Novedades en la tecnología de prueba de arneses

May 10, 2023

Las aplicaciones de vehículos eléctricos están impulsando la necesidad de voltajes de prueba más altos que los que se han requerido históricamente. Ilustración cortesía de Huber+Suhner

Este probador de nivel de entrada proporciona una medición de continuidad básica en arneses de cables pequeños. Foto cortesía de CAMI Research Inc.

Este probador de cables de alto voltaje autónomo está diseñado para una fácil integración dentro de los procesos de producción. Foto cortesía de Cirris Inc.

Los nuevos productos ahora hacen que sea más fácil probar los arneses de cableado que en el pasado. Foto cortesía de CAMI Research Inc.

Esta unidad portátil diseñada para pruebas de banco puede analizar 128 puntos de continuidad. Foto cortesía de DIT-MCO Internacional

Este nuevo producto proporciona medición automática y generación de informes de las condiciones de las pruebas ambientales. Ilustración cortesía de CAMI Research Inc.

Un arnés eléctrico automotriz grande puede contener cientos de cables, docenas de conectores y varios componentes electrónicos, como relés y diodos. A pesar del monitoreo de la fuerza de engarce, las pruebas de fuerza de tracción y otras verificaciones, no hay garantía de que cada conexión engarzada esté apretada, que cada pulgada de aislamiento no esté dañada y que cada cable se inserte en su destino correcto.

Ya sea que se use en un vehículo que rueda, flota o vuela, los arneses de cables y alambres deben pasar una serie de pruebas de continuidad, funcionalidad y seguridad. Las pruebas aseguran que las cosas no salgan mal, como fallas intermitentes, conexiones incorrectas, cables incorrectos, aperturas y cortocircuitos.

Los operadores pueden conectar cables y alambres a los probadores utilizando una variedad de métodos, que incluyen tableros enchufables, paneles y configuraciones montadas en bastidor. Un probador estándar puede probar simultáneamente 1000 conexiones entre puntos en 3 segundos, proporcionando datos de medición para cada conexión.

A pesar de los aumentos recientes en los altos voltajes y las velocidades de prueba, las pruebas de continuidad siguen siendo populares. De hecho, el proceso básico se ha mantenido relativamente sin cambios durante décadas.

El probador generalmente se encuentra en un accesorio, tablero de arnés, mesa de prueba o mesa estándar. Los fabricantes que usan una placa prueban los arneses a medida que se construyen. Una mesa de prueba cuenta con una serie de bloques de conectores o mosaicos que sirven como accesorio de acoplamiento. Al probar arneses simples, es económico usar una mesa estándar y un probador independiente.

El operador ajusta el probador a un voltaje bajo especificado, como de 5 a 15 voltios, y un umbral de resistencia (en ohmios), lo conecta a un dispositivo de acoplamiento y enchufa todos los conectores del arnés en el dispositivo de acoplamiento. El probador funciona continuamente.

En fracciones de segundo, genera y aplica corriente a todos los puntos de prueba de cables en una secuencia específica. Los resultados de la prueba aparecen en el panel de visualización. Si no se detecta ningún fallo, se muestra un pase, acompañado de un tono. Cuando se detecta una falla, el probador se detiene. Muestra los números de conector y pin, e indica si el problema es un cortocircuito o un circuito abierto.

Un cortocircuito ocurre cuando fluye demasiada corriente a través del cable. Se produce una apertura cuando el flujo de corriente se detiene debido a una alta resistencia.

La pantalla permanece encendida e impide realizar más pruebas hasta que se resuelva el problema. Los probadores basados ​​en PC muestran esta información en un monitor de computadora, a menudo con imágenes de las conexiones afectadas.

El término "alto voltaje" está sujeto a debate y, a menudo, depende de una aplicación particular. Por ejemplo, los arneses de cableado que se usan en aviones o vagones suelen tener ensamblajes más grandes y complejos que requieren más puntos de prueba y voltajes más altos que los que se encuentran en los electrodomésticos o dispositivos médicos.

"Las aplicaciones aeroespaciales tienden a clasificarse en el rango de 500, 1000 y 1500 voltios de CC", dice Brent Stringham, director de ventas, marketing y servicio al cliente de DIT-MCO International, una empresa que se especializa en equipos de prueba para la industria aeroespacial. Aplicaciones ferroviarias y de defensa. "En esas industrias, cualquier cosa por debajo de los 500 voltios se considera de bajo voltaje.

"Cualquier cosa por encima de 1500 voltios de CA o 2000 voltios de CC se considera un voltaje extra alto", señala Stringham. "En la industria ferroviaria, incluso vemos algunas aplicaciones que requieren hasta 5000 o 6000 voltios CC y CA".

"Una de las mayores diferencias entre las pruebas de bajo y alto voltaje tiene que ver con los requisitos de seguridad", agrega Ryan Balcom, gerente general de Electric Continuity and Components (ECC), una empresa que se especializa en accesorios de continuidad para ayudar con la construcción. y prueba de mazos de cables. También fabrica accesorios para pruebas funcionales de componentes automotrices, como conjuntos de tableros, fascias delanteras y traseras y conjuntos de asientos.

"Las pruebas de continuidad de bajo voltaje generalmente se realizan en una estación de trabajo frente a un operador con dispositivos portátiles", explica Balcom. "El operador está allí todo el tiempo. Las pruebas de alto voltaje, por otro lado, a menudo deben realizarse en forma aislada y lejos de las personas".

Algunos probadores de bajo voltaje solo realizan pruebas de continuidad. Otros tienen la capacidad de detectar y accionar componentes del arnés, incluidos relés, interruptores, sensores, condensadores, resistencias, conectores y diodos.

Los probadores de alto voltaje a menudo se usan para pruebas de hipot (alto potencial) y resistencia de aislamiento. En una prueba hipot, se aplican 1000 o más voltios (corriente continua) a todos los puntos de prueba para ver si la corriente fluye o no de un punto a otro. Si no fluye corriente, los puntos de prueba están debidamente aislados. La prueba de resistencia de aislamiento verifica la calidad del aislamiento del cable.

Algunos productos de sobremesa, como el popular probador HVX de CAMI Research Inc., pueden realizar pruebas totalmente automatizadas tanto de bajo como de alto voltaje. Es uno de los sistemas de prueba de cables y arneses CableEye de la empresa. Cada uno proporciona verificaciones de pasa-falla, herramientas de diagnóstico, generación de esquemas de cableado automático, diseño de cables, registros e informes, administración de archivos e integración con equipos externos.

"Después de verificar aperturas, cortocircuitos, errores de cableado y límites de resistencia, el sistema HVX aplica un voltaje seleccionable por el usuario a cada grupo de conexión en el cable desde 10 voltios hasta el voltaje máximo de CC-CA", dice Margaret Bishop, Ph.D., Gerente técnico de marketing en CAMI. La rampa ascendente, la rampa descendente, el tiempo de permanencia (tiempo de prueba), la corriente de disparo y el retardo de disparo (tiempo de absorción) son ajustables. La corriente de fuga detectada durante la fase de prueba de alto voltaje proporciona una medida de la calidad del aislamiento.

"Se puede registrar una resistencia de aislamiento de hasta 1 o 5 gigaohmios, con una sensibilidad de corriente de 1 µA o 0,2 µA para los modelos HVX o HVX-21 respectivamente", explica Bishop. "Cualquier corriente de fuga que exceda un límite preestablecido por el usuario revela la presencia de humedad, flujo u otra contaminación en los contactos expuestos. Con nuestros sistemas, los usuarios pueden ver, registrar y crear informes de los resultados de las pruebas para cada conexión, incluido el voltaje de prueba, la corriente de fuga y el aislamiento. resistencia."

El HVX, que contiene subsistemas de bajo y alto voltaje, permite ampliar las pruebas de resistencia de aislamiento, ruptura dieléctrica y voltaje de ruptura del diodo Zener. Una opción de medidas avanzadas proporciona una mayor resolución de resistencia de dos hilos y permite la medida de condensadores, capacitancia de pares de hilos, pruebas de par trenzado y longitud de cable y longitud de rotura. Una opción de medición de resistencia Kelvin de cuatro hilos proporciona una medición de resistencia de hasta 1 mΩ.

"Al igual que con todos nuestros modelos, cuando se utilizan tarjetas de interfaz de prueba precargadas y preconfiguradas, el software muestra automáticamente un gráfico de los conectores, además del cableado bajo prueba", señala Bishop. "El probador se puede programar fácilmente para hacer lo mismo con tableros y accesorios personalizados.

"Nuestros sistemas de prueba están realmente preparados para el futuro, lo que permite actualizaciones de hardware y actualizaciones de software realmente sencillas a través de la descarga desde nuestro sitio web", dice Bishop. "Los sistemas CableEye que se compraron hace más de 10 años ahora funcionan con nuestra versión de software más reciente y usan funciones que no estaban disponibles cuando se adquirieron los probadores.

"Por ejemplo, simplemente actualizando su software, un usuario con un sistema más antiguo ahora podrá generar instrucciones de trabajo emergentes para el operador, una función que no existía hace algunos años", señala Bishop. "Este grado de preparación para el futuro viene con ser un sistema real basado en PC. Otros sistemas con una computadora integrada no son tan flexibles y, en consecuencia, se quedan atrás en los avances tecnológicos.

"Hay una tendencia a que algunas especificaciones requieran voltajes innecesariamente altos, debido a la falta de comprensión de lo que ya es capaz con la tecnología actual", afirma Bishop. "Desafortunadamente, el fabricante de arneses no suele estar en condiciones de hacer retroceder esas especificaciones, que en consecuencia promulgan a través de la cadena de suministro.

"Hemos visto varios casos en los que hemos determinado que los objetivos de la prueba se pueden lograr fácilmente con los voltajes más bajos utilizando sistemas con mayor sensibilidad a la corriente de fuga", señala Bishop.

Existe una necesidad continua de optimizar el proceso de configuración y programación de pruebas, particularmente en empresas que ensamblan una gran variedad de productos. Proporcionar métodos y herramientas para simplificar estos procesos es clave para satisfacer esta necesidad.

"Estamos viendo un mayor interés en integrar nuestros probadores con otros equipos y compartir datos de prueba con los sistemas de información de la empresa", dice Kevin Shelley, gerente de productos de Cirris Inc., un proveedor líder de equipos de prueba de arneses de cables que fue adquirido recientemente por la Grupo Schleuniger.

"Los ensamblajes de interconexión se están volviendo más complejos y, con esa tendencia, existe la necesidad de probar ensamblajes y componentes más complejos", explica Shelley. "[Además], la presión por mejorar la productividad está empujando a las empresas a automatizar los procesos de prueba cuando las cantidades de producción justifican la inversión.

"Estamos viendo una mayor demanda de datos de resultados de pruebas, tanto para documentar pruebas como para análisis", señala Shelley. "Hemos respondido a esta necesidad con nueva funcionalidad de conectividad de software y hardware.

"También estamos viendo una mayor demanda para probar a voltajes más altos, no solo en el mercado automotriz, sino también para otros vehículos eléctricos, además de aplicaciones de tránsito masivo y en vuelo", dice Shelley.

La creciente demanda de vehículos eléctricos está impulsando la necesidad de probar mazos de cables y cables de alto voltaje en la industria automotriz, porque los sistemas eléctricos son responsables de una variedad de funciones de arranque, conducción, carga y descarga.

Los arneses de cables y alambres se utilizan para conectar los puertos de carga a las baterías y para conectar las baterías a los motores de tracción y otros componentes del tren de transmisión. Para garantizar que solo se instalen arneses precisos y completamente funcionales en los vehículos, se debe probar la continuidad, el aislamiento y la resistencia eléctrica de los cables y alambres.

"Las aplicaciones de vehículos eléctricos están impulsando la necesidad de voltajes de prueba más altos que los que se han requerido históricamente", afirma Shelley. "Siempre ha habido un segmento del mercado que necesita la capacidad de realizar pruebas a voltajes superiores a 2000 voltios CC o 1000 voltios CA, pero la [tendencia] EV ha aumentado drásticamente esta necesidad. Estas aplicaciones requieren adaptadores exclusivos de gran volumen para realizar pruebas características tanto físicas como eléctricas.

"Como miembro de la familia de empresas Komax, Cirris ha podido aprovechar la experiencia y las capacidades de nuestras empresas hermanas para producir y respaldar equipos que cumplen con los requisitos de mayor voltaje y satisfacen la necesidad de adaptadores de prueba EV", dice Shelley. "Para respaldar los altos volúmenes de producción de la industria automotriz, también hemos podido combinar nuestras capacidades de prueba con las capacidades de procesamiento e integración de cables de los miembros de nuestro equipo".

Según Shelley y otros expertos de la industria, la rápida evolución del mercado de vehículos eléctricos está imponiendo una nueva demanda a los proveedores de sistemas de prueba de cables.

"Hemos recibido solicitudes para probar hasta 20 000 voltios", dice Balcom de ECC. "Los ingenieros que escriben especificaciones no tienen un buen conjunto de estándares por los que guiarse. Por lo tanto, ahora están especificando voltajes que son mucho más altos que los que hemos visto en el pasado.

"Sin embargo, esas solicitudes no son solo en la industria automotriz", explica Balcom. "También estamos viendo interés en el sector de las energías alternativas, como las aplicaciones relacionadas con la energía solar.

"Para los vehículos eléctricos, tenemos algunos clientes que prueban cables y mazos de cables de hasta 6000 voltios, pero quieren una clasificación mucho más alta", señala Balcom. "La falta de estándares ha obligado a muchos ingenieros a apuntar mucho más alto para proporcionar un amplio margen de maniobra y construir una flexibilidad adicional para el futuro".

Normas como la ISO 6722-1 definen una amplia gama de pruebas que los cables de los vehículos deben superar para obtener la certificación.

"La mayoría de las veces vemos a nuestros clientes haciendo referencia al estándar IPC/WHMA-A-620 para aplicaciones generales de prueba de cables/arneses", dice Shelley. "El estándar militar MIL-STD-202 y el estándar espacial MIL-HDBK-83575 también se mencionan con mayor frecuencia. Estos tres estándares han existido durante algún tiempo, aunque ha habido enmiendas de vez en cuando.

"Los estándares de prueba de alto voltaje de EV están evolucionando rápidamente", afirma Shelley. "Los fabricantes de automóviles alemanes se han unido en un estándar LV 123 patentado como base para sus pruebas. En relación con las pruebas de cables EV, [también están] las normas IEC 62893 y EN50620".

Un nuevo estándar EV que se encuentra actualmente en desarrollo también puede ayudar a los ingenieros a abordar desafíos de prueba adicionales. IPC-7971 cubrirá todos los requisitos del proceso para ensamblar componentes de alto voltaje. Entre otras cosas, explicará qué es "aceptable" y qué se considera "malo" o "defectuoso".

El objetivo es crear un arnés de cableado de alto voltaje y un estándar de cable para mejorar la confiabilidad de campo de la movilidad eléctrica y la confiabilidad de la fabricación. Cada sección abordará temas como el ensamblaje y las pruebas, además de los componentes de materiales y los requisitos del equipo. Además de los automóviles, IPC-7971 cubrirá autobuses, motocicletas, tractores, camiones y otros tipos de vehículos eléctricos.

Los ingenieros pueden elegir una variedad de productos innovadores que ahora hacen que sea más fácil que nunca probar cables y mazos de cables. Por ejemplo, CAMI lanzó recientemente una opción de sensor ambiental que incorpora el sensor Dracal PTH200.

"De particular interés para las aplicaciones médicas y de defensa, esta opción brinda medición e informes automáticos de las condiciones de prueba ambientales (temperatura, humedad relativa y presión) junto con datos de función eléctrica para el cable, el arnés o la placa posterior bajo prueba", dice Bishop. "Esta opción simplifica los procedimientos de prueba y presentación de informes, especialmente cuando se trata de pruebas con cámaras ambientales".

"Cuando se utilizan tableros precargados y preconfigurados, el software muestra automáticamente un gráfico de los conectores, además del cableado bajo prueba", explica Bishop. "El probador se puede programar fácilmente para hacer lo mismo con tableros y accesorios personalizados".

En la Exposición de tecnología de procesamiento de cables eléctricos de 2022 en Milwaukee, CAMI presentó el sistema de prueba de bajo voltaje M2Z. Además de verificar aperturas, cortocircuitos y errores de cableado, el probador de nivel de entrada verifica fallas intermitentes y orientación de diodos. El módulo de control tiene 128 puntos de prueba e incluye un enchufe de sonda con sonda.

"El M2Z se envía con un software completo y listo para la automatización que permite la gestión de probadores, la resolución de problemas, las pruebas de aprobación y falla y las pruebas de cualquier volumen y combinación de productos, desde la creación de prototipos hasta las pruebas por lotes", afirma Bishop. "Es adecuado para cables que transportan señales digitales o cualquier señalización electrónica donde las pequeñas cantidades de resistencia en el cable o las conexiones no afectarán la función del equipo al que se conectan los cables".

DIT-MCO International lanzó recientemente el HT-128, una unidad portátil resistente diseñada para el desarrollo de productos, pruebas de laboratorio y aplicaciones de soporte de campo. El dispositivo puede comunicarse con 128 puntos de prueba y proporcionar análisis remoto.

"Permite a los usuarios finales probar los cables instalados sin enchufes en cortocircuito o cables adaptadores de bucle invertido largos", dice Stringham. "El HT-128 realiza diagnósticos de continuidad y resistencia para cada cable en un arnés. Las fallas como aperturas, cortocircuitos, cables cruzados o alta resistencia se informan al usuario en segundos.

"El sistema le permite conectar probadores individuales a cada conector de derivación del mazo de cables en lugar de depender de un solo probador centralizado y múltiples cables adaptadores de retorno", explica Stringham. "Este enfoque distribuido le permite usar probadores pequeños que funcionan con baterías que se conectan de forma inalámbrica para lograr la cobertura de prueba de mazo de cables deseada".

A finales de este año, DIT-MCO planea presentar un probador de próxima generación que incorpora capacidad tanto de bajo como de alto voltaje en una unidad modular. La compañía también está trabajando en un nuevo producto que utiliza inteligencia artificial para mejorar la solución de problemas de arneses de cables. Espera presentar el dispositivo pendiente de patente para 2024.