DE102009044245A1

DE102009044245A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern eines Kabels

Info

Publication number: DE102009044245A1
Application number: DE200910044245
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Sostmann; Wolfram Dr. Herrmann; Burkhard Gerberding; Rainer Lange
Original assignee: ContiTech Schlauch GmbH
Current assignee: ContiTech Schlauch GmbH
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2011-05-05
Also published as: WO2011045170A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zur Erfassung von Isolationsfehlern (11) eines Kabels als Prüfkörper (10), wobei das Kabel einen Litzenleiter (2) als Seele und eine Ummantelung (3) aus einem isolierenden Werkstoff umfasst, gekennzeichnet durch wenigstens folgende Vorrichtungsteile: - einen Gasbehälter (5) mit Ventil (7), der ein inertes Prüfgas (6) enthält; - eine Leitung (8), wobei ein Leitungsanschluss (9) den Gasbehälter (5) mit einem Ende des Prüfkörpers (10) verbindet, wobei nach Öffnung des Ventils (7) ein Gasstrom entlang des Litzenleiters (2) innerhalb der isolierenden Ummantelung (3) erzeugt wird; - einen Detektor (12), der entlang des Prüfkörpers (10) hin und her bewegbar ist und dabei berührungslos unter Entweichung des Prüfgases (6) Isolationsfehler (11) der Ummantelung (3) erfasst; - sowie eine Messstation (13), die mit dem Detektor (12) kommuniziert und dabei die Messdaten auswertet. Ferner wird ein Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern eines Kabels als Prüfkörper, wobei das Kabel einen Litzenleiter als Seele und eine Ummantelung aus einem isolierenden Werkstoff umfasst.
In modernen Fahrzeug-Abgassystemen wird über eine Schlauchleitung eine Harnstofflösung dem Abgassystem zugeführt. Das in der Harnstofflösung befindliche Ammoniak reagiert mit den Stickoxiden im Abgasstrang und wandelt diese in einer katalytischen Reaktion zu Stickstoff und Wasser um (SCR-Technologie).
Bei allen Vorteilen, die die SCR-Technologie bringt, gibt es jedoch bisher einen entscheidenden Nachteil. Da Harnstoff bereits bei einer Temperatur von etwa –11°C gefriert, gefährden längere Standzeiten und Kälteperioden im Winter die Leistungsfähigkeit des Systems. Aus diesem Grund wurde ein Schlauchleitungsmodul mit integrierten Heizdrähten im Elastomerverbundkörper entwickelt, an die sich eine elektrische Spannung legen lässt. Diesbezüglich wird insbesondere auf folgenden Stand der Technik verwiesen:
DE 197 54 163 A1
DE 199 15 228 A1
EP 1 329 660 B1
US 4 553 023
Ein entscheidendes Kriterium für die Haltbarkeit des Produktes ist der Schutz des Heizleiters durch eine Isolierungs-Ummantelung. Diese verhindert, dass Feuchtigkeit an den Heizleiter gelangen kann und diesen schließlich durch Korrosion zerstört. In der Praxis hat sich dabei gezeigt, dass bereits kleinste Beschädigungen der Ummantelung des Heizleiters eine Schwachstelle im Produkt darstellen können. Um diese Isolationsfehler ausschließen zu können, werden die Heizleiter vor dem Einbau ins Produkt mit Hilfe eines Spark-Testers untersucht. Dabei werden mit hohen Spannungen Durchschläge zum Metall-Leiter aufgezeichnet, die nur an der Stelle von Isolationsfehlern auftreten können. Nachteil dieser Methode ist, dass sie nicht sicher alle Fehlstellen, besonders die sehr kleinen, detektieren kann. Hinsichtlich des Spark-Testes zum Erfassen von Isolationsfehlern wird insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen:
EP 0 539 900 B1
DE 10 2005 042 423 B4
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Erfassung von selbst kleinsten Isolationsfehlern eines Kabels bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch wenigstens folgende Vorrichtungsteile:

– einen Gasbehälter mit Ventil, der ein inertes Prüfgas enthält;
– eine Leitung, wobei ein Leitungsanschluss den Gasbehälter mit einem Ende des Prüfkörpers verbindet, wobei nach Öffnung des Ventils ein Gastrom entlang des Litzenleiters innerhalb der isolierenden Ummantelung erzeugt wird;
– einen Detektor, der entlang des Prüfkörpers hin- und her bewegbar ist und dabei berührungslos unter Entweichung des Prüfgases Isolationsfehler der Ummantelung erfasst; sowie
– eine Messstation, die mit dem Detektor kommuniziert und dabei die Messdaten auswertet.

Als inerte Gase können alle Gase eingesetzt werden, die mit dem Litzenleiter, der zumeist aus Metall besteht, nicht reagieren. Nicht geeignet ist also beispielsweise Sauerstoff, und zwar wegen der Oxidbildung. Inerte Gase sind Stickstoff und insbesondere Edelgase, wobei hier wiederum insbesondere Helium zu nennen ist. Versuche hatten dabei gezeigt, dass selbst bei kleinsten Mengen eines Heliumstroms der Nachweis kleinster Beschädigungen (Nadelstiche, Einschnitte) einfach und bei sehr hoher Empfindlichkeit realisierbar ist.
Es können alle gängigen Detektoren eingesetzt werden, wobei der Detektor insbesondere auf der Basis der Gaschromatographie arbeitet.
Das Prüfkonzept kann für alle Kabel mit einem Litzenleiter als Seele und einer Isolations-Ummantelung umgesetzt werden, und zwar unabhängig vom Einsatzzweck. Der Prüfkörper ist insbesondere ein Heizleiter, der zur Herstellung beheizbarer Artikel, insbesondere beheizbarer Schläuche, insbesondere wiederum zur Herstellung eines Chemikalienschlauches oder eines Druckschlauches für Kraftfahrzeuge, eingesetzt wird. Der Heizleiter ist dabei in einem elastischen Grundkörper auf der Basis von Elastomeren oder Thermoplastischen Elastomeren (TPE) eingebettet. Von besonderer Bedeutung sind dabei vulkanisierte Kautschukmischungen. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erfassung von selbst kleinsten Isolationsfehlern eines Kabels bereitzustellen, und zwar unter gleichzeitiger Erfüllung wirtschaftlicher Aspekte.
Gelöst wird diese Aufgabe durch wenigstens folgende Verfahrensschritte:

– der Prufkörper wird an einem Ende mittels eines Leitungsanschlusses einer Leitung mit einem Gasbehälter verbunden, der ein inertes Prüfgas enthält;
– nach Öffnung des Ventils des Gasbehälters wird ein Gasstrom entlang des Litzenleiters innerhalb der isolierenden Ummantelung erzeugt;
– ein Detektor, der entlang des Prüfkörpers hin- und her bewegbar ist, erfasst berührungslos unter Entweichung des Prüfgases Isolationsfehler der Ummantelung;
– schließlich werden mittels einer Messstation, die mit dem Detektor kommuniziert, die Messdaten ausgewertet.

Hinsichtlich der weiteren vorteilhaften Gestaltungsmöglichkeiten wird auf das verwiesen, was bereits in Verbindung mit der Vorrichtung abgehandelt wurde.
Diese neue Methode stellt ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Erfassen von Isolationsfehlern in Kabeln dar, das in dieser einfachen Durchführung und Genauigkeit der Aussage der gängigen Verfahrenstechniken, beispielsweise Spark-Tester, überlegen ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 den Querschnitt eines Kabels, umfassend einen Litzenleiter als Seele und eine Ummantelung;
2 eine Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsfehlern eines Kabels gemäß 1.
Nach 1 umfasst das Kabel 1, insbesondere ein Heizkabel, einen Litzenleiter 2, insbesondere wiederum einen Heizleiter. Der Litzenleiter aus Metall bildet dabei den Kern des Kabels und ist von einer Ummantelung 3 aus einem isolierenden Werkstoff gebildet. Die Metall-Litzen (Adern) sorgen dafür, dass Lufträume entlang der Leiterlitzen entstehen.
Wichtig ist, dass die Ummantelung gasdicht ist. Der Werkstoff für die Ummantelung ist insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff. Zu nennen sind hier beispielsweise Werkstoffe auf der Basis eines Polyphenylens oder eines Polyphenylenderivates, die als Hochleistungskunststoffe zwischenzeitlich eine große Bedeutung erlangt haben. Die wesentlichen diesbezüglichen Typen sind:
Polyphenylene
Polyphenylenacetylene
Polyphenylenbenzoxazole
Polyphenylenbenzthiazole
Polyphenylenchinoxaline
Polyphenylenether
Polyphenylenoxide (PPO)
Polyphenylensulfide (PPS)
Polyphenylensulfone
Polyphenylenvinylene
Hinsichtlich chemischer Details der Polyphenylene und deren Derivate wird auf Römpps Chemie-Lexikon, Band 5, 8. Auflage, 1987, verwiesen.
Der polymere Werkstoff der Ummantelung ist insbesondere ein Polyphenylen, ein PPO, ein PPS oder ein Polyphenylenether. Von besonderer Beutung wiederum ist ein PPS.
Nach 2 umfasst die Vorrichtung 4 einen Gasbehälter 5 mit Ventil 7, der ein inertes Prüfgas 6, insbesondere Helium, enthält. An das Ventil 7 ist eine Leitung 8 angeschlossen, die wiederum einen Leitungsanschluss 9 aufweist, der die Verbindung mit einem Ende des Prüfkörpers 10 herstellt. Der Prüfkörper 10 hat den Kabelaufbau gemäß 1. Nach Öffnung des Ventils 7 des Gasbehälters 6 wird ein Gasstrom (in Pfeilrichtung) entlang des Litzenleiters 2 innerhalb der isolierenden Ummantelung 3 geführt. Ein Detektor 12, der entlang des Prüfkörpers 10 hin- und her bewegbar ist, erfasst berührungslos Isolationsfehler 11 der Ummantelung 3, und zwar unter Entweichung des Prüfgases 6. Der Detektor 12 arbeitet dabei insbesondere auf der Basis der Gaschromatographie. Eine Messstation 13, die mit dem Detektor 12 kommuniziert, wertet schließlich die Messdaten aus.
Bezugszeichenliste

1: Kabel
2: Litzenleiter als Seele
3: Ummantelung des Litzenleiters
4: Vorrichtung
5: Gasbehälter
6: Prüfgas
7: Ventile
8: Leitung
9: Leitungsanschluss an das Kabelende
10: Kabel als Prüfkörper
11: Isolationsfehler
12: Detektor
13: Messstation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19754163 A1 [0003]
DE 19915228 A1 [0003]
EP 1329660 B1 [0003]
US 4553023 [0003]
EP 0539900 B1 [0004]
DE 102005042423 B4 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Römpps Chemie-Lexikon, Band 5, 8. Auflage, 1987 [0019]

Claims

Vorrichtung (4) zur Erfassung von Isolationsfehlern (11) eines Kabels (1) als Prüfkörper (10), wobei das Kabel einen Litzenleiter (2) als Seele und eine Ummantelung (3) aus einem isolierenden Werkstoff umfasst, gekennzeichnet durch wenigstens folgende Vorrichtungsteile: – einen Gasbehälter (5) mit Ventil (7), der ein inertes Prüfgas (6) enthält; – eine Leitung (8), wobei ein Leitungsanschluss (9) den Gasbehälter (5) mit einem Ende des Prüfkörpers (10) verbindet, wobei nach Öffnung des Ventils (7) ein Gasstrom entlang des Litzenleiters (2) innerhalb der isolierenden Ummantelung (3) erzeugt wird; – einen Detektor (12), der entlang des Prüfkörpers (10) hin- und her bewegbar ist und dabei berührungslos unter Entweichung des Prüfgases (6) Isolationsfehler (11) der Ummantelung (3) erfasst; sowie – eine Messstation (13), die mit dem Detektor (12) kommuniziert und dabei die Messdaten auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgas (6) ein Edelgas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgas (6) Helium ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Litzenleiter (2) des Prüfkörpers (10) ein Heizleiter ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (12) auf der Basis der Gaschromatographie arbeitet.
Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern (11) eines Kabels (1) als Prüfkörper (10), wobei das Kabel einen Litzenleiter (2) als Seele und eine Ummantelung (3) aus einem isolierenden Werkstoff umfasst, gekennzeichnet durch wenigstens folgende Verfahrensschritte: – der Prüfkörper (10) wird an einem Ende mittels eines Leitungsanschlusses (9) einer Leitung (8) mit einem Gasbehälter (5) verbunden, der ein inertes Prüfgas (6) enthält; – nach Öffnung des Ventils (7) des Gasbehälters (6) wird ein Gasstrom entlang des Litzenleiters (2) innerhalb der isolierenden Ummantelung (3) erzeugt; – ein Detektor (12), der entlang des Prüfkörpers (10) hin- und her bewegbar ist, erfasst berührungslos unter Entweichung des Prüfgases (6) Isolationsfehler (11) der Ummantelung (3); – schließlich werden mittels einer Messstation (13), die mit dem Detektor (12) kommuniziert, die Messdaten ausgewertet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfgas (6) ein Edelgas eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfgas (6) Helium eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüfkörper (10) untersucht wird, bei dem der Litzenleiter (2) ein Heizleiter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektor (12) eingesetzt wird, der auf der Basis der Gaschromatographie arbeitet.