Inhaltsverzeichnis
1. Ohne Schirmung geht es nicht
2. Widerstand möglichst null
3. Sorgfalt ist nötig
Knistern bei Telefongesprächen und Radioprogrammen oder Geisterbilder beim Fernsehen kennen Jüngere nur noch vom Hörensagen – der Digitalisierung sei Dank. Das Thema Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) scheint mit der Digitalisierung etwas von seinem Schrecken verloren zu haben. Das ist allerdings kein Grund, sorglos zu sein. Denn gerade in der Industrie führt die Digitalisierung zu neuen EMV-Problemen. Viele Maschinen und Anlagen arbeiten mit hohen Strömen – man denke nur an Schweißroboter –, gleichzeitig werden immer mehr Datenleitungen verlegt, etwa um Informationen von Sensoren einzusammeln. Zum Glück lassen sich EMV-Probleme vermeiden, wenn man schon bei der Planung einer Anlage die richtigen Entscheidungen trifft.
EMV ist eine Medaille mit zwei Seiten: Elektromagnetisch verträglich ist ein System, wenn es sich von elektromagnetischen Feldern anderer Systeme nicht in seiner Funktion stören lässt und diese selbst auch nicht stört. Dieser Idealzustand bleibt oft genug nur ein Wunschtraum, denn in der Praxis gibt es immer wieder Lücken, durch die Störstrahlung in ein System hinein oder hinaus gelangen kann. Die häufigsten Ursachen sind schlecht geschirmte Verbindungen, insbesondere in der Kabelverschraubung oder im Stecker, aber auch ungeeignete Komponenten oder eine nicht fachgerechte Verarbeitung.
Ohne Schirmung geht es nicht
Die beste Barriere gegen elektromagnetische Felder bei Kabeln ist die Abschirmung. Sie besteht aus einem Geflecht aus hochleitfähigen Drähtchen, die um die Adern im Inneren wie ein Zopf geflochten sind, oder aus metallisierter Folie, die um die Adern gewickelt wird. Beide wirken wie ein faradayscher Käfig, der keine Störstrahlung hinein oder hinaus lässt. Manche Anwender ordern Leitungen ohne Schirmung, nur um ein paar Euro zu sparen. Oder sie denken, wenn eine Datenleitung sowieso abgeschirmt ist, kann man sich die Schirmung bei der stromführenden Leitung daneben sparen. Solche Überlegungen können jedoch teuer zu stehen kommen, wenn es etwa durch Störungen zu Produktionsausfällen kommt.
Doch auch Schirmung ist nicht gleich Schirmung. Erst ab einem Bedeckungsgrad von rund 80 % ist das Geflecht engmaschig genug, um eine effektive Barriere gegen elektromagnetische Felder zu bilden. Bei bewegten Leitungen in Schleppketten mit millionenfachen Wechselbiegezyklen oder in der Robotik, wo die Schirmung zusätzlich zur Biegung auch noch Torsion aushalten muss, muss dieser Bedeckungsgrad auch im gebogenen oder tordierten Zustand gewahrt bleiben – im Zopf dürfen also keine Lücken klaffen. Das lässt sich über den Flechtwinkel verhindern. Für bewegte Anwendungen wird der Draht in einem stumpferen Winkel um die Adern geflochten; er macht dann auf einer kürzeren Strecke eine volle 360-Grad-Windung um die Adern. Der Bedeckungsgrad ist damit von vornherein höher, die Elastizität besser, allerdings wird auch mehr Kupfer benötigt, wodurch die Kosten höher liegen.
Zusätzlich lässt sich das EMV-Verhalten über den Aufbau der Adern im Inneren des Kabels weiter verbessern: Einzelne Adern im Kabel können mit alukaschierter Folie um die Isolierung zusätzlich abgeschirmt werden. Günstig ist, wenn man den Schutzleiter auf drei Leiter aufteilt und diese erdsymmetrisch um das Aderbündel verteilt.
Widerstand möglichst null
Zu einem guten EMV-Verhalten müssen aber auch der Steckverbinder und die Kabelverschraubung beitragen. Die optimale Verbindung von Kabel, Kabelverschraubung und Steckverbinder aus EMV-Sicht sollte zwischen Kabelschirm und Erdpotential einen elektrischen Widerstand nahe Null haben. Dafür ist eine möglichst große Kontaktfläche nötig. Ein zur Wurst verdrilltes Schirmgeflecht, angelötet an einer Steckerfahne, leistet das nicht. Vielmehr sollte der Kabelschirm am Übergang von der Kabelverschraubung zum Stecker rundherum und ohne Lücken aufliegen, damit sich der faradaysche 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.
Wie es richtig geht, zeigt beispielsweise der Rechteckstecker Epic Ultra von Lapp. Er hat ein vernickeltes Metallgehäuse und die Dichtung liegt innen, sodass sich die beiden metallischen Gehäuseteile großflächig berühren. Für ein gut abgeschirmtes Gesamtsystem muss aber auch hier der Übergang vom Steckverbinder zum Kabel EMV-dicht sein. Dafür sorgt die Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush. Statt den Schirm mit einer Feder zu fixieren, übernehmen dies hier tausende ringförmig angeordnete Bürstenhärchen. Der große variable Klemmbereich macht die Montage, Demontage und Zuordnung einfacher und schneller. Ein einziger Arbeitsgang zentriert, fixiert, zugentlastet und dichtet dabei das Kabel hermetisch ab. Ströme, die durch Störsignale von außen induziert werden, fließen über die hoch leitfähige und 360° umlaufende Bürstenschirmung ab, was besonders für die Übertragung empfindlicher Signale wichtig ist. Selbst beim Drehen und Biegen des Kabels bleibt die Kontaktfläche zwischen dem Abschirmgeflecht der Leitung und dem Bürsteneinsatz der Skintop MS-M Brush unverändert erhalten. Das kommt Anwendungen mit Bewegung und Torsion zugute, etwa vorne an einem Roboterarm, wo auf engstem Raum mehrere Power- und Datenleitungen verlaufen.
Sorgfalt ist nötig
Für die größten EMV-Sünden sorgen allerdings immer wieder Elektriker, die nicht sorgfältig genug arbeiten. Das sieht man oft auf den ersten Blick beim Öffnen eines Schaltschranks. 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 in der Nähe können dann starke elektromagnetische Impulse einstreuen und zu Störungen in der gesamten Anlage führen. Manchmal schneidet der Monteur beim Abmanteln auch aus Versehen zu tief und verletzt die Schirmung. Zum Glück kann er beschädigte Stellen mit einem leitfähigen und selbstklebenden Abschirmband reparieren – wenn er den Schaden bemerkt. EMV-Probleme haben also nicht immer eine technische Ursache. ik
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