Novedades de la tecnología de prueba de arneses

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

Este probador básico proporciona medición de continuidad básica en mazos de cables pequeños. Foto cortesía de CAMI Research Inc.

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

Los nuevos productos ahora hacen que sea más fácil que en el pasado probar los mazos de cables. 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 e informes automáticos de las condiciones de prueba ambientales. Ilustración cortesía de CAMI Research Inc.

Un arnés eléctrico de automóvil 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 engarzado, las pruebas de fuerza de tracción y otras comprobaciones, no hay garantía de que cada conexión engarzada esté apretada, que cada centímetro de aislamiento no esté dañado y que cada cable se inserte en su destino correcto.

Ya sea que se utilicen en un vehículo que rueda, flota o vuela, los cables y mazos de cables deben pasar una serie de pruebas de continuidad, funcionalidad y seguridad. Las pruebas garantizan que nada salga mal, como fallas intermitentes, desconexiones, errores de cableado, aperturas y cortocircuitos.

Los operadores pueden conectar cables y alambres a los probadores utilizando una variedad de métodos, que incluyen placas 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 recientes aumentos 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 está ubicado en un dispositivo, tablero de arnés, mesa de prueba o mesa estándar. Los fabricantes que utilizan una placa prueban los arneses mientras se construyen. Una mesa de prueba presenta una serie de bloques o mosaicos conectores que sirven como dispositivo de acoplamiento. Al probar arneses simples, resulta económico utilizar una mesa estándar y un probador independiente.

El operador configura el probador a un voltaje bajo específico, 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 mazo 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 aprobado, 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 mazos de cables utilizados en aviones o vagones suelen tener conjuntos 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 CC de 500, 1000 y 1500 voltios", 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 el sector aeroespacial. Aplicaciones ferroviarias y de defensa. “En esas industrias, cualquier valor inferior a 500 voltios se considera bajo voltaje.

"Cualquier valor superior a 1.500 voltios de CA o 2.000 voltios de CC se considera voltaje extra alto", señala Stringham. "En la industria ferroviaria, incluso vemos algunas aplicaciones que requieren hasta 5.000 o 6.000 voltios de 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 pruebas 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 ahí todo el tiempo. Por otro lado, las pruebas de alto voltaje a menudo deben realizarse aisladas 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 se utilizan a menudo para pruebas de resistencia de aislamiento y de alto potencial. En una prueba Hipot, se aplican 1000 voltios o más (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 adecuadamente aislados. Las pruebas de resistencia de aislamiento verifican la calidad del aislamiento del cable.

Algunos productos de mesa, 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 de cables automáticos, diseño de cables, registros e informes, administración de archivos e integración con equipos externos.

"Después de verificar si hay 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., Responsable técnico de marketing en CAMI. “La aceleración, la desaceleración, el tiempo de permanencia (tiempo de prueba), la corriente de disparo y el retardo de disparo (tiempo de mantenimiento) 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 la resistencia de aislamiento".

El HVX, que contiene subsistemas de bajo y alto voltaje, permite realizar pruebas ampliadas de resistencia de aislamiento, ruptura dieléctrica y tensión de ruptura del diodo Zener. Una opción de mediciones avanzadas proporciona una mayor resolución de resistencia de dos cables y permite medir condensadores, capacitancia de pares de cables, pruebas de par trenzado y longitud de cable y longitud de rotura. Una opción de medición de resistencia Kelvin de cuatro cables proporciona una medición de resistencia de hasta 1 mΩ.

"Al igual que con todos nuestros modelos, cuando se utilizan placas 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 que haga 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 mediante descarga desde nuestro sitio web", afirma Bishop. “Los sistemas CableEye que se compraron hace más de 10 años ahora funcionan con nuestra versión de software más reciente y utilizan 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 del operador emergentes, una característica que no existía hace unos años”, señala Bishop. “Este grado de preparación para el futuro viene dado por ser un verdadero sistema basado en PC. Otros sistemas con una computadora integrada no son tan flexibles y, en consecuencia, se quedan atrás en los avances tecnológicos.

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

"Hemos visto varios casos en los que hemos determinado que los objetivos de las pruebas podrían lograrse fácilmente con 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 producto de Cirris Inc., un proveedor líder de equipos de prueba de mazos de cables que fue adquirido recientemente por Grupo Schleuniger.

"Los conjuntos de interconexión se están volviendo más complejos y, con esa tendencia, existe la necesidad de probar conjuntos y componentes más complejos", explica Shelley. “[Además], la presión para 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 las pruebas como para realizar análisis", señala Shelley. “Hemos respondido a esta necesidad con nueva funcionalidad de conectividad de software y hardware.

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

La creciente demanda de vehículos eléctricos está impulsando la necesidad de probar cables y mazos de 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 mazos de cables y alambres se utilizan para conectar puertos de carga a baterías y para conectar baterías a motores de tracción y otros componentes del tren motriz. Para garantizar que solo se instalen en los vehículos arneses precisos y completamente funcionales, 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 históricamente se han requerido", 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] de los vehículos eléctricos ha aumentado drásticamente esta necesidad. Estas aplicaciones requieren adaptadores únicos y de gran volumen para probar características físicas y 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 cumplan con requisitos de voltaje más altos y satisfagan la necesidad de adaptadores de prueba para vehículos eléctricos", 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 integración y procesamiento 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 a seguir. Entonces, ahora están especificando voltajes que son mucho más altos que los que hemos visto en el pasado.

"Sin embargo, estas demandas no se limitan a la industria automovilística", explica Balcom. “También estamos viendo interés en el sector de las energías alternativas, como las aplicaciones relacionadas con la energía solar.

"En el caso de los vehículos eléctricos, tenemos algunos clientes que prueban cables y mazos de cables de hasta 6000 voltios, pero quieren que tengan una potencia mucho mayor", señala Balcom. "La falta de estándares ha obligado a muchos ingenieros a apuntar mucho más alto para brindar un amplio margen de maniobra y generar flexibilidad adicional para el futuro".

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

"Con mayor frecuencia vemos a nuestros clientes haciendo referencia al estándar IPC/WHMA-A-620 para aplicaciones generales de prueba de cables/mazos", dice Shelley. "También se hace referencia más comúnmente al estándar militar MIL-STD-202 y al estándar espacial MIL-HDBK-83575. Estos tres estándares existen desde hace algún tiempo, aunque ha habido modificaciones de vez en cuando.

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

Un nuevo estándar para vehículos eléctricos 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 estándar de cables y mazos de cables de alto voltaje para mejorar la confiabilidad en el campo de la movilidad eléctrica y la confiabilidad de la fabricación. Cada sección abordará cuestiones como el montaje y las pruebas, además de componentes de materiales y requisitos de equipos. Además de los automóviles, el 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 aplicaciones médicas y de defensa, esta opción proporciona medición e informes automáticos de las condiciones de prueba ambientales (temperatura, humedad relativa y presión) junto con datos de función eléctrica para el cable, arnés o 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 placas precargadas y preconfiguradas, 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 si hay aperturas, cortocircuitos y errores de cableado, el probador básico verifica si hay fallas intermitentes y la orientación de los diodos. El módulo de control tiene 128 puntos de prueba e incluye un conector para sonda con sonda.

"El M2Z se envía con un software integral 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 mezcla 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 pequeñas cantidades de resistencia en el cable o las conexiones no afectarán la función del equipo al que están conectados los cables".

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

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

"El sistema le permite conectar probadores individuales a cada conector de rama del mazo de cables en lugar de depender de un único probador centralizado y múltiples cables adaptadores de retorno", explica Stringham. "Este enfoque distribuido le permite utilizar probadores pequeños que funcionan con baterías y 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 incorpore ambos con capacidad de bajo y alto voltaje en una unidad modular. La empresa también está trabajando en un nuevo producto que utiliza inteligencia artificial para mejorar la resolución de problemas de los mazos de cables. Espera presentar el dispositivo pendiente de patente para 2024.