Title:
Leitungsüberwachung auf Beschädigung der Ummantelung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit wenigstens einem Innenleiter (1) innerhalb des Kabels, einer den wenigstens einen Innenleiter (1) umfassenden Isolation (2), einer diese Isolation (2) umfassenden leitfähigen Schirmung (3) und einer äußeren Ummantelung (4), welche die leitfähige Schirmung (3) umschließt. Bisherige Überwachungsvorrichtungen, welche einen Isolationsmonitor (6) aufweisen, können einen Isolationswiderstand zwischen dem Innenleiter (1) und der leitfähigen Schirmung (3) erfassen. Durch eine Umschalteinrichtung (7) kann auf eine Messschaltung (8) umgeschaltet werden, sodass ein Isolationswiderstand zwischen der leitfähigen Schirmung (3) und der Erde gemessen werden kann. Aufgrund dieser Widerstandsmessung ist es möglich, Beschädigungen (5) am Ladekabel (11) frühzeitig zu erkennen.





Inventors:
Schoenen, Timo, Dipl.-Ing. (71067, Sindelfingen, DE)
Benecke, Juergen, Dipl.-Ing. (FH) (71636, Ludwigsburg, DE)
Marquardt, Rene (71083, Herrenberg, DE)
Application Number:
DE102017005306A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
06/02/2017
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:
G01R31/02; H01B7/32; H02J7/00
Claims:
1. Leitungsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit
– wenigstens einem Innenleiter (1) innerhalb des Kabels,
– einer den wenigstens einen Innenleiter (1) umfassenden Isolation (2),
– einer diese Isolation (2) umfassenden leitfähigen Schirmung (3) und
– einer äußeren Ummantelung (4), welche die leitfähige Schirmung (4) umschließt,
gekennzeichnet durch,
– eine Messschaltung (8), welche ausgebildet ist, einen Widerstand zwischen der leitfähigen Schirmung (3) und einer vorgegebenen elektrischen Masse zu messen.

2. Leitungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Isolationsmonitor (6) zur Ermittlung eines Widerstands zwischen den wenigstens einen Innenleiter (1) und der leitfähigen Schirmung (3) sowie einer Umschalteinrichtung (7), die ausgebildet ist, für die Widerstandsmessung zwischen Isolationsmonitor (6) und Messschaltung (8) umzuschalten.

3. Leitungsüberwachungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (7) nach vorgegebenen Kriterien ausführbar ist.

4. Leitungsüberwachungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Kabel als Ladeleitung beziehungsweise Ladekabel (11) zum Laden eines Fahrzeugs ausgebildet ist.

5. Leitungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Stromquelle zum Laden des Fahrzeugs keine galvanische Trennung zum Ladekabel (11) aufweist.

6. Verfahren zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit einer leitfähigen Schirmung (3) mit den folgenden Schritten:
– Anschließen einer Messschaltung (8) an die leitfähige Schirmung (3) und an eine vorgegebene elektrische Masse,
– Beaufschlagen einer Testspannung auf die Schirmung (3),
– Messes eines Widerstands von der Schirmung (3) zur vorgegebenen elektrischen Masse.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit wenigstens einem Innenleiter innerhalb des Kabels, einer den wenigstens einen Innenleiter umfassenden Isolation, einer diese Isolation umfassenden leitfähigen Schirmung und einer äußeren Ummantelung, welche die leitfähige Schirmung umschließt.

Mit zunehmender Förderung der Elektromobilität werden in Zukunft vermutlich auch vermehrt Ladestationen zum Laden von Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Dazu wird bei kabelgebundenem Laden eine Ladeleitung verwendet werden, welche das Fahrzeug mit der Ladestation verbindet und es entsprechend auflädt. Ein Kraftfahrzeug wird in diesem Fall nicht mit flüssigem Kraftstoff betankt, sondern mit elektrischem Strom aufgeladen. Wird die Ladeleitung im Laufe der Zeit beispielsweise blank gescheuert, so kann über kurz oder lang eine spannungsführende Leitung freigelegt werden. Wird diese spannungsführende Leitung durch eine Person berührt, so kann es unter speziellen Umständen zu einem elektrischen Schlag kommen.

Durch eine Schirmung der Leitung ließen sich die Erkennungsmöglichkeiten für diesen Fehlerfall verbessern. Diese leitfähige Schirmung muss auf der Ladestationsseite mit einem Schutzleiter verbunden werden. Jedoch bleibt eine Verletzung einer äußeren Ummantelung eines geschirmten Kabels zunächst unentdeckt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 102 18 399 A1 geht ein mehradriges Abschirmkabel mit mehreren einzelnen Kernkabeln hervor. Eine leitfähige Ummantelung umgibt die Kernkabel. Ein erster Isoliermantel umgibt die leitfähige Ummantelung. Zwei ein Paar bildende Harzelemente, die jeweils mit einer halbellipsenförmigen Nut versehen sind, werden durch Wärmeeinwirkung einstückig miteinander verbunden, um ein ellipsenförmiges Durchgangsloch zu bilden, in dem der erste Isoliermantel aufgenommen wird. Das Resultat ist ein ellipsenförmiges Kabel, welches neben einer Hauptachse eine weitere Nebenachse aufweist. Die Längen dieser beiden Achsen sind in der Regel unterschiedlich.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, Beschädigungen von geschirmten Kabeln, insbesondere von Ladekabeln zum Laden eines Kraftfahrzeugs, an der äußeren Ummantelung zuverlässig zu erkennen.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung sieht eine Leitungsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit wenigstens einem Innenleiter innerhalb des Kabels, einer den wenigstens einen Innenleiter umfassenden Isolation, einer diese Isolation umfassenden leitfähigen Schirmung und einer äußeren Ummantelung vor, welche die leitfähige Schirmung umschließt. Diese Leitungsüberwachungsvorrichtung zeichnet sich durch eine Messschaltung aus, welche ausgebildet ist, einen Widerstand zwischen der leitfähigen Schirmung und einer vorgegebenen elektrischen Masse zu messen. Diese Leitungsüberwachungsvorrichtung kann bereits eine Verletzung der äußeren Ummantelung außerhalb der leitfähigen Schirmung erkennen, bevor die Isolation zu dem Innenleiter beschädigt wurde. Damit kann sich eine Verbesserung der Erkennung von Schäden an dem geschirmten Kabel ergeben.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht eine Leitungsüberwachungsvorrichtung mit einem Isolationsmonitor zur Ermittlung eines Widerstands zwischen den wenigstens einen Innenleiter und der leitfähigen Schirmung sowie einer Umschalteinrichtung vor, die ausgebildet ist, für die Widerstandsmessung zwischen Isolationsmonitor und Messschaltung umzuschalten. Wird der Isolationsmonitor derart eingesetzt, so dient er in der Regel dazu, den Innenleiter, in diesem Fall eine spannungsführende Leitung, zu überwachen. Somit ergeben sich in dieser vorteilhaften Weitergestaltung der vorliegenden Erfindung eine Überwachung des Innenleiters eines geschirmten Kabels und eine Überwachung, welche die äußere Ummantelung auf Beschädigungen überprüfen kann. Der Innenleiter kann auch als spannungsführende Leitung ausgebildet sein. Die Überwachung von inneren spannungsführenden Leitungen kann somit sinnvoll durch die Überwachung von äußeren Bestandteilen des Kabels ergänzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Leitungsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Umschalteinrichtung nach vorgegebenen Kriterien ausführbar ist. Da häufig der Isolationsmonitor und die Messschaltung nicht gleichzeitig aktiv sein können, ist es sinnvoll, mithilfe der Umschalteinrichtung zwischen dem Isolationsmonitor und Messschaltung umzuschalten. Es ist besonders vorteilhaft, dies nicht willkürlich, sondern nach vorgegebenen Kriterien auszuführen. Wird beispielsweise ein geschirmtes Kabel sehr häufig bewegt, so kann es sinnvoll sein, in diesem Fall häufiger zu der Messschaltung umzuschalten. Wird das geschirmte Kabel hingegen kaum bewegt, so kann beispielsweise die Überwachung der äußeren Ummantelung entsprechend reduziert werden.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine Leitungsüberwachungsvorrichtung vor, wobei das Kabel als Ladeleitung zum Laden eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Die vorgeschlagene Leitungsüberwachungsvorrichtung macht insbesondere dann Sinn, wenn die Leitung im Kundenbetrieb bewegt und angefasst werden muss und eine Gefahr der mechanischen Beschädigung vorliegt. So dürfte beispielsweise bei einer Telefonleitung eine aufwändige Leitungsüberwachungsvorrichtung kaum gerechtfertigt sein. Bei einer Ladeleitung zum Laden eines Fahrzeugs können Spannungen von mehreren 100 V auftreten und die Leitung wird auch im Betrieb kontinuierlich bewegt. Aus diesem Grund ist das Gefahrenpotenzial bei einer Beschädigung dieser Ladeleitung entsprechend erhöht. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn eine Beschädigung dieser Ladeleitung rechtzeitig, in diesem Fall bereits bei einer Beschädigung der äußeren Ummantelung, erkannt wird. Dies kann dazu beitragen, die Sicherheit von Ladeleitungen zum Laden eines Fahrzeugs zu erhöhen.

In einer weiteren Option der vorliegenden Erfindung ist eine Leitungsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, wobei eine Stromquelle zum Laden des Fahrzeugs keine galvanische Trennung zum Kabel aufweist. In diesem Fall ist eine Überwachung des Innenleiters mittels Isolationsmonitors nicht möglich. In diesem Fall kann die vorgeschlagene Messschaltung eingesetzt werden, um frühzeitig eine Beschädigung der äußeren Ummantelung zu erkennen. In dieser Konfiguration kann auf eine Umschalteinrichtung verzichtet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Überwachung eines geschirmten Kabels mit einer leitfähigen Schirmung mit den folgenden Schritten bereit. Zunächst wird eine Messschaltung an die leitfähige Schirmung und an eine vorgegebene elektrische Masse angeschlossen. Die Schirmung wird mit einer Testspannung beaufschlagt. Mithilfe der Messschaltung wird ein Widerstand von der Schirmung zur vorgegebenen elektrischen Masse gemessen. In der Regel wird die Testspannung sehr gering ausfallen, insbesondere können Spannungen von bis zu 60 V zum Einsatz kommen. Mit diesem Verfahren kann eine Verletzung des äußeren Mantels des geschirmten Kabels rechtzeitig erkannt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

1 Aufbau einer Ladeleitung im intakten sowie beschädigten Zustand,

2 eine Ladestation mit integrierter Leitungsüberwachungsvorrichtung, woran die Ladeleitung angeschlossen ist.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Ladekabels 11, welches beispielsweise dazu verwendet wird, ein Fahrzeug elektrisch aufzuladen. Das Ladekabel 11 weist in diesem Beispiel mehrere Innenleiter 1 auf. Diese Innenleiter können strom- bzw. spannungsführend sein, vor allem bei Ladevorgängen. In diesem Beispiel sind es drei Innenleiter 1. Jeder dieser Innenleiter 1 wird von einer Isolation 2 umschlossen. Die so isolierten Innenleiter 1 werden von einer leitfähigen Schirmung 3 umgeben. Nach außen wird das Ladekabel 11 durch eine äußere Ummantelung 4 begrenzt, welche die leitfähige Schirmung 3 umschließt. Der Aufbau dieses Ladekabels 11 entspricht der eines geschirmten Kabels. Wäre nur ein Innenleiter 1 vorhanden, so würde das Ladekabel 11 einem Koaxialkabel sehr ähnlich sein.

Die 1 zeigt zwei Zustände des Ladekabels 11. Das Ladekabel 11 kann auch als Ladeleitung ausgeführt sein. Das rechte Beispiel in 1 zeigt ein intaktes Ladekabel 11. Dagegen weist das linke Ladekabel 11 an der linken Stelle, an der neun Uhr Position, eine Beschädigung auf. An dieser Stelle ist die äußere Ummantelung 4 verletzt, sodass eine Verschlechterung des Isolationswiderstands eintreten kann. Dieser Isolationswiderstand wird durch eine Messschaltung 8 gemessen. Bei entsprechender Änderung des Isolationswiderstands kann auf eine Beschädigung 5 der äußeren Ummantelung 4 geschlossen werden. Eine Verletzung der äußeren Ummantelung 4 beziehungsweise deren Beschädigung 5 kann beispielsweise durch Überfahren, Quetschungen, usw. entstehen. Dabei kann zum Beispiel durch Feuchtigkeit eine Reduzierung des Isolationswiderstands zwischen der leitfähigen Schirmung 3 und der Umgebung eintreten. In der Regel ist die Umgebung die Erde.

Durch die Messschaltung 8 kann der Isolationswiderstand bestimmt werden und unterschreitet dieser einen vorgegebenen Wert, so kann von einer Beschädigung der äußeren Ummantelung 4 ausgegangen werden. Das zuvor geschädigte Ladekabel 11 stellt noch kein Sicherheitsrisiko dar, da die Isolation 2 der einzelnen Innenleiter 1 noch intakt ist. Jedoch ist es möglich, auf Grundlage der erkannten Isolationsverschlechterung im Vorfeld geeignete Maßnahmen zu bestimmen beziehungsweise zu ergreifen. So könnte beispielsweise der Betrieb des Ladekabels 11 unterbunden werden beziehungsweise der Wartungsservice rechtzeitig informiert werden.

2 zeigt eine Ladestation 10 mit integrierter Leitungsüberwachungsvorrichtung und dem Ladekabel 11, das einen Steckverbinder 9 zu einem Fahrzeug aufweist. Im Steckverbinder 9 zum Fahrzeug wird der Schirm nicht angeschlagen, so dass ein sehr hoher Isolationswiderstand vorliegt. In der Ladestation 10 wird die Messschaltung 8 eingesetzt, welche den Isolationswiderstand zwischen der leitfähigen Schirmung 3 und dem Erdpotenzial bestimmt. Darüber hinaus weist die Ladestation 10 in der Regel einen Isolationsmonitor 6 auf. Der Isolationsmonitor 6 wird in der Regel für die Widerstandsmessung zwischen dem Innenleiter 1 und der leitfähigen Schirmung 3 verwendet. Somit überwacht der Isolationsmonitor 6 eher den Innenbereich des Ladekabels 11, während die äußere Ummantelung 4 durch die Widerstandsmessung der Messschaltung 8 überwacht wird. In der Ladestation 10 befinden sich somit zwei verschiedene Widerstandsmessungen, welche durch eine Umschalteinrichtung 7 abwechselnd ausgeführt werden können.

Wird der Innenleiter 1 von dem Isolationsmonitor 6 überwacht, so sollte die Messschaltung 8 derart konzipiert sein, dass der Isolationsmonitor 6, der an den Innenleiter 1 angeschlossen ist, eine Verschlechterung des Isolationswiderstands zwischen dem Innenleiter 1 und der leitfähigen Schirmung 3 erkennen kann.

Der Isolationsmonitor 6 überwacht somit den Bereich vom Innenleiter 1 bis zur leitfähigen Schirmung 3, während die Messschaltung 8 bereits die Beschädigung 5 der äußeren Ummantelung 4 erkennen kann. 2 zeigt beispielhaft die Beschädigung 5 am Ladekabel 11. Die Beschädigung 5 tritt an der äußeren Ummantelung 4 auf. In diesem Fall würde sich ausgehend von der Erde an der Ladestation 10 über die Messschaltung 8, die leitfähige Schirmung 3, die Beschädigung 5 und darauf folgend wieder zur Erde zurück ein geschlossener Stromkreis ergeben, welche den Isolationswiderstand verändert.

Je nachdem welche Widerstandsmessung gewünscht ist, erfolgt eine entsprechende Einstellung der Umschalteinrichtung 7. Soll der Isolationswiderstand zwischen dem Innenleiter 1 und der leitfähigen Schirmung 3 gemessen werden, so wird die Umschalteinrichtung 7 auf den Isolationsmonitor 6 geschaltet. Im anderen Fall, wenn der Isolationswiderstand zwischen der leitfähigen Schirmung 3 und der Erde gemessen werden soll, wird die Umschalteinrichtung 7 auf die Messschaltung 8 geschaltet.

Besonders vorteilhaft ist es, die Umschalteinrichtung 7 flexibel auszugestalten. Dabei sind verschiedene Betriebsstrategien möglich. So kann vor dem Betrieb des Ladekabels 11 über die Messschaltung 8 der Isolationswiderstand zur Erde überwacht werden. Beim Start des Ladevorgangs kann beispielsweise über die Umschalteinrichtung 7 auf den Isolationsmonitor 6 umgeschaltet werden, sodass Beschädigungen 5 an dem Innenleiter 1 während des Ladevorgangs mittels des Isolationsmonitors 6 besser erkannt werden können.

Eine andere Betriebsstrategie wäre beispielsweise, die Umschalteinrichtung 7 während des Ladevorgangs auszuführen. Dies heißt, dass während des Ladevorgangs zwischen dem Isolationsmonitor 6 und der Messschaltung 8 umgeschaltet werden kann. Dieses Umschalten durch die Umschalteinrichtung 7 kann regelmäßig oder unregelmäßig erfolgen. Auch andere Betriebsstrategien können mit dieser vorliegenden Erfindung realisiert werden.

Die Idee der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auch auf galvanische getrennte Systeme, die eine andere Überwachung als den Isolationsmonitor 6 einsetzen. Auch Systeme, die keinen galvanisch getrennten Innenleiter 1 zur Stromquelle aufweisen, können mit dieser vorliegenden Erfindung überwacht werden. In diesem Fall kann auf die Umschalteinrichtung 7 verzichtet werden und die leitfähige Schirmung 3 würde direkt mit der Messschaltung 8 verbunden werden. Diese Leitungsüberwachungsvorrichtung kann jedoch auch für jede andere Art von Leitungen verwendet werden, bei der eine rechtzeitige Erkennung von äußeren Beschädigungen 5 erwünscht ist.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit der erfindungsgemäßen Leitungsüberwachungsvorrichtung geschirmte Kabel, insbesondere Ladekabel 11 zum Aufladen von Elektrofahrzeugen, besser überwacht werden können. Im Gegensatz zu Systemen, die lediglich einen Isolationsmonitor 6 zur Überwachung aufweisen, beinhaltet die vorliegende Erfindung zusätzlich zum Isolationsmonitor 6 die Messschaltung 8, welche in der Lage ist, äußere Beschädigungen 5 am Ladekabel 11 rechtzeitig durch eine Widerstandsmessung zu erkennen. Somit kann die Beschädigung 5 des Ladekabels 11 bereits erkannt werden, bevor der Innenleiter 1 beschädigt ist. Dies bedeutet, dass die Leitungsüberwachung um einen weiteren Sicherheitsaspekt sinnvoll ergänzt wird.

Beschädigte Ladekabel 11 können frühzeitig erkannt werden und geeignete Maßnahmen können rechtzeitig initiiert werden. So kann beispielsweise der Betrieb des Ladekabels 11 unterbunden werden oder ein Servicetechniker informiert werden, bevor die Beschädigung 5 sich fortsetzt beziehungsweise verstärkt und dies zu Unfällen, zum Beispiel zu Stromschlägen, führen kann.

Bezugszeichenliste

1
Innenleiter
2
Isolation
3
Schirmung
4
Ummantelung
5
Beschädigung
6
Isolationsmonitor
7
Umschalteinrichtung
8
Messschaltung
9
Steckverbinder
10
Ladestation
11
Ladekabel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 10218399 A1 [0004]