nur eines der beiden Anschlussteile bewegt wird, während das andere Anschlussteil also festgehalten ist.
Um hier eine Simulation von realen Bewegungsabläufen zu gewährleisten, bei denen üblicherweise beide Enden der Kabelverbindung bewegt wenden, werden in einer bevorzugten Weiterbildung beidendseitige Bewegungsabläufe, also die zu erwartenden realen Bewegungsabläufe, in eine einseitige Simulationsbewegung umgerechnet. Da es für die Beurteilung der Dauerbelastung lediglich auf die Relativbewegung der beiden Enden der Kabelverbindung ankommt, ist die einseitige Bewegung ausreichend. Durch die Umrechnung der beidseitigen Bewegungsabläufe in eine einseitige Simulationsbewegung wird daher der reale Bewegungsablauf nachgebildet und kann auf einem möglichst einfachen und damit kostengünstigen Prüfstand simuliert werden.
Vorzugsweise werden vorgegebene, real zu erwartende Bewegungsabläufe simuliert. Diese vorgegebenen Bewegungsabläufe werden beispielsweise von Kunden, die die Kabelverbindung beziehen, entsprechend den realen Anforderungen vorgegeben. Durch die Simulation der realen Bewegungsabläufe, denen die Kabelverbindungen später tatsächlich ausgesetzt sind, ist eine möglichst realitätsnahe Simulation erreicht. Zweckdienlicherweise werden hierbei die Bewegungsabläufe eines realen Streckenprofils bei einem Schienenfahrzeug simuliert. Unter Streckenprofil wird hierbei der Verlauf der Strecke verstanden, auf der das Schienenfahrzeug eingesetzt wird, für das die Kabelverbindung vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann insbesondere auf spezifische Streckenverläufe speziell eingegangen werden, insbesondere können beispielsweise streckenspezifische Probleme und/oder Anforderungen bei der Simulation erkannt und behoben werden.
Zweckdienlicherweise ist vorgesehen, dass Zustandsdaten der Kabelverbindung während und/oder im Anschluss an die Prüfung ermittelt werden und dass aus diesen Zustandsdaten Prognosen für die Dauerfunktionsfähigkeit ermittelt werden. Hierzu ist zum einen beispielsweise vorgesehen, dass unmittelbar an der Kabelverbindung Sensoren angebracht sind, die während der Prüfung Zustandsdaten erfassen. Die Funktionsfähigkeit der Kabelverbindung im Hinblick auf ihre elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder sonstigen Eigenschaften wird also überprüft. Ergänzend oder alternativ erfolgt am Ende der Prüfung oder auch in regelmäßigen Zeitabständen während der Prüfung beispielsweise eine Sichtprüfung auf Beschädigungen. Anhand der so ermittelten Daten wird dann mit Hilfe eines Rechenverfahrens eine Prognose für die Dauerfunktionsfähigkeit, also für die Lebenszeit, beim realen Einsatz abgeleitet. Hierbei werden insbesondere auch der reale Bewegungsablauf, beispielsweise das Streckenprofil, berücksichtigt, für das die Kabelverbindung vorgesehen ist. Berücksichtigt wird daher insbesondere auch die erwartete Häufigkeit der Bewegungen im realen Einsatz. Insbesondere ist mit diesem Verfahren und mit dem Prüfstand in einfacher Weise eine so genannte Lebensdaueruntersuchung für die Wagenübergangssysteme von Schienenfahrzeugen mit simulierten Streckenprofilen ermöglicht. Dies ist von besonderem Vorteil für Qualitäts- und Haltbarkeitsanforderungen, die von Seiten des Kunden an den Hersteller gestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert. Die Figur zeigt einen Prüfstand zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung für einen Wagenübergang bei einem Schienenfahrzeug.
Eine für den Einsatz insbesondere bei Schienenfahrzeugen vorgesehene Kabelverbindung 2 wird auf dem in der Figur dargestellten Prüfstand 4 getestet. Hierzu wird die hier mehrere Einzelkabel 6 umfassende Kabelverbindung 2 mit ihren beiden Endseiten jeweils an ein einem Originalanbauteil entsprechendem Anschlussteil 8A, B angeschlossen. Die Anschlüsse, beispielsweise Kupplungen, Steckverbinder, etc., mit denen die Kabelverbindung an den Anschlussteilen 8A, B befestigt sind, entsprechen den im späteren Normalbetrieb original eingesetzten Teilen, so dass die Praxis hierdurch simuliert wird. Auch entspricht der Abstand der beiden Anschlussteile zueinander, die Aufhängung der Kabelverbindung in der Mitte etc., möglichst den Praxiszuständen im späteren Einsatz.
Das im Bild dargestellte rechte Anschlussteil 8A ist fest auf einem Träger 10 montiert. Das auf der linken Bildhälfte dargestellte zweite Anschlussteil 8B ist gegenüber dem ersten Anschlussteil 8A relativ beweglich an einem Manipulator befestigt, der hier als ein mehrachsiger, insbesondere sechsachsiger Industrieroboter 12 ausgeführt ist. Die beiden Anschlussteile 8A, B sind darüber hinaus über eine Verbindungsstange 14, die gelenkig in den Anschlussteilen 8A, B gelagert ist, miteinander verbunden. In der Mitte dieser Verbindungsstange 14 ist eine Halteeinrichtung 16 vorgesehen, in der die einzelnen Kabel 6 der Kabelverbindung 2 gehalten sind.
Mit Hilfe des mehrachsigen Industrieroboters 12 werden im Laufe des Prüfverfahrens die in der Praxis auftretenden Bewegungsabläufe simuliert. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass mit Hilfe des mehrachsigen Roboters 12 mehrere Bewegungsabläufe übereinander gelagert simuliert werden können. Es ist daher für die Simulation der tatsächlichen Vorgänge lediglich ein einziger Manipulator und ein einziger Prüfstand 4 erforderlich. Insgesamt ist daher der Zeitaufwand für die Simulation sowie der Kostenaufwand gering gehalten. Insbesondere werden translatorische und rotatorische Bewegungsabläufe übereinander gelagert. Dabei werden vorzugsweise zumindest zwei translatorische Bewegungen übereinander gelagert. Dies ist die Bewegung in der X/Y-Ebene, also senkrecht zu der Abstandslinie zwischen den zwei Anschlussteilen 8A, B. Bei Bedarf besteht prinzipiell auch die Möglichkeit, eine Bewegung in der dritten translatorischen Bewegungsrichtung (Z-Richtung) zu simulieren, d. h. den Abstand zwischen den beiden Anschlussteilen 8A, B zu variieren. Zusätzlich werden auch Drehbewegungen mit Hilfe des Industrieroboters bedarfsweise ausgeführt, um ein Verdrehen, beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Neigungen der Fahrstrecke, nachzubilden. Es werden daher insgesamt mit Hilfe des mehrachsigen Industrieroboters insbesondere dreidimensionale Bewegungsabläufe nachgebildet. Für die Prüfung der Dauerfunktionsfähigkeit, um den Lebensdauernachweis bei Wagenübergängen an den Schienenfahrzeugen führen zu können, werden insbesondere bekannte Streckenprofile in Bewegungskoordinaten für die Ansteuerung des Industrieroboters umgesetzt.
Bezugszeichenliste

2: Kabelverbindung
4: Prüfstand
6: Einzelkabel
8A, B: Anschlussteile
10: Träger
12: Industrieroboter
14: Verbindungsstange
16: Halteeinrichtung

Claims

Verfahren zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung (2) für Wagenübergänge, die mehrere lose nebeneinander geführte Einzelkabel (6) aufweist und die zwei relativ zueinander bewegliche Maschinenteile miteinander verbindet, bei dem auf einem Prüfstand (4) die zu überprüfende Kabelverbindung (2) mit ihren Endseiten jeweils an einem Anschlussteil (8A, B) angeschlossen ist, wobei die Einzelkabel (6) an den Anschlussteilen (8A, 8B) entsprechend der realen Einbausituation über Anschlüsse angeschlossen sind und die beiden Anschlussteile (8A, B) zur Simulation der Dauerbelastung und Bewegung im normalen Betrieb mit Hilfe eines Manipulators (12) relativ zueinander mit überlagerten Bewegungsabläufen bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem translatorische und rotatorische Bewegungen überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest zwei translatorische Bewegungsabläufe in den zwei Raumrichtungen überlagert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Anschlussteile (8A, B) über ein Verbindungselement (14) miteinander verbunden sind, das an den beiden Anschlussteilen (8A, B) gelenkig angeschlossen ist und das mittig eine Haltevorrichtug (16) trägt, in der die Einzelkabel (6) gehalten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Manipulator ein Industrieroboter (12) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nur eines der beiden Anschlussteile (8B) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beidendseitige Bewegungsabläufe in eine einseitige Simulationsbewegung umgerechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vorgegebene Bewegungsabläufe simuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Bewegungsabläufe der Kabelverbindung (2) eines realen Streckenprofils simuliert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Zustandsdaten der Kabelverbindung (2) während und/oder im Anschluss an die Prüfung ermittelt werden und aus den Zustandsdaten Prognosen für die Dauerfunktionsfähigkeit ermittelt werden.
Prüfstand (4) zum Prüfen der Dauerfunktionsfähigkeit einer Kabelverbindung (2) für Wagenübergänge, die mehrere lose nebeneinander geführte Einzelkabel (6) aufweist und die zwei relativ zueinander bewegliche Maschinenteile miteinander verbindet, bei dem die zu überprüfende Kabelverbindung (2) mit ihren Endseiten jeweils an einem Anschlussteil (8A, B) angeschlossen sind, wobei die Einzelkabel (6) an den Anschlussteilen (8A, 8B) entsprechend der realen Einbausituation über Anschlüsse angeschlossen sind und die beiden Anschlussteile (8A, B) zur Simulation der Dauerbelastung und Bewegung im normalen Betrieb mit Hilfe eines Manipulators (12) relativ zueinander mit überlagerten Bewegungsabläufen bewegbar sind.