EuroWire January 2016

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Technischer artikel
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Das Messen der Konzentrizität eines
Leiters in der Isolation sichert die
Herstellung hochwertiger Kabel.
Während der Kabelherstellung sollte
das Messsystem den Einfluss der
produktionsbezogenen Variablen, die
das Messergebnis beeinflussen könnten,
völlig ausgleichen, wie z. B. Winkelposition
des Kabels und Kurvenradien des Leiters.
Durch Konzentrizitätsmesssysteme, in
Kombination mit einem integrierten
oder externen Prozessorsystem,
können die Kurzzeitschwankungen der
Exzentrizität in der Form einer Punktwolke
visualisiert werden. Das System
legt den Grundstein zur Produktion
hochwertiger Kabel und garantiert ein
zuverlässiges, perfektes Kabel während
des Montageprozesses. Außerdem trägt
es zur Prozesszuverlässigkeit und zu
Kosteneinsparungen bei.
Messsystem für die
Konzentrizitätsmess-
ung eines Leiters in
der Isolation unter
Einwirkung einer
Oszillation, der
Winkelposition des
Kabels oder einer
Biegung des Kabels in
der Messebene
Das Messsystem (Abb. 1) basiert auf einer
optischen und induktiven Messtechnik.
Mit dem induktiven Messsystem, das
zwischen zwei optischen Messebenen
angeordnet ist, wird die genaue Position
des Leiters bestimmt.
Mit dem optischen System wird dagegen
die Position des Kabels gemessen. Ein
Exzentrizitätswert ergibt sich, wenn
sich beide Positionen voneinander
unterscheiden. Gleichzeitig erfasst das
optische System genau den Durchmesser
und die Ovalität des Kabels. Alle
erforderlichen Berechnungen und Analysen
werden im Messsystem durchgeführt.
Die Messwerte stehen von verschiedenen
Schnittstellen aus zur Verfügung, um die
Daten an eine Anzeige- und Bedieneinheit
oder an einen Linienrechner zu übertragen.
Induktiver Messkreis
Das Kabel läuft durch einen
Ringkerntransformator, der einen
Wechselstrom von einigen Milliampere
im Leiter generiert. Der Wechselstrom
erzeugt ein magnetisches Feld, das den
Leiter optimal kreisförmig umgibt und die
Intensität reduziert sich exponentiell mit
dem Abstandsquadrat. Im Messsystem
werden induktive Sensoren in einem
bestimmten Abstand radial um den
Leiter gestellt. Mit Hilfe dieser Sensoren
wird aus der Verteilung der Intensität
der magnetischen Feldstärke die genaue
Position des Leiters mit hoher Präzision
berechnet.
Dank der Kombination von mehreren
optischen Sensoren und der
Sonderausführung der induktiven
Sensoren, wird eine Winkelposition
oder eine Biegung im Kabel erfasst und
automatisch ausgeglichen. Das sichert eine
präzise Exzentrizitätsmessung. Durch die
automatische Zentrierung des Messkopfs
gegenüber der Kabelposition, kann das
Messsystem jederzeit präzise Messwerte
bieten, auch wenn die Zugkräfte im Kabel
variieren. Führungsrollen sind überflüssig
bei automatischen Einstellköpfen.
Die Anordnung des induktiven
Messsystems für die Bestimmung der
Leiterposition in der Mitte des Messkopfs,
in Kombination mit der ferromagnetischen
Abschirmung, vermeidet, dass
Umweltvariablen einen Einfluss auf
den Exzentrizitätsmesswert haben. Aus
diesem Grund haben nicht einmal ein
passierender Gabelstapler, eine verlegte
Kühlwanne oder sich verändernde
Erdungsbedingungen, einen Einfluss auf
das Messergebnis.
Optischer Messkreis
Die optische Messung basiert auf dem
Prinzip der Beugungsanalyse, verbunden
mit impulsgesteuerten Laserdioden,
der Lichtstrahl von den Dioden
projiziert ein Abbild der Ader auf dem
CCD-Linearsensor in jeder Messachse
mit einer Auslagerungszeit von 0,25
Mikrosekunden. Die Systeme messen
über 4-Achsen (an 8-Punkten) die Position
und die Breite der Schatten. Aus der Lage
der Schatten in Relation zur bestimmten
Position des Leiters berechnen
Signalprozessoren den genauen Wert der
Exzentrizität und von den Breiten der vier
Schatten werden der Außendurchmesser
und die Ovalität berechnet.
Die Messwerte des Außendurchmessers,
falls erforderlich in Kombination
mit dem Leiterdurchmesser (die
Wanddicke), eignen sich dazu die
Produktionsleistung des Extruders oder
die Abzugsgeschwindigkeit des Kabels
derart zu ändern, dass die Messwerte
entsprechend des jeweiligen Nennwerts
festgelegt werden. Darüber hinaus
sind Messwerte mit engen Toleranzen
von wesentlicher Bedeutung für die
Montage. Jeder dieser Werte beeinflusst
den Wellenwiderstand (z. B. verseilte
LAN-Kabel) und demzufolge den Wert
für die Rückflussdämpfung (SRL) eines
Datenübertragungskabel, insbesondere
wenn Abweichungen dieser Werte
periodisch auftreten.
Mit Hilfe der Fast Fourier-Transformation
(FFT), eignet sich die hohe Scanrate
von 2.500 Messungen/Sekunde für die
Erstellung einer Vorhersage für die SRL
abhängig von der Übertragungsfrequenz,
auch bei Liniengeschwindigkeiten von
3.000 Meter/Minute sowohl für laufende
wie für zukünftige CAT-Spezifikationen.
Wird eine Spezifikation über die minimale
Wanddicke für die Kabelisolation geliefert,
so führt jede Exzentrizität unweigerlich
zu einem erhöhten Verbrauch des
Isolationsmaterials. Demzufolge sollten
die Exzentrizitäten aus wirtschaftlichen
Gründen reduziert werden.
Erfassung der
oszillierenden
Exzentrizitätswerte
Mit einer Scanrate von 2.500 Messungen
pro Sekunde, erfasst das Messsystem
oszillierende Exzentrizitätswerte mit
höchster Einzelwertgenauigkeit. Visualisiert
werden diese Werte in der Form einer
Punktwolke (Abb. 3, 4 und 5).
Die Punktwolke bietet eine weitere
Möglichkeit, um die laufende Messung
in prozessor-basierten Anzeige- und
Bedieneinheiten zu visualisieren, und
dank dieser kann die Verteilung von
Kurzzeitschwankungen der Exzentrizität
graphisch dargestellt werden. Jeder Punkt
stellt einen Einzelwert der Exzentrizität
bezogen auf Wert und Richtung dar. Die
gesamte Verteilung der Punktwolke hebt
▼ ▼ Abb. 1: Einrichtungen für die Konzentrizitätsmess-
ung eines Leiters in der Isolation