Schirmung mit System

Industrieelektronik

EMV – In elektrischen Systemen treten eine Reihe von Störfaktoren auf, die die Leistungsfähigkeit teils empfindlich schmälern. Darum gibt es die Kenngröße der elektromagnetischen Verträglichkeit, die auch bei Kabeln und Leitungen eine wichtige Rolle spielt.

04. Juni 2016

In komplexen Systemen spielen Art und Montage der verwendeten Verbindungstechnik eine zentrale Rolle, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu gewährleisten. Denn durch die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Systeme und steigende Taktfrequenzen nimmt auch die elektromagnetische Beeinflussung zu. Viele Wissenschaftler empfehlen deshalb, bereits in der Planungsphase eines Produktes alles zu tun, um EMV-Störungen auf ein Minimum zu reduzieren oder am besten ganz zu verhindern.

Ganz wichtig ist dabei die Verbindungstechnik. Vor allem in Bereichen, wo Leitungen mit hohen Strömen und Datenleitungen dicht nebeneinanderliegen, sollte der Anwender auf eine Schirmung nicht verzichten. Je nach Applikation gibt es unterschiedliche Abschirmungen. Normalerweise werden Kabel mit Kupfergeflechten zwischen Adern und Mantel abgeschirmt. Der Bedeckungsgrad liegt hier bei rund 80 Prozent. Bei bewegten Leitungen in Schleppketten oder in der Robotik reicht dieser Schutz nicht mehr aus. Die Leitungen müssen millionenfache Wechselbiegezyklen sowie Torsion aushalten. Ein normales Kupfergeflecht könnte diesen Kräften langfristig nicht standhalten.

Deshalb wird für hochdynamische Anwendungen der Kupferdraht in einem besonders stumpfen Winkel um die Adern gelegt, so dass er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360-Grad-Windung um die Adern macht. Das erhöht den Bedeckungsgrad und die Elastizität. Zusätzlich kann man die Abschirmung mit einem besonderen Aufbau der Adern im Inneren des Kabels verbessern. Dabei werden einzelne Adern mit alukaschierter Folie um die Isolierung vor Störungen geschützt. Wird der Schutzleiter auf drei Leiter aufgeteilt und diese erdsymmetrisch um das Aderbündel verteilt, wirkt sich das ebenfalls positiv aus. In besonders EMV-sensiblen Bereichen können Leitungen mit einem doppelten Schirm versehen oder aber in einem Kupferrohr verlegt werden.

Solche Schirmungen sind elektromagnetisch völlig dicht. Allerdings ist dabei der Montageaufwand höher.

Eine optimale elektromagnetische Verträglichkeit lässt sich allerdings nur erreichen, wenn das gesamte System gut geschirmt ist. Darum müssen auch die passenden Steckverbinder und Kabelverschraubungen den Anforderungen standhalten. Ähnlich wie beim Kabel sollte der elektrische Widerstand zwischen Kabelschirm und Erdpotenzial so gering wie möglich und die Kontaktfläche möglichst groß sein. Besonders sensible Bereiche sind die Übergänge von der Kabelverschraubung zum Stecker. Die Schirmung muss ohne Lücken an beiden Enden des Kabels erfolgen. Nur dann kann das Steckergehäuse als faradayscher Käfig wirken und Störsignale fernhalten.

Breites EMV-Programm

Mit all diesen Phänomenen, Wechselwirkungen und physikalischen Gegebenheiten hat sich die Lapp-Gruppe aus Stuttgart schon lange beschäftigt. Das Unternehmen hat im Zusammenhang mit der Elektromagnetischen Verträglichkeit ein breites Sortiment an Kabeln, Kabelverschraubungen und Steckverbinder aufgebaut, das hohe elektromagnetische Verträglichkeit mit einfacher Montage verbinden soll.

Der Rechteckstecker Epic Ultra zum Beispiel bietet laut Hersteller eine hervorragende Abschirmung. Sein Metallgehäuse ist vernickelt, die Dichtung wurde nach innen verlegt, so dass sich die beiden metallischen Gehäuseteile großflächig berühren. Als Übergang von Steckverbinder zum Kabel gibt es die Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush. Dieses Bauteil hat Tausende von ringförmig angeordneten Bürstenhärchen, die sich um die Ader schmiegen. Ströme, die durch Störsignale von außen induziert werden, werden über diese hoch leitfähige und 360 Grad umlaufende Bürstenschirmung effizient abgeleitet.

In Tests hat das EMV-Zentrum der Diehl Aerospace GmbH nachgewiesen, dass die Abschirmung von EMV-optimierten Kabelverschraubungen wie der Skintop MS-M Brush gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich besser ist. So lag die Schirmdämpfung bei Skintop Brush und Brush Add-on zwischen 0,01 und 10 Megahertz konstant bei 110 Dezibel. Getestet haben die Experten bei Diehl auch die Stromtragfähigkeit. Sie wird für den »Worst-case«-Fall geprüft, wenn Fehlströme über die EM-Kontaktierung fließen. Die Prüfung der Stromtragfähigkeit erfolgt in Anlehnung an die EN 60204-1 beziehungsweise VDE 0113T.1 mit einem Strom von maximal 20 Ampere bei 50 Hertz.

Die EMV-optimierte Kabelverschraubung Skintop MS-M25 Brush wurde sogar mit einem erhöhten Strom von maximal 50 Ampere geprüft. Trotz dieser Belastung ließ sich keine nennenswerte Erwärmung der Kabeleinführung feststellen. 

Auf einen Blick

Tipps für die Montage

  

Bei der Montage in einem Schaltschrank oder an einem Roboterarm muss auf die elektromagnetische Verträglichkeit geachtet werden.

- In einem Schaltschrank müssen die Erdungsbänder an den Türen unbedingt in Ordnung sein.

- Bei einem Knick hinter dem Kabelabgang im Schaltschrank oder im Roboterarm kann oft der Schirmkontakt verloren gehen. Hier hilft die Skintop MS-M Brush: Durch den flexiblen Bürsteneinsatz bleibt die Kontaktfläche zwischen Abschirmgeflecht der Leitung und der Kabelverschraubung unverändert gut. 

- Wenn der Monteur beim Abmanteln aus Versehen zu tief schneidet und die Schirmung verletzt, kann man die beschädigte Stelle mit einem leitfähigen und selbstklebenden Abschirmband reparieren.

Erschienen in Ausgabe: 05/2016