Störsichere Systeme: Die Bedeutung der richtigen Abschirmung mit Lapp-Lösungen

Die Kabel- und Verbindungstechnik ist in vielen Bereichen durch Normen und gesetzliche Bestimmungen geregelt, so auch was die elektromagnetische Verträglichkeit angeht. Allerdings nicht über die EMV-Richtlinie. Daniel Jackstadt, Head of Product Management & Business Development bei Lapp Austria

In Fachkreisen ebenso wie der breiten Öffentlichkeit wird immer wieder teils kontrovers über die Auswirkungen elektromagnetischer Felder sowie über Sinn und Notwendigkeit elektromagnetischer Abschirmung diskutiert. Elektromagnetisch verträglich ist ein Gesamtsystem, wenn es sich von elektronischen oder elektromagnetischen Feldern anderer Systeme nicht in seiner Funktion stören lässt – so lautet mal die Definition. Schlecht geschirmte Verbindungen, insbesondere im Bereich des Kabels, der Kabelverschraubung oder im Stecker werden dabei oft vernachlässigt und sind häufig Einfallstore für solche unerwünschten Störungen. Eine gut abgeschirmte Kabelverbindung lässt sich von Störsignalen aber nicht so leicht aus der Ruhe bringen. Eine große Kontaktfläche und ein geringer elektrischer Widerstand zur Erde sind dabei von wesentlicher Bedeutung.

Eine elektromagnetische Verträglichkeit beginnt bei der Verbindungstechnik.

Der normative Hintergrund

Die Kabel- und Verbindungstechnik ist in vielen Bereichen durch Normen und gesetzliche Bestimmungen geregelt, so auch was die elektromagnetische Verträglichkeit angeht. Allerdings nicht über die EMV-Richtlinie, wie der Nutzer vermuten könnte, denn Kabel und Leitungen, Kabelverschraubungen und Steckverbinder sind im Sinne des EMV-Gesetzes Bauteile ohne direkte Funktion. Sie fallen deshalb nicht unter diese Richtlinie. Andererseits liegt ihr primärer Zweck in der Übertragung elektrischer Größen zwischen elektrischen Betriebsmitteln. Sei es zum Zwecke der reinen Energieversorgung elektrischer Verbraucher oder zur Übertragung von Informationen oder Nachrichten.

Das bedeutet jedoch nicht, dass es jedem Hersteller selbst überlassen ist, die EMV-Eigenschaften seiner produzierten Bauteile zu definieren. Vielmehr sind EMV-relevante Anforderungen etwa für geschirmte Leitungen Teil der europäischen oder nationalen Kabel- und Leitungsbauartnormen. Beispielhaft sind dafür Harmonisierungs-Dokumente, deren Bauartnormen für abgeschirmte Ausführungen der Nachweis für die Einhaltung einer Mindesteffizienz des Kupferabschirmgeflechtes und der anzuwendenden Testmethode enthalten. Auch die gängigen EMV-Prüfungen von Steckverbindern beruhen auf Normen, die für Kabel und Leitungen ins Leben gerufen wurden. Zwar geben Tests zur Effizienz der Schirmwirkung einen Anhaltspunkt für die Verwendung des Produktes in der Anwendung, allerdings sind dabei noch weitere Faktoren von Bedeutung.

EMV-Anforderungen an verbindungstechnische Komponenten

Aus dem Blickwinkel der EMV ergiben sich an eine ideale Konstruktion von Kabeln, Kabelverschraubungen und Steckverbindern eine Reihe von Anforderungen. Die Verbindung zwischen Kabelschirm und Erdpotenzial muss niederohmig ausgeführt sein. Hierzu sind möglichst große Kontaktflächen anzustreben. Im Idealfall stellt der Kabelschirm zusammen mit dem Steckverbinder und der metallischen Gehäusewand eine geschlossene Verbindung her, ohne Öffnungen entstehen zu lassen. Die Verbindung muss niederinduktiv ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass der Kabelschirm auf kürzestem Wege und mit möglichst breitem Querschnitt großflächig und rundum auf die hoch leitfähige Gehäusewand zu führen ist; das Steckerverbindergehäuse funktioniert hier zum Beispiel als faradayscher Käfig. Vorzugsweise ist eine Kontaktierung zu wählen, welche die nun im Anschlussraum freiliegenden Innenleiter der ansonsten geschirmten, ummantelten Leitung vollständig umschließt. Neben dem Übergang des Kabelschirms auf das Gehäuse ist die Art und Weise, wie die Schirmung in das Gesamtsystem eingebunden wird, von entscheidender Bedeutung.

Repräsentative Untersuchungen haben gezeigt, dass die volle Nutzung der Schirmeffizienz einer Leitung nur dann sichergestellt ist, wenn der Schirm der Leitung an beiden Enden über den gesamten Frequenzbereich hinweg niederimpedant an der Bezugsmasse (PE/Erde) angeschlossen ist. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn es sich hierbei um eine galvanische, großflächige, niederohmige 360°-Rundumkontaktierung handelt.

Das schwächste Glied in der Kette bestimmt die EMV-Performance

Die Verwendung ungeeigneter Bauteile, eine fehlerhafte handwerkliche Ausführung der Kontaktierung oder schwierige PE-Potentiale können zu erheblichen Verlusten der Abschirmleistung des gesamten Übertragungsweges führen. Schwierige PE-Potentiale können zur Verschleppung nieder- wie auch hochfrequenter Störungen über andere Pfade der Anlage und deren Komponenten beitragen, die dort unter Umständen unvorhergesehene elektromagnetische Unverträglichkeiten verursachen. Abschließend kann gesagt werden: Das schwächste Glied in dieser Abschirmkette bestimmt letztendlich die EMV-Performance des gesamten Übertragungsweges. Die einzelnen Systemkomponenten müssen deswegen bereits in der Entwicklungsphase aufeinander abgestimmt werden. Geprüft wird immer das Gesamtsystem – schließlich ist die Funktion der Lösung entscheidend, nicht die der einzelnen Komponenten.

Eine mangelhafte EMV-Abschirmung ist eine häufige Ursache für Maschinenausfälle. In der Praxis hat sich immer wieder bestätigt, dass die Abschirmung von EMV-optimierten Kabeln und Leitungen, Kabelverschraubungen und Steckverbindern gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich besser ist. Der Anwender hat somit weniger EMV-bedingte Störungen zu befürchten. Außerdem spart eine richtige Montage Zeit und Geld. Das sollten gute Gründe sein, bei der Planung, bei den verwendeten Komponenten und der Installation noch einmal ganz genau hinzuschauen.