Kabelbaumfehler: Was ist schuld?

Nov 18, 2023

Kabelbaumtechniker bei Boeing, Airbus und anderen Luft- und Raumfahrtherstellern nutzen den B-LRT-Tester, um unzuverlässige Erdungskreise in Flugzeugen schnell zu finden. Foto mit freundlicher Genehmigung von MK Test Systems Americas

Der Kabeltester Easy Touch Pro testet Widerstände, Dioden, Kondensatoren, LEDs, Schalter und verdrillte Paare genau auf Unterbrechungen, Kurzschlüsse und Fehlverdrahtungen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Cirris Systems Corp.

Kabelbaumhersteller können mit dem Hochspannungsprüfer HVX-21, der eine Stromempfindlichkeit von 0,1 Mikroampere und eine maximale Prüfspannung von 2.100 VDC aufweist, die Industriestandard-Prüfrichtlinien A620B erfüllen. Foto mit freundlicher Genehmigung von CAMI Research Inc.

Tests durchzuführen und in der Hoffnung auf positive Ergebnisse zu warten, ist eine stressige Tätigkeit, die die meisten Menschen nur ausführen, wenn es unbedingt notwendig ist. Für Kabelbaummonteure ist es eine tägliche Herausforderung.

Bei der Montage müssen sie einen Draht korrekt in den entsprechenden Stecker einführen, bevor sie mit dem nächsten Draht fortfahren können. Und nach dem Zusammenbau des Kabelbaums hoffen die Monteure, dass die elektrischen Prüfgeräte ihnen sagen, dass der Kabelbaum fehlerfrei ist – auch wenn sie möglicherweise feststellen, dass der Kabelbaum ausgefallen ist.

„Testsystemdaten und statistische Prozesskontrolle sind beide von entscheidender Bedeutung, um die Grundursache eines Kabelbaumfehlers zu finden und ihn in Zukunft zu verhindern“, sagt Joe Kane, Regionaldirektor bei MK Test Systems Americas. „Diese Aussage gilt für jede Anwendung, egal ob es sich um die Prüfung eines einzelnen Kabels mit zwei Punkten oder um die Prüfung eines komplizierten Kabelbaums mit Zehntausenden von Punkten handelt.“

Vor ein paar Jahren hat MK Test Systems den B-LRT-Tester entwickelt, um Technikern bei Boeing, Airbus und anderen Luft- und Raumfahrtherstellern dabei zu helfen, unzuverlässige Erdungskreise in Flugzeugen schnell zu finden. Solche Stromkreise machen Flugzeuge anfällig für die schädlichen Auswirkungen von Streuströmen, Blitzeinschlägen und hochintensiven Strahlungsfeldern.

Kane sagt, dass der B-LRT-Tester schnell Bindungs-, Schleifen- und Verbindungswiderstandstests durchführt und genaue Messungen garantiert. Die integrierte Software führt den Bediener durch leicht verständliche Grafiken und Prüfanweisungen. Alle Ergebnisse werden automatisch aufgezeichnet und über WLAN, LAN oder ein tragbares Speichergerät auf den Hauptserver der Einrichtung hochgeladen.

Der Bondtest misst den elektrischen Widerstand zwischen zwei verbundenen metallischen Elementen. Für den Schleifentest werden mehrere metallische Elemente und Geräte miteinander verbunden, um eine Schleife aus parallelen Widerstandspfaden zu erzeugen. Der Techniker platziert Klammern auf jeder Seite der Schlaufe. Einer speist Strom in die Schleife ein, während der andere den in der Schleife fließenden Strom erkennt. Bei der gemeinsamen Widerstandsprüfung wird auch der Schleifenprüfstrom genutzt. Beim Einspeisen von Strom wird die Spannung abgesenkt und dann phasenkorrigiert, um den Verbindungswiderstand zu bestimmen.

„Ein typisches Single-Aisle-Flugzeug erfordert etwa 800 Klebemessungen in jedem Flügel und 400 im Triebwerk“, erklärt Kane. „Es ist üblich, dass die Gesamtzahl der Tests pro Flugzeug in die Tausende geht.“

Der B-LRT ist nur eines von vielen hochmodernen Produkten, die Techniker zum Testen von Kabelbäumen verwenden. Einige basieren auf Hardware oder Software, während andere den Anschluss eines Kabelbaums an einen Tester erleichtern. Ihr letztendliches Ziel ist jedoch dasselbe: Herstellern dabei zu helfen, die Kabelbaumqualität zu verbessern, indem sie aktuelle Fehler lokalisieren und zukünftige Fehler verhindern.

Hersteller verwenden seit mehr als einem Jahrhundert Drähte oder Kabelbäume in ihren Produkten, doch zunächst legten die Unternehmen den Schwerpunkt eher auf die Fehlersuche als auf Tests. In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurde jeder Draht mit einem Go-No-Go-System getestet. Multimetersonden wurden an den beiden Punkten eines Kabels angebracht, oder die Punkte wurden zur Gewährleistung der Kontinuität durch eine Glühbirne geführt. Ein guter Draht erzeugte entweder ein Summen oder ein Licht.

Mit der zunehmenden Komplexität der Kabelbäume stieg auch der Bedarf an Tests. In den 1950er Jahren begannen Kabelbaumhersteller – insbesondere diejenigen, die die Automobilindustrie belieferten –, Schrittschalter (Relais) für Telefone zu verwenden, um den Durchgang jedes Kabelbaums zu testen und seine Position in einem Stecker zu überprüfen.

Die Tests verliefen ziemlich langsam und blieben so, bis Ende der 1980er Jahre mit der Verwendung elektronischer Schalter begonnen wurde. Ein heutiger Standard-Durchgangsprüfer kann beispielsweise 1.000 Leitungspunkte in 3 Sekunden prüfen. Vor dreißig Jahren brauchte der Tester eine Minute oder mehr.

Die Durchgangsprüfung ist eine der Hauptprüfungen, die von Niederspannungsprüfgeräten (NS) durchgeführt werden. Diese Maschinen erkennen und betätigen auch Kabelbaumkomponenten, einschließlich Relais, Sensoren, Schalter, Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Steckverbinder.

Chris Strangio, Gründer, Präsident und CEO von CAMI Research Inc., sagt, dass LV-Tester speziell für die Bewältigung niedriger oder hoher Testpunktzahlen entwickelt wurden. Erstere sind kostengünstiger, werden für grundlegende Durchgangsprüfungen kleiner Kabelbäume verwendet und können möglicherweise den Widerstand messen, müssen es aber nicht. Einheiten mit hoher Testpunktzahl werden durch Erweiterung (Hinzufügen von Molekülen) zu einem Tester mit niedriger Testpunktzahl. Unabhängig von der Anzahl der Testpunkte werden beide Typen von derselben Basiseinheit und Software betrieben.

Hochspannungsprüfgeräte (HV) werden häufig für Hochspannungs- und dielektrische Prüfungen sowie für Komponenten-, Isolationswiderstands- und Kapazitätsmessungen sowie Durchgangs- und Kurzschlussprüfungen verwendet. Bei einem Hochspannungstest werden 1.000 VDC oder mehr an alle Testpunkte angelegt, um festzustellen, ob Strom von einem Punkt zum anderen fließt oder nicht. Wenn kein Strom fließt, sind die Testpunkte ordnungsgemäß isoliert. HV-Tester stellen außerdem die Integrität der Leitungs-, Neutralleiter- und Erdungskreise von Netzkabeln und Geräten sicher.

Das Hochspannungssystem von MK Test führt DC- und AC-HiPot- und dielektrische Tests sowie Tests passiver und aktiver Komponenten durch. Es kann auch eine Durchgangs- oder Kurzschlussprüfung und Widerstandsmessung im Zwei- und Vierleitermodus (Kelvin) durchführen.

„Hersteller verlassen sich nicht nur auf Tester mit erweiterten Testfunktionen, sondern benötigen auch Tester, die mit anderen Geräten und Datenbanken verbunden sind“, sagt Kjell Uddeborg, leitender Softwareentwickler bei Cablescan Inc. „Wenn das Unternehmen über eine Datenbank verfügt, die eine Kabelliste in eine Excel-Datei exportiert, Diese Daten können automatisch in den Tester importiert und Testprogramme generiert werden. Dies spart Zeit und eliminiert die Möglichkeit menschlicher Fehler, wenn der Techniker die Daten interpretiert und erneut in den Tester eingibt. Einige Kunden importieren auch „Netzlisten“ (elektronische Schaltkreise). Konnektivitätsbeschreibungen), die von der CAD-Station generiert wurden, die zum Entwerfen des Kabelbaums verwendet wurde.

Die TestRite-Software von Cablescan erstellt, bearbeitet und zeigt eine Vorschau von Kabellistenprogrammen (Durchgangslisten) auf einem PC an, ohne dass ein Tester daran angeschlossen ist. Wenn ein Tester angeschlossen ist, kann der Techniker den Befehl „Lernen“ in der Software-Symbolleiste auswählen, um ein Programm zu erstellen.

Das Unternehmen stellt auch den Niederspannungstester 90L8 her, der über einen seriellen USB-Anschluss mit einem Windows-basierten PC verbunden wird. Dieser Tester ist in 128-Punkt-Schritten von 128 auf 1.024 Testpunkte erweiterbar. Es führt außerdem Isolationstests bei 5 VDC bis zu 9,5 MOhm und Zwei- und Vierleiter-Durchgangstests bis zu 1 Ohm durch.

Kabelbäume versagen aus mehreren Gründen, die alle auf vier Hauptursachen zurückzuführen sind: das Kabel, die Befestigung, den Tester oder den Techniker. Kevin Ellsworth, Produktmanager bei Cirris Systems Corp., stellt fest, dass alle guten Kabel ausfallen, wenn ein defektes Kabel als primäres Kabel zum Erstellen eines Testprogramms verwendet wird, weil sie mit schlechten Testanweisungen getestet wurden.

Der beste Weg, um herauszufinden, ob ein bestimmtes Kabel das Problem ist, besteht darin, ein anderes Kabel mit demselben Testprogramm zu testen. Wenn Sie einigermaßen sicher sind, dass beide Kabel korrekt sein sollten, Sie aber bei beiden den gleichen Fehler erhalten, liegt der Fehler möglicherweise am Testaufbau und nicht an den Kabeln. Eine andere Möglichkeit, diese Schlussfolgerung zu bestätigen, besteht laut Ellsworth darin, dass das Originalkabel die Prüfung auf einem anderen Tester besteht.

„Eine nicht korrekt gebaute und installierte Vorrichtung kann zu Testfehlern führen“, sagt Ellsworth. „Um festzustellen, ob die Vorrichtung die Fehlerursache ist, erstellen Sie ein neues Testprogramm. Wenn der Fehler weiterhin auftritt, liegt das Problem wahrscheinlich an der Vorrichtung, die ersetzt oder repariert werden kann.“

Was den Tester betrifft, kann entweder seine Schnittstelle (der für den Benutzer sichtbare Teil des Testers) oder das Gerät selbst dazu führen, dass Kabelbäume die elektrischen Tests nicht bestehen. Probleme mit der Schnittstelle können manchmal vom Benutzer behoben werden, während Probleme mit dem Gerät möglicherweise vom Lieferanten des Testers untersucht werden müssen. Ellsworth sagt, dass verschiedene Komponenten im Gehäuse des Geräts zu einem schlechten Betrieb führen können.

Um genau zu bestimmen, ob ein bestimmter Tester das Problem verursacht, überprüfen Sie ihn auf offensichtliche Anzeichen von Mängeln, tauschen Sie seine Adapter aus und stellen Sie sicher, dass sich im Testbereich keine Fremdkörper (insbesondere Metall) befinden. Analysieren Sie dann die Kabel und Befestigungen am betreffenden Tester und an einem anderen Tester und vergleichen Sie die Ergebnisse.

Kabelbaumhersteller verwenden häufig den Easy Touch Pro-Tester von Cirris, um Widerstände, Dioden, Kondensatoren, LEDs, Schalter und verdrillte Paare genau auf Unterbrechungen, Kurzschlüsse und Fehlverdrahtungen zu testen. Der Tester läuft mit der Easy-Wire-Software auf einem Windows 10-Betriebssystem und bietet 128 Testpunkte pro Box (maximal 1.024). Das eigenständige Gerät bewältigt Spannungen von 1.500 VDC und verarbeitet Daten bis zu dreimal schneller als sein Vorgänger, der Easy Touch. Das verbesserte Modell verfügt außerdem über einen hochauflösenden 10,4-Zoll-Farb-Touchscreen aus Dragontrail-Glas (dünn, leicht und beschädigungsresistent).

„Es gibt viele Möglichkeiten, um festzustellen, warum ein Kabelbaum ausfällt, einschließlich Inspektion, Demontage sowie mechanische Tests von Crimp- und Lötverbindungen“, sagt Strangio. „Darüber hinaus können elektrische oder mechanische Fehler dazu führen, dass der Kabelbaum eine Qualitätsprüfung nicht besteht.“

Laut Strangio ist es wichtig, dass die Person, die den Test durchführt, dies fehlerfrei durchführt. Dies bedeutet, dass die Person vorsichtig mit dem Kabelbaum umgehen muss (um Kerben in der Isolierung, verbogene Stifte usw. zu vermeiden), den Tester ordnungsgemäß aufstellen, alle Verfahren durchführen und die erforderliche Kennzeichnung und zugehörige Dokumentation bereitstellen muss.

„Wenn die Testparameter und -verfahren nicht ausreichend definiert sind oder die Testausrüstung nicht ordnungsgemäß eingerichtet ist, besteht die Gefahr, dass der Kabelbaum besteht, obwohl er versagen sollte – und dann versagt, während er beim Endbenutzer in Betrieb ist“, erklärt Strangio. „Das umgekehrte Szenario besteht darin, dass der Kabelbaum möglicherweise ausfällt, obwohl er ordnungsgemäß funktioniert. Dies ist zwar weniger kritisch, führt jedoch zu einem Produktivitätsverlust. Daher ist es immer am besten, jede mögliche Grundursache zu untersuchen, wenn mehrere Fehler gefunden werden.“

Der Hochspannungstester HVX-21 von CAMI hat eine Stromempfindlichkeit von 0,1 Mikroampere und eine maximale Prüfspannung von 2.100 VDC. Der Tester wurde entwickelt, um den branchenüblichen A620B-Testrichtlinien zu entsprechen. Er ermöglicht es Technikern, Hoch- und Runterfahren, Verweilzeit (Testzeit), Auslösestrom und Auslöseverzögerung (Haltezeit) für jede Anwendung gezielt zu programmieren. Außerdem werden für jedes getestete Kabel Berichte in Archivqualität erstellt, in denen oben deutlich „Bestanden“ oder „Nicht bestanden“ steht. Jeder Bericht enthält Daten wie Prüfspannung, Leckstrom und Isolationswiderstand für jede Drahtgruppe.

„Der beste Weg, um festzustellen, warum ein Kabelbaum ausgefallen ist, kann von Anwendung zu Anwendung sehr unterschiedlich sein“, schließt Uddeborg. „Sie können ziemlich sicher sein, dass kleine Kabelbäume, die den Test durch den Prozess „Learn Known Good“ bestehen, korrekt verdrahtet sind. Bei großen Kabelbäumen wird es jedoch immer schwieriger, sicher zu sein. Diese Kabelbäume lassen sich oft besser mit Programmen testen, die in Excel erstellt wurden Bleche oder CAD-Daten.“

Im vergangenen Februar stellte MAHLE Service Solutions die Software Topology Diagnostics (TD) vor, die Technikern 2D-Topologiediagramme zur Verfügung stellt, die sofort priorisierte Kabelbaumfehlerbereiche bei Fahrzeugen anzeigen, die den End-of-Line-Test nicht bestanden haben. Mohan Sethi, Business Development Manager bei MAHLE, sagt, dass mindestens ein Automobilhersteller plant, die Software nach Abschluss eines Testversuchs im ersten Halbjahr dieses Jahres zu implementieren.

„Ein Techniker führt die Software aus und sieht innerhalb von Sekunden ein fahrzeugspezifisches Topologiediagramm und zeigt eine priorisierte Liste der Anschlüsse an, die den Fehler verursachen könnten“, erklärt Sethi. „Die Software zeigt dem Techniker die Anschlüsse, Pinbelegungen, Kabelfarben und möglicherweise 3D-Komponentenpositionen an, wo das Problem liegen könnte. Dadurch entfällt die zeitaufwändige Überprüfung komplexer Schaltpläne und Diagnosen, die das Zerlegen mehrerer Systeme erfordern, um die Verkabelung zu finden.“ Probleme."

Laut Andreas Huber, Geschäftsführer bei MAHLE, benötigt TD keine spezielle Hardware oder Anschlüsse, um auf das Fahrzeug zuzugreifen. Wenn die Software ausgeführt wird, erkennt sie schnell „keine Kommunikation“-Fehler auf Modulebene und Fehlercodefehler bei der Diagnose. Es bietet auch eine Analyse der Probleme.

„Techniker erhalten eine schnelle Diagnose des Problems und ein vereinfachtes Diagramm mit Pin-Nummern“, sagt Huber. „Die priorisierte Liste der zu prüfenden Steckverbinder basiert auf der Schaltungslogik mit einer in die Steckverbinderpriorität integrierten ‚wahrscheinlichen Fehlerursache‘.“

Sethi sagt, dass MAHLE Techniker im Werk im Umgang mit der Software schult und dass das Unternehmen plant, die Software in naher Zukunft im Reparaturbereich der Automobilindustrie einzuführen. MAHLE entwickelte die Software in Zusammenarbeit mit der Tweddle Group, einem technischen Informationsdienstleister. MAHLE Service Solutions ist ein Geschäftsbereich von MAHLE Aftermarket Inc.

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.