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Vorrichtung zum Prüfen der Isolierung elektrischer Leiter auf Durchschlagsfestigkeit
Bei
der Herstellung isolierter Leiter und Kabel wird die Durchschlagsfestigkeit der
Isolierhülle nach außen häufig mittels sogenannter Hochspannungs - Trockenprüfanlagen
kontrolliert. Hierbei werden die zu prüfenden Leiter, zweckmäßig mit geerdeter Leitungsader,
durch sich allseitig eng anschmiegende, unter der gewählten Prüfspannung von mehreren
Kilovolt stehende Elektroden gezogen und die beim Auftreten von Isolationsfehlern
erfolgenden Isolationsdurchschläge selbsttätig angezeigt und gegebenenfalls auch
gezählt.
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Die bisher bekannten Geräte dieser Art weisen, insbesondere hinsichtlich
der Gestaltung der hierbei zur Verwendung gelangenden Elektroden, verschiedene Nachteile
auf. So ist bereits eine Einrichtung zur Feststellung von Isolationsfehlern an isolierten
Leitern bekannt, bei der ein Behälter mit kleinen Kugeln, ein sogenanntes Kugelbad,
durch das der zu prüfende Leiter hindurchgezogen wird, als Elektrode dient. Da die
Kugeln nur punktförmig auf dem L,eiter aufliegen, ergibt sich keine sichere Prüfung.
Außerdem ist die Durchzugsgeschwindigkeit begrenzt, da sonst ein Springen der Kugeln
und damit eine weitere Verringerung der Berührung verursacht würde. Schließlich
sind diese Kugelbad-Elektroden zur Prüfung von Leitern mit kleinen Durchmessern
kaum noch geeignet.
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Bei den weiterhin bereits bekannten Quecksilber-und Wasserbad-Elektroden
ist zwar eine sichere allseitige Berührung gewährleistet, jedoch werden bei den
heute geforderten großen Durchzugsgeschwindigkeiten zu große Mengen Quecksilber
bzw.
noch größere Mengen Wasser von dem Leiter mitgerissen. Im übrigen
müßte sich bei derartigen Prüfungen mit nasser Elektrode an den eigentlichen Prüfvorgang
jeweils ein ebenso zeitraubender wie kostenverursachender Trocknungs- und sogar
gegebenenfalls noch Reinigungsvorgang anschließen, da der Fertigdraht nach Verlassen
der Prüfvorrichtung sogleich verkaufs fertig aufgerollt werden soll. Außerdem sind
die bei Verwendung von Quecksilberbad-Elektroden bei einem Durchschlag entstehenden
Ouecksilberdämpfe gesundheitsschädlich.
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Bei der Verwendung von rohrförmigen Elektroden liegt die Hauptschwierigkeit
darin, daß es nur unter größten Schwierigkeiten und einem entsprechenden Aufwand
an Zeit und Geld möglich ist, den Prüfling stets mittig zu halten, was eine unerläßliche
Voraussetzung derartiger Prüfverfahren ist. da sich anderenfalls bei jeder Abweichung
aus der mittigen Lage die Feldstärke ändern würde und ein exaktes Meßergebnis nicht
zu erhalten wäre.
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Einige der bekannten Vorrichtungen weisen auch noch den Nachteil
auf, daß der zu prüfende Leiter in Längsrichtung eingezogen werden muß. Es ist allerdings
ein Gerät zum Prüfen der Durchschlagsfestigkeit von isolierten Leitern bekannt,
in das der Leiter von oben her eingelegt werden kann. Dieses Gerät zeigt jedoch
als Elektrode einen aus parallelen Metallstäben gebildeten zylindrischen Korb, der
nach dem Einlegen des Leiters verdreht wird, so daß die Stäbe um den Leitern herum,
wie die Lamellen einer Irisblende, eine ringförmige kleine oeffnung bilden. Da diese
Stäbe nur auf einer ganz kurzen Prüflänge den Leiter berühren, kann eine annähernd
zuverlässige Prüfung nur mit hohen Prüfspannungen erzielt werden. Bei derart hohen
Prüfspannungen wird aber erfahrungsgemäß die Isolation des Leiters bei einem Durchschlag
in größerem Ausmaß zerstört, als dies bei niedrigen Spannungen der Fall ist.
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Die eben angeführten Nachteile werden bei der Vorrichtung zum Prüfen
der Isolierung elektrischer Leiter und Kabel auf Durchschlagsfestigkeit nach außen,
bei der der Leiter, zweckmäßig mit geerdeter Leitungsader, durch eine sich allseitig
eng anschmiegende, unter der Prüfspannung stehende Elektrode gezogen ist und Isolationsdurchschläge
an Fehlstellen sich selbsttätig anzeigen, dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß
die Elektrode aus mehreren in ihrer Gesamtheit den zu prüfenden Leiter auf einer
gewissen Länge vollständig umhüllenden, an sich bekannten Metalldrahtbürsten besteht.
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Dabei ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung von Metalldrahtbürsten
als Spannungszuführungen an sich bereits bekannt ist. Es ist nämlich seit langem
eine Einrichtung zur Prüfung von Gegenständen auf ihre Durchschlagsfestigkeit bekannt,
welche einen geerdeten Träger für eine Reihe nacheinander zu prüfender Gegenstände,
deren jedem ein Kontaktstück zugeordnet ist, und mit der Hochspannung verbundene
Bürsten enthält, wobei der Träger und die Bürsten derart gegeneinander verschiebbar
sind, daß jedem Kontaktstück und Gegenstand zweckmäßig in stufenweiser Zu- und Abnahme
die Prüfhochspannung zugeführt wird. Bei dieser Einrichtung gleiten die Bürsten
überhaupt nicht an dem zu prüfenden Gegenstand selbst vorbei, sondern nur an dem
zugeordneten Kontaktstück, und sie leiten somit dem zu prüfenden Gegenstand als
Ganzem die Prüfspannung zu. Insbesondere gestatten sie ebensowenig eine örtlich
lokalisierte Zuführung der Prüfspannung wie eine allseitig gleichmäßige Kontaktgebung
am zu prüfenden Gegenstand. Eine Ermittlung von Fehlerstellen an der Isolation von
elektrischen Leitern und Kabeln, wie diese mit der Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung
in so vollkommener Weise durchzuführen ist, ist mit der bekannten Einrichtung überhaupt
nicht möglich.
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Schließlich sei noch erwähnt, daß ein Verfahren zur Prüfung der Durchschlagsfestigkeit
isolierter elektrischer Drähte oder Leitungen bekannt ist, bei dem der Draht fortlaufend
hintereinander durch zwei oder mehr Elektroden hindurchgeführt wird, an denen verschiedene
konstante, in Durchzugsrichtung des Drahtes bzw. der Leitung stufenweise gesteigerte
Spannungen liegen. Die letzte Elektrode erhält dabei die volle für die jeweilig
zu untersuchende Leitung vorgeschriebene Prüfspannung, während an die davor angeordneten
Elektroden geeignete Teilspannungen gelegt werden. Diesem bekannten Verfahren liegt
das Problem zugrunde, Fehler in der Isolation nach ihrer mehr oder weniger starken
Ausprägung erfassen und aus der Zahl der Durchschläge, die von an den Elektroden
vorgesehenen Zählern bei verschiedenen Prüfspannungen ablesbar sind, auf die Güte
der Isolation schließen zu können. Die in der entsprechenden Vorrichtung verwendeten
Elektroden sollen z. B.
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Quecksilberelektroden oder Wasserbäder sein, durch die der Draht hindurchgezogen
wird, oder aber auch Metallzylinder oder -rohre, über bzw. durch die der Draht geführt
wird. Bei allen Vorzügen, die diese Vorrichtung haben mag, weisen die dazu benutzten
Elektroden nicht die Vorteile auf, die mit der Elektrode gemäß der Erfindung erzielt
werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Elektrode
aus drei in gleichen Winkelabständen um den zu prüfenden Leiter angeordneten Metalldrahtbürsten,
von denen eine seitlich abhebbar, beispielsweise am aufklappbaren Deckel des den
Prüf- und Geräteraum umgebenden Gehäuses angebracht ist.
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Die hiermit vorgeschlagene Bürsten-Elektrode hat sich trotz ihres
einfachen Aufbaus als vielseitig, z. B. für verschiedene Leitungsdurchmesser. verschiedene
Durchlaufgeschwindigkeiten usw., verwendbar erwiesen. Außerdem führt jede Fehlstelle
der Isolierhülle auch mit Sicherheit zu einem Isolationsdurchschlag, der übrigens
durch eine geeignete Schaltungsanordnung, etwa durch die Verwendung von Schutzkondensatoren,
Dämpfungswiderständen od. dgl., in bekannter Weise auf eine ungefährliche Stromstärke
begrenzt werden kann.
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Da in den Bürsten ein etwa entstehender Flammbogen sofort gelöscht
wird, ist auch ein zu starkes Ausbrennen der Fehlstelle in der zu prüfenden Leitung
ausgeschlossen.
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Um die festgestellten Fehlstellen auch auf der Isolierhülle der weiterlaufenden
Leitung durch ein deutliches Kennzeichen wiederauffindbar zu machen, ist in bekannter
Weise ein kurz nach dem Isolationsdurchschlag selbsttätig, etwa über ein Verzögerungsrelais,
auf die schadhafte Stelle der Isolierhülle einwirkendes Farbmarkierungsgerät vorgesehen.
Hierdurch wird z. B. bei dunkelfarbigen Isolierhüllen, bei denen die Einbrennstellen
des Isolationsdurchschlages schwer zu erkennen sind, ein einfaches Wiederauffinden
der Fehlstellen ermöglicht. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Leitungsdurchlauf
nicht bei jedem Isolationsdurchschlag unterbrochen wird, der letztere also nur durch
Aufleuchten einer Signallampe oder ein akustisches Signal angezeigt bzw. in einem
Zählwerk aufgenommen worden ist.
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Die beschriebene Prüfvorrichtung kann in Kabelwerken zur laufenden
Überwachung der Fertigung der Isolierhüllen angewendet werden, und zwar am besten
durch eine solche Anordnung von Elektrode und Fehleranzeigegeräten, daß die Isolierhülle
in bekannter Weise unmittelbar nach ihrer Herstellung und im gleichen Arbeitsgang
geprüft wird und die Fehleranzeige an den entsprechenden Herstellungsmaschinen erfolgt.
Auf diese Weise kann die Fertigung unmittelbar aus dem Prüfungsergebnis Nutzen ziehen,
wodurch das Auftreten größerer Ausschußmengen von vornherein ausgeschlossen wird.
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Natürlich kann die Prüfvorrichtung auch mit einem Schaltschütz zum
selbsttätigen Stillsetzen des Antriebs des Drahtaufwickelbocks versehen sein. Auch
ist mit der Prüfung der Durchschlagsfestigkeit der Isolierhülle in bekannter Weise
eine solche auf Drahtbruch zu vereinigen, indem an die Enden der zu prüfenden Leitungsader
eine zur Überwindung der Ohmschen Widerstände ausreichende Gleichstromspannung gelegt
wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. I eine Prüfvorrichtung im Betriebszustand
in Vorderansicht, Fig. 2 und 3 dieselbe Vorrichtung mit geschlossenem bzw. geöffnetem
Deckel in senkrechten Querschnitten nach den Linien A-B bzw. C-D der Fig. I.
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Der zu prüfende isolierte Leiter a wird mittels einer (nicht dargestellten)
Antriebsvorrichtung von der Kabeltrommel des Abwickelbocks b1 auf die des Aufwickelbocks
b2 übergespult. Dabei durchläuft er das Gehäuse c der Prüfvorrichtung, in dessen
oberem, mittels des aufklappbaren Deckels d verschließbarem Teil die Prüfelektrode
e untergebracht ist. Die letztere besteht aus drei in gleichen Winkelabständen von
je I200 um den zu prüfenden Leiter angeordneten Bronzebürsten fl, 2' f,, deren Drahtborsten
den Leiter auf einer gewissen Länge allseitig umhüllen.
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An den Enden der Elektrode befinden sich Führungsstücke gl, g2, deren
mittige Bohrungen durch Schlitze hl, h2, von oben zugänglich sind. In Verbindung
mit der Abhebbarkeit der am Deckel d angebrachten oberen Bronzebürste ist damit
ein Einlegen oder Herausnehmen des Leiters a bei jeder Betriebsunterbrechung möglich.
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Die Elektrode e wird zum Betrieb mit dem isolierten, die Ader des
zu prüfenden Leiters a mit dem geerdeten Pol eines Hochspannungstransformators verbunden.
Die Schaltung sowie die im Gehäuse c unterhalb der Elektrode untergebrachten Schalt-
und Meßgeräte, ebenso die Einrichtungen zur Fehlstellen-Anzeige und -Registrierung,
sind an sich bekannt und daher in der Zeichnung nicht dargestellt.
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PATENTANSPRtLCHE: I. Vorrichtung zum Prüfen der Isolierung elektrischer
Leiter und Kabel auf Durchschlagsfestigkeit nach außen, bei der der Leiter, zweckmäßig
mit geerdeter Leitungsader, durch eine sich allseitig eng anschmiegende, unter der
Prüfspannung stehende Elektrode gezogen ist und Isolationsdurchschläge an Fehlstellen
sich selbsttätig anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus mehreren
in ihrer Gesamtheit den zu prüfenden Leiter auf einer gewissen Länge vollständig
umhüllenden, an sich bekannten Metalldrahtbürsten besteht.