So gelingt der Kabel-Stresstest ganz ohne Stress

Prüfstandsmessung So gelingt der Kabel-Stresstest ganz ohne Stress

07.01.2015Autor / Redakteur: Wolfgang Knoblich * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Wie lange wird das Kabel leben und wie entstehen Leiterbrüche? Mit einem Kabel-Stresstest lassen sich diese Fragen schnell beantworten. Wir stellen Ihnen eine Lösung vor.

Anbieter zum Thema

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

easy-project Ingenieurbüro

Stresstest für das Kabel: Das Testlabor eines Kabelherstellers mit verschiedenen Versuchsständen. Im Bild das Testzentrum von U. I. Lapp GmbH.
(easy project)

Kabel und Leitungen, die bewegte Komponenten von Maschinen und Anlagen mit Energie und Daten versorgen, unterliegen enormen mechanischen Belastungen. Um die von den Anwendern verlangte hohe Produktqualität sicherzustellen, müssen Kabel und Leitungen verschiedene Tests über sich ergehen lassen [1].

Mit den Ergebnissen der Stresstests lässt sich eine Aussage über die zu erwartende Lebensdauer treffen und andererseits liefern sie dem Kabelhersteller wichtige Erkenntnisse darüber, wie Leiterbrüche entstehen bzw. wie sie sich mit verbesserten Konstruktionen vermeiden lassen. Hilfreich sind dabei messbare Fakten, die zur Klärung des Ermüdungsprozesses beitragen, der zum „Kabeltod“ führt.

Ergänzendes zum Thema

Skalierbares Widerstandsprüfsystem

Mit dem Messsystem CableScope lassen sich vom Prüfling unterschiedliche Parameter wie Leiterwiderstand, Temperatur oder Feuchte ermitteln. Im Anschluss werden die gewonnenen Messdaten ausgewertet und dokumentiert. Die dabei verwendete Software arbeitet auf Rechnern mit dem Betriebssystem Windows und ist eine Eigenentwicklung von easy-project.

Zudem lässt sich jede Messstation individuell mit einer bestimmten Anzahl von Messkanälen bestücken und unabhängig von anderen Messstationen betreiben. Somit lassen sich Dauermessungen bzw. Langzeitversuche unterbrechungsfrei ausführen. Gleiches gilt bei Kalibrierung, Reparatur oder einer neuen Hardwarekonfiguration. Der Steuer-PC und die Messstation kommunizieren über das Intranet oder alternativ über eine USB-Verbindung.

Praxisnahe Stressbedingungen für die Kabel

Um eine Aussage darüber zu treffen, ob sich Energie- und Steuerleitungen für den Einsatz in bewegten Komponenten von Anlagen eignen sowie die Anschluss- und Lebensdauererwartung kalkulierbar zu machen, unterhalten Kabelhersteller eigene Testlabors mit einer großen Anzahl von Versuchsständen. Auf solchen Prüfständen werden die Kabel harten, aber praxisnahen Stressbedingungen unterworfen.

Zur Beurteilung der zu erwartenden Lebensdauer dient in einer Energiekette die Anzahl der Biegezyklen, die eine Leitung übersteht, bevor einer ihrer Leiter bricht. Mit den Tests will der Anwender eine zuverlässige Qualitätsaussage, um teure Ausfälle ihrer Anlagen zu vermeiden. Für den Kabelhersteller geben die Testergebnisse einen wichtigen Hinweis, wie sich die Kabelkonstruktion verbessern lässt. Die Testergebnisse sind deshalb nicht nur für Vertrieb und Marketing von größter Wichtigkeit sondern auch für die Konstruktionsabteilung.

Der Leiterwiderstand wird kontinuierlich gemessen

Widerstandsänderung: Stressbedingte prozentuale Änderung zweier Leiterwiderstände. Die graue Kurve zeigt die Umgebungstemperatur.
(easy-project)

Während zu einer quantitativen Aussage die Anzahl der Testzyklen bis zu einem Aderbruch ausreicht, ist die Konstruktion mehr an Fakten interessiert, die den Mechanismus erklären, der zu einem Kabeltod führt, so dass die Schwachstellen in der Kabelkonstruktion systematisch beseitigt werden können. Für diese Zwecke steht jetzt ein automatisches Messsystem zur Verfügung, mit dem die Leiterwiderstände während des gesamten Tests kontinuierlich gemessen und dokumentiert werden. Aus der Widerstandsänderung können Erkenntnisse über den Ermüdungsprozess und damit auch zur Ursache eines Leiterbruchs gewonnen werden.

Die Änderung des Leiters gibt wichtige Hinweise über die stressbedingte Materialermüdung und stellt ein Frühwarnzeichen für einen Leiterbruch dar. Der Leitungswiderstand ist aber nicht der einzige Faktor, der bei Lebensdauertests eine Rolle spielt. Genauso wichtig ist es, dass der Mantelwerkstoff eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit aufweist oder der innere Aufbau sich nicht wie ein Korkenzieher verformt.

Um mechanische Stresserscheinungen bereits während der laufenden Prüfung vollständig zu dokumentieren, können Auffälligkeiten durch Fotos und Memos beschrieben und dem Widerstandsverlauf bzw. den Zyklen zugeordnet werden. Ergänzend wird das Kabel am Ende eines Tests in seine Einzelteile zerlegt, die dann sorgfältig begutachtet werden. Auch diese Ergebnisse werden durch Fotos oder eine kurze Beschreibung dokumentiert.

Kabel, ähnlich wie diese, wurden für den Außeneinsatz getestet. (Bild: Peter Roggenthin)

Sämtliche Ergebnisse eines solchen Stresstests fließen in die Weiterentwicklung der Kabelkonstruktion ein. Voraussetzung für die Produktverbesserungsprozess ist eine umfassende Dokumentation aller Testergebnisse. Doch wie dokumentiert man die Vielzahl von Testergebnissen, die bei den zahlreichen Versuchsmaschinen, die rund um die Uhr während des ganzen Jahres im Einsatz sind, anfallen?

Riesige Datenmengen persistent speichern

Prüfauftrag erstellen: Über eine grafische Bedienoberfläche werden alle erforderlichen Daten für einen Prüfauftrag eingegeben. Datenbanken mit Such- und Filterfunktionen zur Selektion von Produkt- und Maschinendaten erleichtern die Eingabe.
(easy-project)

CableScope speichert riesige Datenmengen in einer Datenbank. Gespeichert wird nicht nur eine enorme Menge an Messwerten, die durch die kontinuierliche Messung der Leiterwiderstände und der Umgebungstemperatur anfallen, sondern auch sämtliche Konstruktionsdaten des getesteten Kabels sowie alle Prüfparameter. Dazu gehören Verfahrweglänge, Biegeradius, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Auch die Ergebnisse von manuell durchgeführten Prüfungen zur Beurteilung mechanischer Abnutzungserscheinungen lassen sich als Memo oder Foto zusammen mit den übrigen Testergebnissen abspeichern.

Die Datenbank befindet sich üblicherweise auf dem zentralen Server eines betrieblichen Informationssystems, auf das Vertrieb, Marketing und Entwicklung sowie weitere berechtigte Stellen des Unternehmens zugreifen können. Damit entsteht eine sehr leistungsfähige Plattform, in die alle für die Kundenzufriedenheit und Produktqualität verantwortlichen Stellen eingebunden sind. Gleichzeitig entsteht durch die kontinuierliche Archivierung aller Daten eine Know-how-Datenbank auf die Entwicklung und Konstruktion direkt zugreifen und mit unterschiedlichsten Filterkriterien Informationen für neue und verbesserte Produkte gewinnen kann.

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