Kabellebensdauer in bewegten Anwendungen

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Heitec AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

W. L. Gore & Associates GmbH

Grundlagenuntersuchungen zur dynamischen Lebensdauer

Grundlagenuntersuchungen zur dynamischen Lebensdauer werden mithilfe von aufwendigen statistischen Methoden in allgemein verwertbare Aussagen überführt. Aufgrund der Tatsache, dass hier probabilistische Verfahren im Vordergrund stehen, wird mit der Kaplan-Meier-Analyse sowie Weibull- und ähnlichen Verteilungen die Lebensdauer über die gesamte Prüfmenge beschrieben. Bei diesen Wahrscheinlichkeitsanalysen steht eine nach statistischen Gesichtspunkten erfolgte Charakterisierung (Beschreibung der Unterschiede) der Prüfmengen bezüglich unterschiedlicher Werkstoffe und Kabel-Designs im Mittelpunkt. Es wird kein spezieller Zahlenwert für die Lebensdauer ermittelt.

Um die Aussagekraft bei mehreren unabhängigen Einflussparametern zu erhöhen und das Ergebnis möglichst schnell zu erzielen, werden unterschiedliche „Designs of Experiment“ verwendet. Dabei bindet man mathematische Analysewerkzeuge wie MatLab und SAS direkt an die Oracle-Datenbank an und bereitet die Rohdaten unmittelbar auf.

Hochfrequenzeigenschaften kontra Flex-Dauerfestigkeit

Ein besonderer Stellenwert kommt der Kombination des Knowhows aus dem Hochfrequenz- und dem Flex-Labor zu, welche in einem Laborpool organisatorisch eng zusammengeführt sind. Gemessen werden unter Bewegung Signallaufzeit, Impedanz, Frequenzspektrum und Degradation. Dabei lässt sich auch die Position der einzelnen Adern feststellen.

Anforderungen hinsichtlich der Hochfrequenzeigenschaften bzw. der digitalen Signalübertragung und gleichzeitige Flex-Dauerfestigkeit sind nicht selten konträre Design-Anforderungen. Die Kunst liegt darin, die optimale Kombination aus Kriterien der HF-Technik und der dynamischen Festigkeitslehre zu finden.

Insbesondere hier eröffnen die verschiedenen (e)PTFE-Strukturen neue Möglichkeiten, die in anwendungsnahen Stresstests (mit 20 Millionen Zyklen und mehr) unter Beweis gestellt werden. Die Kombination eines HF-Labors mit einem Testzentrum zum dynamischen Test wurde als Kompetenzzentrum für Gore weltweit in Pleinfeld eingerichtet und dürfte auch weltweit ziemlich einzigartig sein (Bild 4).

Anwendungsnahe, individuell angepasste Belastungstests

Für die optimale Stresstestuntersuchung hat sich über viele Jahre eine hohe Kompetenz entwickelt, so dass für aussagekräftige Untersuchungen auch die Stresstestanlagen von Gore selbst entworfen werden und die gesamte Mess- und Steuertechnik im Haus konzipiert wurde. Nur so ist es möglich, vor allem anwendungsnahe, individuell angepasste Belastungstests mit aussagekräftigen Analysen zu verbinden.

So lassen sich zum Beispiel auf so genannten Kabelkillern bis 50 m lange Kabel auf ihre Lebensdauer testen. Das Verhalten unter hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen wie sie Automaten in der der Leiterplattenbestückung unterliegen, können auf einer anderen Prüfanlage bis 15 G simuliert werden. Bild 5 zeigt ein Beispiel für einen anwendungsspezifischen Multiachsen-Test.

Kabel für die Medizintechnik testen

Ein besonders sensibler Bereich ist der Test von Kabeln für die Medizintechnik, da bei Versagen u.U. Menschenleben auf dem Spiel stehen können. Deshalb gehören zu den selbst konzipierten Prüfanlagen einige Maschinen, die nach dem Stand der Technik im medizinischen Bereich konzipiert wurden. „Deswegen findet man im Labor auch Prüfgeräte mit sonderbaren Namen wie Schneewittchensarg, Grabstein, Duschraum etc.“, erklärt Reichert schmunzelnd. Anwendungsspezifisch wird hier z.B. die Belastung eines Kabels in einem C-Bogen einer Röntgenanlage simuliert. Hier werden Torsion-Drehung-Knick und Wechselbiegefestigkeit nachgebildet.

*Rudolf Reichert arbeitet in der Forschung und Entwicklung bei W.L. Gore in Pleinfeld, wo er auch das Flex-Labor leitet. Kristin Rinortner ist Redakteurin bei der Elektronikpraxis.

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