Elektromagnetische Verträglichkeit

Andreas Mühlbauer,

EMV-Probleme ade

Wenn eine Maschine streikt oder der Roboter stehen bleibt, können auch elektromagnetische Störungen die Ursache sein. Viele mysteriöse Ausfälle lassen sich vermeiden, wenn bei der Verbindungstechnik hochwertige Komponenten zum Einsatz kommen. 

Steckverbinder wie der Epic Ultra mit großen metallischen Flächen und durchgängigen elektrischen Verbindungen bieten eine hervorragende Abschirmung. © Lapp

Elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, ist in der Industrie ein Dauerthema. Wo hohe Ströme fließen, ist die Gefahr von Störungen durch elektromagnetische Felder allgegenwärtig – vor allem wenn in Folge der Digitalisierung immer mehr Datenleitungen in Fabriken verlegt werden. Elektromagnetisch verträglich ist ein System, wenn es sich von elektromagnetischen Feldern anderer Systeme nicht in seiner Funktion stören lässt und diese auch nicht stört. Doch in der Praxis gibt es genug Lücken, durch die Störstrahlung in ein System hinein oder hinaus gelangen kann. Die häufigste Ursache sind schlecht geschirmte Verbindungen, besonders in der Kabelverschraubung oder im Stecker, aber auch ungeeignete Komponenten oder eine nicht fachgerechte Verarbeitung.

Die wichtigste Barriere gegen elektromagnetische Felder bei Kabeln ist die Abschirmung, ein Geflecht aus hochleitfähigen Drähtchen, die um die Adern im Inneren wie ein Zopf geflochten sind, oder metallisierte Folie, die um die Adern gewickelt wird. Beide wirken wie ein Faraday‘scher Käfig.

Leider verzichten manche Anwender auf die Schirmung, um ein paar Euro zu sparen. Das kann sie teuer zu stehen kommen, etwa wenn Leitungen für hohe Ströme dicht neben Datenleitungen liegen, wodurch es zu Störungen und Produktionsausfällen kommen kann. Bei der Abschirmung gibt es Qualitätsunterschiede. Erst ab einem Bedeckungsgrad von rund 80 Prozent ist das Geflecht dicht genug, um eine effektive Barriere für elektromagnetische Felder zu bilden.

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Skintop MS-M Brush im Querschnitt. © Lapp

Bei bewegten Leitungen in Schleppketten mit vielen Wechselbiegezyklen oder in der Robotik, wo die Schirmung neben der Biegung auch noch Torsion aushalten muss, muss die Schirmung so ausgelegt sein, dass dieser Bedeckungsgrad auch im gebogenen Zustand erreicht wird, im Zopf also keine Lücken klaffen. Das lässt sich über den Flechtwinkel steuern. Für bewegte Anwendungen wird der Draht in einem stumpferen Winkel um die Adern geflochten. Der Bedeckungsgrad ist damit höher, die Elastizität besser. Allerdings wird auch mehr Kupfer benötigt, wodurch die Kosten höher liegen.

Auch der Aufbau der Adern im Inneren des Kabels beeinflusst das EMV-Verhalten. Einzelne Adern im Kabel lassen sich mit alukaschierter Folie um die Isolierung zusätzlich abschirmen. Ideal ist, wenn man den Schutzleiter auf drei Leiter aufteilt und diese erdsymmetrisch um das Aderbündel verteilt.

Widerstand gleich null

Vorbildliches EMV-Verhalten endet nicht beim Kabel. Auch der Steckverbinder und die Kabelverschraubung sind ein wichtiges, aber leider häufig das schwächste Glied beim Schutz vor Störungen. Die perfekte Verbindung von Kabel, Kabelverschraubung und Steckverbinder hat aus EMV-Sicht einen elektrischen Widerstand nahe null zwischen Kabelschirm und Erdpotenzial. Dafür ist eine große Kontaktfläche nötig. Mit einem zur Wurst verdrillten Schirmgeflecht, angelötet an einer Steckerfahne, ist das nicht gegeben. Vielmehr sollte der Kabelschirm am Übergang von der Kabelverschraubung zum Stecker rundherum und ohne Lücken aufliegen, damit sich der Faraday‘sche Käfig vom Kabel auf den Stecker fortsetzt und Störsignale ausgesperrt bleiben. Diese Schirmkontaktierung muss an beiden Enden des Kabels stattfinden und mit dem Erdpotenzial verbunden sein.

Beim Skintop MS-M Brush fixieren tausende ringförmig angeordneter Bürstenhärchen den Schirm. © Lapp

Günstig für die Abschirmung sind große metallische Flächen und durchgängige elektrische Verbindungen mit guter Leitfähigkeit – wie beim Rechteckstecker Epic Ultra von Lapp. Dieser hat ein vernickeltes Metallgehäuse und die Dichtung liegt innen, sodass sich die beiden metallischen Gehäuseteile großflächig berühren. Passend dazu gibt es die Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush, denn für ein gut abgeschirmtes Gesamtsystem muss auch der Übergang vom Steckverbinder zum Kabel dicht halten. Üblicherweise wird der Schirm mit einer Feder fixiert, hier übernehmen dies ringförmig angeordnete Bürstenhärchen. Der variable Klemmbereich macht die Montage, Demontage und Zuordnung einfacher und schneller. Ein einziger Arbeitsgang zentriert, fixiert, zugentlastet und dichtet das Kabel hermetisch ab. Durch Störsignale induzierte Ströme fließen über die hoch leitfähige umlaufende Bürstenschirmung ab. Auch beim Drehen und Biegen des Kabels bleibt die Kontaktfläche zwischen Abschirmgeflecht und Bürsteneinsatz erhalten. Das ist etwa vorne an einem Roboterarm nützlich, wo auf engstem Raum mehrere Power- und Datenleitungen verlaufen.

Fehler im Schaltschrank

Wenn die Experten von Lapp einen Schaltschrank öffnen, sehen sie meist sofort, ob es Probleme gibt. Zum Beispiel wenn Erdungsbänder an den Türen fehlen. Oder wenn es im Schaltschrank eng zugeht und die empfohlenen Biegeradien der Kabel unterschritten werden. Dann sind die Kabel direkt hinter dem Kabelabgang geknickt und das Abschirmgeflecht liegt nicht großflächig auf oder rutscht heraus. Powerleitungen mit hohen Strömen können starke elektromagnetische Impulse einstreuen und zu Störungen in der Anlage führen. EMV-Probleme haben also nicht immer eine technische Ursache. Manchmal schneidet der Monteur beim Abmanteln zu tief und verletzt die Schirmung. Dann kann er die beschädigte Stelle mit einem leitfähigen Abschirmband reparieren.

Bernd Müller, freier Journalist aus Bonn / am

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