WO2020114701A1 - Prüfvorrichtung zum erfassen eines isolationswiderstands einer hochvoltleitung sowie verfahren - Google Patents

Prüfvorrichtung zum erfassen eines isolationswiderstands einer hochvoltleitung sowie verfahren Download PDF

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voltage
shells
test device
insulation
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Thomas Kronenberger
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters

Definitions

  • Test device for detecting an insulation resistance of a high-voltage line
  • the invention relates to a test device for detecting an insulation resistance of an unshielded high-voltage line provided for connecting high-voltage components of a motor vehicle with at least one electrical inner conductor and an insulation jacket surrounding the at least one inner conductor.
  • the invention also relates to a method for detecting an insulation resistance by means of the
  • High-voltage components can be, for example, a traction battery, power electronics and an electric drive machine.
  • the high-voltage lines usually have at least one electrical inner conductor, an insulation jacket surrounding the inner conductor and shielding.
  • the shield can, for example, comprise a foil and / or a braid made of an electrically conductive material, for example copper. Because of the cost and weight reduction of the electrically drivable motor vehicle, it is known to design the high-voltage lines unshielded, that is to say without the shielding.
  • Such a security measure is, for example
  • Insulation measurement in which an insulation resistance of the high-voltage line is detected and thus the functionality of the insulation jacket of the high-voltage line is checked.
  • a measuring voltage is applied to the test object, i.e. the
  • a leakage current flowing over the insulation jacket is defined as a current between the at least one Inner conductor and the shielding measured.
  • a course of the insulation resistance over the measuring voltages can be determined from the leakage current and different measuring voltages and it can be checked whether this course corresponds to a reference course for an intact insulation jacket. This measurement method is however with
  • Insulation measurement can be carried out safely and reliably even with unshielded high-voltage cables.
  • a test device is used to detect an insulation resistance of an unshielded high-voltage line provided for connecting high-voltage components of a motor vehicle.
  • the high-voltage line has at least one electrical inner conductor and an insulation jacket surrounding the at least one inner conductor.
  • the test device has a voltage source for providing a measurement voltage for the high-voltage line, a receiving device for receiving the high-voltage line and for connecting the high-voltage line to the voltage source, and one
  • the test device for detecting the insulation resistance based on the measurement of a leakage current through the insulation jacket.
  • the test device has two electrically conductive half-shells, which in the assembled state form a hollow cylindrical casing for the high-voltage line, and at least two probe heads electrically connected to the insulation tester.
  • a first probe can be electrically connected to the sheathing and a second probe can be electrically connected to the at least one inner conductor.
  • the insulation tester is designed to measure a current between the probes as the leakage current.
  • the invention also includes a method for testing a high-voltage line using a testing device according to the invention.
  • the probes are connected to the at least one electrical inner conductor and the sheathing and the measuring voltage is applied to the high-voltage line by connecting the receiving device to the voltage source. Then the current between the probes measured and the insulation resistance is determined from the current between the probes and the measurement voltage provided by the voltage source.
  • the high-voltage line can be checked for the functionality of its insulation jacket before installation in the motor vehicle.
  • the high-voltage line here consists in particular of the at least one inner conductor, for example one or more copper conductors, and the insulation jacket which surrounds or sheathes the at least one inner conductor.
  • a shield for example a
  • Insulation sheath surrounding copper braid is not provided.
  • the high-voltage line is therefore unshielded and therefore faces a shielded one
  • the test device has the voltage source, which as a
  • Constant voltage source is formed and provides a measuring voltage with different voltage values for application to the high-voltage line.
  • the measuring voltage corresponds in particular to an operating voltage of the high-voltage line, but is smaller than one to avoid damage to the insulation jacket
  • the measuring voltage can be, for example, values between 100 V and 250 V.
  • the test device has the receiving device for the high-voltage line. The receiving device serves on the one hand to hold the
  • the receiving device preferably comprises two adapters which can be electrically connected to the voltage source and of which a first adapter can be electrically connected to a first end of the at least one inner conductor of the high-voltage line and a second adapter can be electrically connected to a second end of the at least one inner conductor of the high-voltage line .
  • the high-voltage line can therefore be clamped between the adapters and electrically contacted by means of the adapters.
  • the distance between the adapters can be adapted to the length of the high-voltage line.
  • a controllable switch is provided between the receiving device and the voltage source, via which the receiving device and thus the high-voltage line can be connected to the voltage source and can be disconnected from the voltage source again.
  • a duration of the measurement can be set or predefined over a period of time of the closed state of the switch.
  • the switch can be controlled by the insulation tester. Since the high-voltage line does not have an electrically conductive shield, which a
  • the test device has the half-shells, by means of which this shielding can be simulated artificially for the period of the protection measure.
  • the half-shells can be applied to the high-voltage line from above and below, for example, and enclose the high-voltage line between them.
  • the half-shells can be flush, so that the hollow cylindrical or tubular casing is formed, the half-shells, for example, using suitable closures in the
  • the half-shells can be separate from one another in the non-assembled state. It may also be the case that the half-shells are hingedly connected via a hinge.
  • the half-shells are particularly preferably designed as copper sheets.
  • the half-shells can be formed by bending the copper sheets. A length of the half-shells and thus a length of the sheathing correspond in particular to a length of the high-voltage line.
  • High-voltage line has several inner conductors, each inner conductor can be checked against the reference potential.
  • the voltage source is first connected to the high-voltage line, for example by closing the switch, and a potential different from the ground potential is thus applied to the at least one inner conductor.
  • a leakage current flows between the at least one inner conductor and the sheathing due to the potential difference, which leakage current exceeds a certain threshold in the event of faulty insulation, for example due to a damaged insulation sheath.
  • This leakage current can be tapped by means of the probes or measuring tips, which are electrically connected to the inner conductor and the sheath.
  • the insulation tester can calculate and output the insulation resistance based on the measurement voltage and the measured current.
  • the current is recorded over a predetermined measurement period and an insulation resistance value is determined after this measurement period, for example after 60 seconds.
  • the measurement is then repeated for different measurement voltage values and an insulation resistance curve is output via the measurement voltages.
  • the insulation is evaluated, for example, as intact if resistance values of the insulation resistance profile lie above a predetermined limit.
  • the insulation resistance of an unshielded high-voltage cable can also be checked in a simple and reliable manner. By using the unshielded high-voltage cable, costs and weight can be saved in the motor vehicle and, at the same time, by using the test device
  • Half shells are reversibly variable in length, in particular telescopically extendable.
  • the length-adjustable or length-flexible half-shells allow the test device to be easily adapted to different high-voltage lines, and for each high-voltage line, the functionality of the insulation jacket can be checked over the entire length of the high-voltage line.
  • the test device has a guide system by means of which the half-shells are slidably mounted with respect to the receiving device and can be pushed together to arrange the half-shells on the high-voltage line, forming the sheathing.
  • the guide system is designed in particular to hold half-shells of different lengths and to slide them in relation to the receiving device.
  • the guide system is fixed in particular in the test device.
  • the half-shells can be arranged on the guide system. The half-shells can then by means of the guide system
  • Test device designed to be particularly flexible.
  • the guide system preferably has at least one for each half-shell
  • the guide system has two guide devices for each half-shell, the first one
  • Guide devices of the half shells are attached to the exception device in the area of the first adapter and second guide devices of the half shells are attached to the exception device in the area of the second adapter.
  • the slide rods are, for example, arranged standing and parallel to each other and guide the connecting bridge between them.
  • the connecting web can be connected to the slide rods, for example, via guide elements in the form of guide rings, so that the connection web can be pushed linearly, for example up and down, along the slide rods.
  • the half-shells are fastened to the connecting webs, the half-shells being able to be pushed towards one another by means of the connecting webs for closing the sheathing and being pushed away from one another to open the sheathing.
  • the test device has at least one filling element which can be arranged on the high-voltage line and which, in the event that a
  • the outside diameter of the high-voltage line is smaller than an inside diameter of the casing formed by the half-shells and a cavity is formed between the high-voltage line and the casing, for fixing the high-voltage line in the casing in the cavity.
  • the at least one filling element is designed as a bending ring formed from an elastic material.
  • the half-shells in particular have a predetermined size, by means of which the inner diameter of the casing is predetermined. In order to be able to fix a high-voltage line in the sheathing regardless of its outside diameter, the
  • the filling element in the form of the elastic bending ring can, for example, be a slotted rubber ring.
  • several rubber rings, for example three rubber rings can be arranged distributed over the length of the high-voltage line, by means of which the high-voltage line can be supported at three points and held in the sheathing.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of high-voltage lines, which by means of
  • Fig. 3 is a schematic representation of a casing for a
  • Fig. 4 is a representation of a course of the insulation resistance over the
  • Fig. 5 is a representation of profiles of the insulation resistance over the
  • Fig. 6 is a schematic representation of a guidance system of the
  • Fig. 7 is a cross-sectional view of a high-voltage line.
  • FIG. 1 shows a test device 1 for a high-voltage line 2, which is provided for the electrical connection of high-voltage components of an electrically drivable motor vehicle.
  • the high-voltage line 2 is, as based on the cross-sectional representation in Fig.
  • test device 1 is designed to check an insulation resistance of the insulation jacket 3.
  • the test device 1 has a
  • Voltage source 4 which is designed to provide a measurement voltage for the To provide high-voltage line 2.
  • the high-voltage line 2 is arranged in a receiving device 5 of the test device 1, which has two adapters 6 for making electrical contact with the high-voltage line 2.
  • the receiving device 5 can be connected to the voltage source 4 via a controllable switch S. When switch S is closed, the measurement voltage provided by voltage source 4 is applied to high-voltage line 2.
  • the test device 1 also has an insulation tester 7, which is designed to measure a leakage current through the insulation jacket 3 and to determine the insulation resistance of the insulation jacket 3 on the basis of the leakage current and the measurement voltage.
  • the test device 1 Since the high-voltage line 2 is unshielded and has no electrically conductive shield, which can serve as a reference potential and against which the inner conductor L1, L2 can be tested, the test device 1 has two half-shells HS1, HS2, which are formed from an electrically conductive material .
  • the half-shells HS1, HS2 can be designed as copper sheets.
  • the half-shell HS1 is designed, for example, as an upper half-shell, which is arranged from above on the high-voltage line 2 and can sheath an upper half of the high-voltage line 2 along its length.
  • the half-shell HS2 is designed, for example, as a lower half-shell, which is arranged on the high-voltage line 2 from below and can sheath a lower half of the high-voltage line 2 along its length.
  • the half-shells HS1, HS2 form, in the assembled state, as shown in FIG. 3, a hollow cylindrical or tubular casing 8. The lack of shielding of the high-voltage line 2 can be “simulated” by the sheathing 8.
  • Sheathing 8 can, for example, via the receiving device 5 with a
  • the test device 1 has at least two probes T 1, T2, T3.
  • a first probe T 1 is connected to the casing 8.
  • a second probe T2 is connected to the inner conductor L1.
  • a third probe T3 is additionally connected to the inner wire L2.
  • the probe heads T1, T2, T3 are connected to the insulation tester 7, which measures the current between the probe heads T1, T2, T3 and thus between the respective inner conductor L1, L2 and the sheath 8.
  • the insulation tester 7 can output a curve V1 of the insulation resistance R over the time t, as shown in the characteristic curve according to FIG. 4.
  • the curves V2, V3 are shown in FIG. 5. The curve V2, in which the insulation resistance R is approximately constant at different measuring voltages U 1, U2, U3 and one
  • the guide devices 9 each have two slide rods 11, 12, which are fixed in place on the receiving device 5. Between the two slide rods 11, 12 there is a connecting web 13, to which the half-shells HS1, HS2 are attached.
  • the connecting webs 13 are connected to the slide rods 11, 12 via guide elements 14, for example guide rings, and can thus be pushed up and down.
  • the connecting web 13, to which the upper half-shell HS1 is fastened is pushed downwards, and the connecting web 13, to which the lower half-shell HS2 is fastened, is pushed upwards.
  • the half shells HS1, HS2 are thereby pushed together and placed flush against each other.
  • the high-voltage line 2 is enclosed between the half-shells HS1, HS2.
  • one of the half-shells HS1, HS2, here the lower half-shell HS2 can have a receptacle 16 in which the other half-shell HS1, here the upper half-shell HS1, is received and held stationary on the lower half-shell HS2.
  • a filling element 15 can be arranged between the high-voltage line 2 and the casing 8, which holds the high-voltage line 2 in the casing 8.
  • the filling element 15 can for example be a slotted rubber ring.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung (1) und ein Verfahren zum Erfassen eines Isolationswiderstands (R) einer ungeschirmten Hochvoltleitung (2), wobei die Prüfvorrichtung (1) aufweist: - eine Spannungsquelle (4) zum Bereitstellen einer Messspannung (U) für die Hochvoltleitung (2), - eine Aufnahmeeinrichtung (5) zum Aufnehmen der Hochvoltleitung (2) und zum Verbinden der Hochvoltleitung (2) mit der Spannungsquelle (4), - einen Isolationstester (7) zum Erfassen des Isolationswiderstands (R) basierend auf der Messung eines Leckstroms über den Isolationsmantel (3), - zwei elektrisch leitfähige Halbschalen (HS1, HS2), welche im zusammengesetzten Zustand eine hohlzylinderförmige Ummantelung (8) für die Hochvoltleitung (2) ausbilden, und - zwei Tastköpfe (T1, T2, T3), welche mit der Ummantelung (8) und mit einem Innenleiter (L1, L2) der Hochvoltleitung (2) elektrisch verbindbar sind, wobei der Isolationstester (7) dazu ausgelegt ist, als den Leckstrom einen Strom zwischen den Tastköpfen (T1, T2, T3) zu messen.

Description

Prüfvorrichtung zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer Hochvoltleitung sowie
Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer ungeschirmten, zur Verbindung von Hochvoltkomponenten eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hochvoltleitung mit zumindest einem elektrischen Innenleiter und einen den zumindest einen Innenleiter umgebenden Isolationsmantel. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erfassen eines Isolationswiderstands mittels der
Prüfvorrichtung.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltleitungen, welche beispielsweise zur elektrischen Verbindung von Hochvoltkomponenten elektrisch antreibbarer
Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können. Solche Hochvoltkomponenten können beispielsweise eine Traktionsbatterie, eine Leistungselektronik und eine elektrische Antriebsmaschine sein. Die Hochvoltleitungen weisen üblicherweise zumindest einen elektrischen Innenleiter, einen den Innenleiter umgebenden Isolationsmantel sowie eine Schirmung auf. Die Schirmung kann beispielsweise eine Folie und/oder ein Geflecht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, umfassen. Aufgrund von Kosten- und Gewichtsreduktion des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ist es bekannt, die Hochvoltleitungen ungeschirmt, also ohne die Schirmung, auszubilden.
Bei Hochvoltleitungen sind Absicherungsmaßnahmen vor dem Verbau im Kraftfahrzeug notwendig, um bestimmten Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden und eine Gefährdung von Personen, beispielsweise Montagepersonal zum Montieren der
Hochvoltleitungen sowie Fahrzeuginsassen, durch defekte Hochvoltleitungen
auszuschließen. Eine solche Absicherungsmaßnahme ist beispielsweise eine
Isolationsmessung, bei welcher ein Isolationswiderstand der Hochvoltleitung erfasst wird und somit eine Funktionsfähigkeit des Isolationsmantels der Hochvoltleitung überprüft wird. Dabei wird üblicherweise eine Messspannung an den Prüfling, also die
Hochvoltleitung, angelegt. Dann wird über einen bestimmten Zeitraum ein über den Isolationsmantel fließender Leckstrom als ein Strom zwischen dem zumindest einen Innenleiter und der Schirmung gemessen. Aus dem Leckstrom und unterschiedlichen Messspannungen kann ein Verlauf des Isolationswiderstands über die Messspannungen bestimmt werden und überprüft werden, ob dieser Verlauf einem Referenzverlauf für einen intakten Isolationsmantel entspricht. Diese Messmethode ist jedoch bei
ungeschirmten Hochvoltleitungen aufgrund der fehlenden Schirmung nicht anwendbar.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine
Isolationsmessung auch bei ungeschirmten Hochvoltleitungen sicher und zuverlässig durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung dient zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer ungeschirmten, zur Verbindung von Hochvoltkomponenten eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hochvoltleitung. Die Hochvoltleitung weist zumindest einen elektrischen Innenleiter und einen den zumindest einen Innenleiter umgebenden Isolationsmantel auf. Die Prüfvorrichtung weist eine Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Messspannung für die Hochvoltleitung, eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen der Hochvoltleitung und zum Verbinden der Hochvoltleitung mit der Spannungsquelle und einen
Isolationstester zum Erfassen des Isolationswiderstands basierend auf der Messung eines Leckstroms über den Isolationsmantel auf. Außerdem weist die Prüfvorrichtung zwei elektrisch leitfähige Halbschalen, welche im zusammengesetzten Zustand eine hohlzylinderförmige Ummantelung für die Hochvoltleitung ausbilden, und zumindest zwei mit dem Isolationstester elektrisch verbundene Tastköpfe auf. Dabei ist ein erster Tastkopf mit der Ummantelung elektrisch verbindbar und ein zweiter Tastkopf ist mit dem zumindest einen Innenleiter elektrisch verbindbar. Der Isolationstester ist dazu ausgelegt, als den Leckstrom einen Strom zwischen den Tastköpfen zu messen.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Prüfen einer Hochvoltleitung mittels einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung. Dabei wird die Hochvoltleitung in der
Aufnahmeeinrichtung angeordnet und mit den Halbschalen ummantelt. Die Tastköpfe werden an den zumindest einen elektrischen Innenleiter sowie die Ummantelung angeschlossen und die Messspannung wird durch Verbinden der Aufnahmeeinrichtung mit der Spannungsquelle an die Hochvoltleitung angelegt. Dann wird der Strom zwischen den Tastköpfen gemessen und der Isolationswiderstand wird aus dem Strom zwischen den Tastköpfen und der durch die Spannungsquelle bereitgestellten Messspannung bestimmt.
Mittels der Prüfvorrichtung kann die Hochvoltleitung vor Einbau im Kraftfahrzeug auf die Funktionstüchtigkeit ihres Isolationsmantels hin überprüft werden. Die Hochvoltleitung besteht dabei insbesondere aus dem zumindest einen Innenleiter, beispielsweise einem oder mehreren Kupferleitern, und dem Isolationsmantel, welcher den zumindest einen Innenleiter umgibt bzw. ummantelt. Eine Schirmung, beispielsweise ein den
Isolationsmantel umgebendes Kupfergeflecht, ist nicht vorgesehen. Die Hochvoltleitung ist also ungeschirmt ausgebildet und weist daher gegenüber einer geschirmten
Hochvoltleitung ein reduziertes Gewicht sowie reduzierte Kosten auf.
Die Prüfvorrichtung weist die Spannungsquelle auf, welche als eine
Konstantspannungsquelle ausgebildet ist und eine Messspannung mit unterschiedlichen Spannungswerten zum Anlegen an die Hochvoltleitung bereitstellt. Die Messspannung entspricht insbesondere einer Betriebsspannung der Hochvoltleitung, ist jedoch zur Vermeidung von Beschädigungen des Isolationsmantels kleiner als eine
Durchbruchspannung. Die Messspannung kann beispielsweise Werte zwischen 100 V und 250 V betragen. Außerdem weist die Prüfvorrichtung die Aufnahmeeinrichtung für die Hochvoltleitung auf. Die Aufnahmeeinrichtung dient einerseits zum Halten der
Hochvoltleitung und andererseits zum elektrischen Kontaktieren der Hochvoltleitung mit der Spannungsquelle. Vorzugsweise umfasst die Aufnahmeeinrichtung zwei Adapter, welche mit der Spannungsquelle elektrisch verbindbar sind und von welchen ein erster Adapter mit einem ersten Ende des zumindest einen Innenleiters der Hochvoltleitung elektrisch verbindbar ist und ein zweiter Adapter mit einem zweiten Ende des zumindest einen Innenleiters der Hochvoltleitung elektrisch verbindbar ist. Die Hochvoltleitung kann also zwischen den Adaptern eingespannt werden und mittels der Adapter elektrisch kontaktiert werden. Ein Abstand der Adapter zueinander kann an eine Länge der Hochvoltleitung angepasst werden.
Insbesondere ist zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Spannungsquelle ein steuerbarer Schalter vorgesehen, über welchen die Aufnahmeeinrichtung und damit die Hochvoltleitung an die Spannungsquelle angeschlossen werden können und wieder von der Spannungsquelle getrennt werden können. Über eine Zeitdauer des geschlossenen Zustands des Schalters kann eine Zeitdauer der Messung eingestellt bzw. vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Schalter von dem Isolationstester angesteuert werden. Da die Hochvoltleitung keine elektrisch leitfähige Schirmung aufweist, welche ein
Bezugspotential beim Messen des Isolationswiderstands darstellen kann, weist die Prüfvorrichtung die Halbschalen auf, mittels welcher diese Schirmung für den Zeitraum der Absicherungsmaßnahme künstlich nachgebildet werden kann. Die Halbschalen können beispielsweise von oben und unten an die Hochvoltleitung angelegt werden und die Hochvoltleitung zwischen sich einschließen. Die Halbschalen können dabei bündig abschließen, sodass die hohlzylinderförmige bzw. rohrförmige Ummantelung entsteht, wobei die Halbschalen beispielsweise über geeignete Verschlüsse in dem
zusammengesetzten Zustand fixiert werden können. Die Halbschalen können dabei im nicht zusammengesetzten Zustand separat zueinander sein. Auch kann es sein, dass die Halbschalen über ein Scharnier klappbar verbunden sind. Besonders bevorzugt sind die Halbschalen als Kupferbleche ausgebildet. Beispielsweise können die Halbschalen durch Biegen der Kupferbelche gebildet werden. Eine Länge der Halbschalen und damit eine Länge der Ummantelung entsprechen insbesondere einer Länge der Hochvoltleitung.
Die Ummantelung ist mit einem Bezugspotential, beispielsweise dem Massepotential verbunden, gegen welches der zumindest eine Innenleiter geprüft wird. Falls die
Hochvoltleitung mehrere Innenleiter aufweist, so kann jeder Innenleiter gegen das Bezugspotential geprüft werden. Zur Prüfung wird zunächst die Spannungsquelle, beispielsweise durch Schließen des Schalters, an die Hochvoltleitung angeschlossen und somit ein von dem Massepotential unterschiedliches Potential an den zumindest einen Innenleiter angelegt. Nach Anlegen der Messspannung an die Hochvoltleitung fließt aufgrund des Potentialunterschiedes ein Leckstrom zwischen dem zumindest einen Innenleiter und der Ummantelung, welcher bei einer fehlerhaften Isolation, beispielsweise aufgrund eines beschädigten Isolationsmantels, einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Dieser Leckstrom kann mittels der Tastköpfe bzw. Messspitzen abgegriffen werden, welche mit dem Innenleiter und der Ummantelung elektrisch verbunden sind. Der Isolationstester kann anhand der Messspannung und des gemessenen Stroms den Isolationswiderstand berechnen und ausgeben. Insbesondere wird der Strom über einen vorbestimmten Messzeitraum erfasst und nach diesem Messzeitraum, beispielsweise nach 60 Sekunden, wird ein Isolationswiderstandswert bestimmt. Die Messung wird dann für verschiedene Messspannungswerte wiederholt und ein Isolationswiderstandsverlauf über die Messspannungen ausgegeben. Die Isolation wird beispielsweise dann als intakt gewertet, wenn Widerstandswerte des Isolationswiderstandsverlaufs über einer vorbestimmten Grenze liegen. Durch die Verwendung der Halbschalen kann auf einfache und zuverlässige Weise auch der Isolationswiderstand einer ungeschirmten Hochvoltleitung überprüft werden. So können durch die Verwendung der ungeschirmten Hochvoltleitung Kosten und Gewicht im Kraftfahrzeug gespart werden und mittels der Prüfvorrichtung gleichzeitig die
Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn eine Länge der Halbschalen und damit eine Länge der Ummantelung an eine Länge der Hochvoltleitung anpassbar ist, indem die
Halbschalen reversibel längenveränderlich, insbesondere teleskopartig ausziehbar, ausgebildet sind. Durch die längenveränderlichen bzw. längenflexiblen Halbschalen kann die Prüfvorrichtung auf einfache Weise an unterschiedliche Hochvoltleitungen angepasst werden und für jede Hochvoltleitung kann eine Funktionstüchtigkeit des Isolationsmantels über die gesamte Länge der Hochvoltleitung überprüft werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Prüfvorrichtung ein Führungssystem auf, durch welches die Halbschalen schiebbar bezüglich der Aufnahmeeinrichtung gelagert sind und zum Anordnen der Halbschalen an der Hochvoltleitung unter Ausbildung der Ummantelung zusammenschiebbar sind. Das Führungssystem ist insbesondere dazu ausgelegt, Halbschalen unterschiedlicher Länge zu halten und schiebbar bezüglich der Aufnahmeeinrichtung zu lagern. Das Führungssystem ist insbesondere ortsfest in der Prüfvorrichtung fixiert. An dem Führungssystem können die Halbschalen angeordnet werden. Die Halbschalen können dann mittels des Führungssystems
zusammengeschoben werden und von zwei gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise von oben und unten, zur Hochvoltleitung hingeschoben werden, bis sie die
Hochvoltleitung zwischen sich einschließen. Durch das Führungssystem ist die
Prüfvorrichtung besonders flexibel ausgebildet.
Vorzugsweise weist das Führungssystem für jede Halbschale zumindest eine
Führungseinrichtung mit jeweils zwei Gleitstangen und einen zwischen den Gleitstangen angeordneten Verbindungssteg auf, wobei die jeweilige Halbschale an dem
Verbindungssteg befestigt ist und der Verbindungssteg über Führungselemente linear verschiebbar an den Gleitstangen gelagert ist. Insbesondere weist das Führungssystem für jeden Halbschale zwei Führungseinrichtungen aufweist, wobei erste
Führungseinrichtungen der Halbschalen an der Ausnahmeeinrichtung im Bereich des ersten Adapters befestigt sind und zweite Führungseinrichtungen der Halbschalen an der Ausnahmeeinrichtung im Bereich des zweiten Adapters befestigt sind. Die Gleitstangen sind beispielsweise stehend und parallel beabstandet zueinander angeordnet und führen den Verbindungssteg zwischen sich. Der Verbindungssteg kann beispielsweise über Führungselemente in Form von Führungsringen mit den Gleitstangen verbunden sein, sodass der Verbindungssteg entlang der Gleitstangen linear, beispielsweise auf und ab, geschoben werden kann. An den Verbindungsstegen sind die Halbschalen befestig, wobei die Halbschalen mittels der Verbindungsstege zum Schließen der Ummantelung aufeinander zu geschoben werden können und zum Öffnen der Ummantelung voneinander weg geschoben werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Prüfvorrichtung zumindest ein an der Hochvoltleitung anordenbares Füllelement auf, welches im Falle, dass ein
Außendurchmesser der Hochvoltleitung kleiner ist als ein Innendurchmesser der durch die Halbschalen gebildeten Ummantelung und ein Hohlraum zwischen Hochvoltleitung und Ummantelung gebildet ist, zum Fixieren der Hochvoltleitung in der Ummantelung in dem Hohlraum anordenbar ist. Insbesondere ist das zumindest eine Füllelement als ein aus einem elastischen Werkstoff gebildeter Biegering ausgebildet. Die Halbschalen weisen insbesondere eine vorbestimmte Größe auf, durch welche der Innendurchmesser der Ummantelung vorgegeben ist. Um nun eine Hochvoltleitung unabhängig von ihrem Außendurchmesser spielfrei in der Ummantelung fixieren zu können, weist die
Prüfvorrichtung das zumindest eine Füllelement auf, welches zwischen der Ummantelung und der Hochvoltleitung angeordnet werden kann und die Hochvoltleitung somit in der Ummantelung abstützt. Das Füllelement in Form von dem elastischen Biegering kann beispielsweise ein geschlitzter Gummiring sein. Beispielsweise können über die Länge der Hochvoltleitung mehrere Gummiringe, beispielsweise drei Gummiringe, verteilt angeordnet werden, durch welche die Hochvoltleitung an drei Stellen abgestützt und in der Ummantelung gehalten werden kann.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung vorgestellten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittdarstellung von Hochvoltleitungen, welche mittels der
Prüfvorrichtung geprüft werden,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ummantelung für eine
Hochvoltleitung;
Fig. 4 eine Darstellung eines Verlaufs des Isolationswiderstands über die
Zeit;
Fig. 5 eine Darstellung von Verläufen des Isolationswiderstands über die
Messspannung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Führungssystems der
Prüfvorrichtung; und
Fig. 7 eine Querschnittdarstellung einer Hochvoltleitung.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig.1 zeigt eine Prüfvorrichtung 1 für eine Hochvoltleitung 2, welche zum elektrischen Verbinden von Hochvoltkomponenten eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Die Hochvoltleitung 2 ist, wie anhand der Querschnittdarstellung in Fig.
2 gezeigt, ungeschirmt ausgebildet und weist genau einen Innenleiter L1 (1 -Leiter-System A in Fig. 2) oder mehrere Innenleiter L1 , L2 (2-Leiter-System B in Fig. 2) auf. Der oder die Innenleiter L1 , L2 sind von einem Isolationsmantel 3 aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben. Die Prüfvorrichtung 1 ist dazu ausgelegt, einen Isolationswiderstand des Isolationsmantels 3 zu überprüfen. Dazu weist die Prüfvorrichtung 1 eine
Spannungsquelle 4 auf, welche dazu ausgelegt ist, eine Messspannung für die Hochvoltleitung 2 bereitzustellen. Die Hochvoltleitung 2 ist in einer Aufnahmeeinrichtung 5 der Prüfvorrichtung 1 angeordnet, welche zwei Adapter 6 zum elektrischen Kontaktieren der Hochvoltleitung 2 aufweist. Die Aufnahmeeinrichtung 5 ist über einen steuerbaren Schalter S an die Spannungsquelle 4 anschließbar. Bei geschlossenem Schalter S liegt die von der Spannungsquelle 4 bereitgestellte Messspannung an der Hochvoltleitung 2 an. Die Prüfvorrichtung 1 weist außerdem einen Isolationstester 7 auf, welcher dazu ausgelegt ist, einen Leckstrom über den Isolationsmantel 3 zu messen und anhand des Leckstroms sowie der Messspannung den Isolationswiderstand des Isolationsmantels 3 zu bestimmen.
Da die Hochvoltleitung 2 ungeschirmt ausgebildet ist und keine elektrisch leitfähige Abschirmung aufweist, welche als Bezugspotential dienen kann und gegenüber welcher der Innenleiter L1 , L2 geprüft werden kann, weist die Prüfvorrichtung 1 zwei Halbschalen HS1 , HS2 auf, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.
Beispielsweise können die Halbschalen HS1 , HS2 als Kupferbleche ausgebildet sein. Die Halbschale HS1 ist beispielsweise als eine obere Halbschale ausgebildet, welche von oben an der Hochvoltleitung 2 angeordnet wird und eine obere Hälfte der Hochvoltleitung 2 entlang ihrer Länge ummanteln kann. Die Halbschale HS2 ist beispielsweise als eine untere Halbschale ausgebildet, welche von unten an der Hochvoltleitung 2 angeordnet wird und eine untere Hälfte der Hochvoltleitung 2 entlang ihrer Länge ummanteln kann. Die Halbschalen HS1 , HS2 bilden im zusammengesetzten Zustand, wie in Fig. 3 gezeigt, eine hohlzylinderförmige bzw. rohrförmige Ummantelung 8 aus. Durch die Ummantelung 8 kann die fehlende Schirmung der Hochvoltleitung 2„simuliert“ werden. Die
Ummantelung 8 kann beispielsweise über die Aufnahmeeinrichtung 5 mit einem
Bezugspotential, beispielsweise der Masse M, verbunden werden.
Zur Messung des Leckstroms wird bei geschlossenem Schalter S ein zwischen dem zumindest einen Innenleiter L1 , L2 und der Ummantelung 8 fließender Strom gemessen. Dazu weist die Prüfvorrichtung 1 zumindest zwei Tastköpfe T 1 , T2, T3 auf. Ein erster Tastkopf T 1 wird mit der Ummantelung 8 verbunden. Ein zweiter Tastkopf T2 wird mit dem Innenleiter L1 verbunden. Bei dem 2-Leiter-System B wird zusätzlich ein dritter Tastkopf T3 mit dem Innenleiter L2 verbunden. Die Tastköpfe T1 , T2, T3 sind mit dem Isolationstester 7 verbunden, welcher den Strom zwischen den Tastköpfen T1 , T2, T3 und damit zwischen dem jeweiligen Innenleiter L1 , L2 und der Ummantelung 8 misst. Der Isolationstester 7 kann einen Verlauf V1 des Isolationswiderstands R über die Zeit t ausgeben, wie in der Kennlinie gemäß Fig. 4 gezeigt ist. Beispielsweise kann der Isolationswiderstand R nach einer bestimmten Zeitdauer t1 , beispielsweise 60s, für eine bestimmte Messspannung U=U1 , beispielsweise 100 V, erfasst werden. Die Messung wird dann für weitere Messspannungen U2, U3, usw. wiederholt und ein Verlauf V2, V3 des Isolationswiderstands R über die Messspannung U bestimmt. Die Verläufe V2, V3 sind in Fig. 5 gezeigt. Der Verlauf V2, bei welchem der Isolationswiderstand R bei unterschiedlichen Messspannungen U 1 , U2, U3 in etwa konstant ist und einen
vorbestimmten Schwellwert überschreitet, charakterisiert einen intakten Isolationsmantel 3. Der Verlauf V3, bei welchem der Isolationswiderstand R mit zunehmender
Messspannungen U 1 , U2, U3 abnimmt und den vorbestimmten Schwellwert
unterschreitet, charakterisiert einen beschädigten Isolationsmantel 3.
In Fig. 6 sind Führungseinrichtungen 9 eines Führungssystems 10 der Prüfvorrichtung 1 gezeigt, mittels welcher die Halbschalten HS1 , HS2 gehalten und schiebbar bezüglich der Aufnahmeeinrichtung 5 gelagert sind. Die Führungseinrichtungen 9 weisen jeweils zwei Gleitstangen 1 1 , 12 auf, welche ortsfest an der Aufnahmeeinrichtung 5 befestigt sind. Zwischen den zwei Gleitstangen 11 , 12 ist jeweils ein Verbindungssteg 13 angeordnet, an welchem die Halbschalen HS1 , HS2 befestigt sind. Die Verbindungsstege 13 sind über Führungselemente 14, beispielsweise Führungsringe, mit den Gleitstangen 1 1 , 12 verbunden und können somit auf und ab geschoben werden. Um die Halbschalen HS1 , HS2 an der Hochvoltleitung 2 anzuordnen, wird der Verbindungssteg 13, an welchem die obere Halbschale HS1 befestigt ist, nach unten geschoben, und der Verbindungssteg 13, an welchem die untere Halbschale HS2 befestigt ist, wird nach oben geschoben. Die Halbschalen HS1 , HS2 werden dadurch zusammengeschoben und bündig aneinander gesetzt. Dabei wird die Hochvoltleitung 2 zwischen den Halbschalen HS1 , HS2 eingeschlossen. Beispielsweise kann die eine der Halbschalen HS1 , HS2, hier die untere Halbschale HS2, eine Aufnahme 16 aufweisen, in welcher die andere Halbschale HS1 , hier die obere Halbschale HS1 , aufgenommen und ortsfest an der unteren Halbschale HS2 gehalten wird.
Im Falle, dass ein Außendurchmesser D1 der Hochvoltleitung 2 kleiner ist als ein
Innendurchmesser D2 der Ummantelung 8, kann, wie in Fig. 7 gezeigt, ein Füllelement 15 zwischen der Hochvoltleitung 2 und der Ummantelung 8 angeordnet werden, welches die Hochvoltleitung 2 in der Ummantelung 8 hält. Das Füllelement 15 kann beispielsweise ein geschlitzter Gummiring sein. Bezugszeichenliste
1 Prüfvorrichtung
2 Hochvoltleitung
3 Isolationsmantel
4 Spannungsquelle
5 Aufnahmeeinrichtung
6 Adapter
7 Isolationstester
8 Ummantelung
9 Führungseinrichtungen
10 Führungssystem
1 1, 12 Gleitstangen
13 Verbindungsstege
14 Führungsringe
15 Füllelement
16 Aufnahme
L1 , L2 Innenleiter
T1. T2. T3 Tastköpfe
HS1 , HS2 Halbschalen
S Schalter
A 1 -Leiter-System
B 2-Leiter-System
U, U1 , U2, U3 Messspannung
R Isolationswiderstand
V1 , V2, V3 Verläufe
t, t1 Zeit
D1 , D2 Durchmesser
M Masse

Claims

Patentansprüche
1. Prüfvorrichtung (1 ) zum Erfassen eines Isolationswiderstands (R) einer
ungeschirmten, zur Verbindung von Hochvoltkomponenten eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hochvoltleitung (2) mit zumindest einem elektrischen Innenleiter (L1 , L2) und einen den zumindest einen Innenleiter (L1 , L2) umgebenden
Isolationsmantel (3), wobei die Prüfvorrichtung (1 ) aufweist:
- eine Spannungsquelle (4) zum Bereitstellen einer Messspannung (U) für die Hochvoltleitung (2),
- eine Aufnahmeeinrichtung (5) zum Aufnehmen der Hochvoltleitung (2) und zum Verbinden der Hochvoltleitung (2) mit der Spannungsquelle (4),
- einen Isolationstester (7) zum Erfassen des Isolationswiderstands (R) basierend auf der Messung eines Leckstroms über den Isolationsmantel (3),
- zwei elektrisch leitfähige Halbschalen (HS1 , HS2), welche im zusammengesetzten Zustand eine hohlzylinderförmige Ummantelung (8) für die Hochvoltleitung (2) ausbilden, und
- zumindest zwei mit dem Isolationstester (7) elektrisch verbundene Tastköpfe (T1 , T2, T3), von welchen ein erster Tastkopf (T1 ) mit der Ummantelung (8) elektrisch verbindbar ist und ein zweiter Tastkopf (T2, T3) mit dem zumindest einen
Innenleiter (L1 , L2) elektrisch verbindbar ist, wobei der Isolationstester (7) dazu ausgelegt ist, als den Leckstrom einen Strom zwischen den Tastköpfen (T1 , T2, T3) zu messen.
2. Prüfvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halbschalen (HS1 , HS2) als Kupferbleche ausgebildet sind.
3. Prüfvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Länge der Halbschalen (HS1 , HS2) und damit eine Länge der Ummantelung (8) an eine Länge der Hochvoltleitung (2) anpassbar ist, indem die Halbschalen (HS1 , HS2) reversibel längenveränderlich, insbesondere teleskopartig ausziehbar, ausgebildet sind.
4. Prüfvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufnahmeeinrichtung (5) zwei Adapter (6) aufweist, welche mit der
Spannungsquelle (4) elektrisch verbindbar sind und von welchen ein erster Adapter (6) mit einem ersten Ende der Hochvoltleitung (2) elektrisch verbindbar ist und ein zweiter Adapter (6) mit einem zweiten Ende der Hochvoltleitung (2) elektrisch verbindbar ist.
5. Prüfvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prüfvorrichtung (1 ) ein Führungssystem (10) aufweist, durch welches die Halbschalen (HS1 , HS2) schiebbar bezüglich der Aufnahmeeinrichtung (5) gelagert sind und zum Anordnen der Halbschalen (HS1 , HS2) an der Hochvoltleitung (2) unter Ausbildung der Ummantelung (8) zusammenschiebbar sind.
6. Prüfvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Führungssystem (10) für jede Halbschale (HS1 , HS2) zumindest eine
Führungseinrichtung (9) mit jeweils zwei Gleitstangen (11 , 12) und einen zwischen den Gleitstangen (1 1 , 12) angeordneten Verbindungssteg (13) aufweist, wobei die jeweilige Halbschale (HS1 , HS) an dem Verbindungssteg (13) befestigt ist und der Verbindungssteg (13) über Führungselemente (14) linear verschiebbar an den Gleitstangen (11 , 12) gelagert ist.
7. Prüfvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prüfvorrichtung (1 ) zumindest ein an der Hochvoltleitung (2) anordenbares Füllelement (15) aufweist, welches im Falle, dass ein Außendurchmesser (D1 ) der Hochvoltleitung (2) kleiner ist als ein Innendurchmesser (D2) der durch die
Halbschalen (HS1 , HS2) gebildeten Ummantelung (8) und ein Hohlraum zwischen Hochvoltleitung (2) und Ummantelung (8) gebildet ist, zum Fixieren der Hochvoltleitung (2) in der Ummantelung (8) in dem Hohlraum anordenbar ist.
8. Prüfvorrichtung (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Füllelement (15) als ein aus einem elastischen Werkstoff gebildeter Biegering ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Prüfen einer Hochvoltleitung (2) mittels einer Prüfvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Anordnen der Hochvoltleitung (2) in der Aufnahmeeinrichtung (4),
- Ummanteln der Hochvoltleitung (2) mit den Halbschalen (HS1 , HS2),
- Anschließen der Tastköpfe (T1 , T2, T3) an den zumindest einen elektrischen Innenleiter (L1 , L2) sowie die Ummantelung (8),
- Anlegen der Messspannung (U) an die Hochvoltleitung (2) durch Verbinden der Aufnahmeeinrichtung (5) mit der Spannungsquelle (4),
- Messen des Stroms zwischen den Tastköpfen (T1 , T2, T3),
- Bestimmen des Isolationswiderstands (R) aus dem Strom zwischen den Tastköpfen (T1 , T2, T3) und der durch die Spannungsquelle (4) bereitgestellten Messspannung (U).
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