Für komplexe Systeme der Automatisierung

Die zeitgemäße Installationstechnik ist geprägt durch die zunehmende Vernetzung der Leistungs-, Steuer- und Signalleitungen. Die Elektronik der Steuerung mit Taktraten von über 100 MHz stellt immer höhere Anforderungen an die eingesetzten Komponenten und Geräte in Bezug auf die Störfestigkeit gegenüber den Leistungskreisen. Die hier möglichen gegenseitigen Beeinflussungen sind bei der Planung der Anlagen häufig noch nicht erkennbar – sie zeigen sich oft erst beim Aufbau oder bei der Inbetriebnahme der Anlage. Dabei kann es zu ganz unterschiedlichen Fehlern kommen.

Vor diesem Hintergrund sind sämtliche EMV-Aspekte zu beleuchten. Eine Anlage darf als Störquelle – so wird ein Betriebsmittel bezeichnet, das Störungen erzeugt – nur tolerierbare Emissionen aussenden. Gleichzeigt darf eine Anlage als Störsenke – so wird ein Betriebsmittel bezeichnet, das Störungen empfängt – tolerierbare Empfindlichkeiten im Sinne einer ausreichenden Störfestigkeit aufweisen. Auch die Verkabelung ist Teil der EMV-Betrachtung, eine optimale Kabelführung ist in kompakten Anlagen häufig gar nicht möglich. Oft ist nicht genug Platz vorhanden, um zum Beispiel durch hinreichend große Abstände eine Beeinflussung zu vermeiden. Damit treten dann die Kabel und Leitungen in eine Wechselbeziehung zu ihrer Umgebung – sie erzeugen aufgrund der übertragenen Nutz- und Störleistungen elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder. Sie entnehmen Nutz- und Störfeldern dann Leistungen, die sich in den Übertragungskreisen störend auswirken können.

Eine gängige Lösung bieten hier geschirmte Leitungen, die ein ungewolltes Aus- und Einkoppeln von Signalen verhindern. Durch die Schirmung reduzieren sich die ausgestrahlte Störenergie und damit die Beeinflussung benachbarter Anlagen. Außerdem erhöht sich durch die Schirmung die Störfestigkeit des Gerätes selbst gegenüber Beeinflussungen von außen.

Dem gegenüber steht die Wirtschaftlichkeit. Planer und Betreiber der Anlagen sind immer bestrebt, den Anteil dieser geschirmten Leitungen auf das Notwendigste zu reduzieren. Denn geschirmte Leitungen sind nicht nur teurer, auch Anschluss und Konfektionierung erfordern einen erheblichen Mehraufwand. Weil geschirmte Kabel einen größeren Durchmesser haben, erfordern sie oft größere Biegeradien und sind so schwieriger zu verlegen.

Werden Steckverbinder eingesetzt, um die Leitungen steckbar auszuführen und damit die Anlage flexibler gestalten oder beliebig erweitern zu können, erhöht sich der Aufwand. Am Markt werden dafür spezielle EMV-Steckverbinder angeboten, die eine niedrige Übergangsimpedanz vom Kabelschirm über die Steckverbinder-Gehäuse bis zur Montage-Platte bieten. Diese Steckverbinder sind aufwändig konstruiert und daher teurer in der Beschaffung. Die mit den Standard-Gehäusen sonst identischen zusätzlichen EMV-gerechten Gehäuse erhöhen zudem die Aufwendungen für Logistik und Lagerhaltung. In der Praxis sind diese Komponenten gerade bei einer Nachrüstung häufig nicht verfügbar – und die Wiederinbetriebnahme gerät ins Stocken.

Eine wirtschaftliche Alternative ermöglichen die Industrie-Steckverbinder aus der Produktfamilie Heavycon von Phoenix Contact: die Schirmdämpfung der Standard-Gehäuse lässt sich auf einfache Weise deutlich erhöhen. Denn auch die Standard-Ausführungen dieser Industrie-Steckverbinder sind bereits für EMV-Anwendungen vorbereitet. Sie tragen die Bezeichnung EMC ready – aufgrund ihrer elektrisch leitfähigen Oberflächen und ihrer leitfähigen Dichtungen. Der Anwender muss nur noch eine EMV-Kabelverschraubung verwenden, die neben der Zugentlastung und der Abdichtung auch das Schirmgeflecht des Kabels kontaktiert, und schon hat er eine EMV-gerechte Schnittstelle.

Das Prinzip ist denkbar einfach: in einer EMV-Kabelverschraubung wird der Kabelschirm zunächst großflächig kontaktiert. Die Verschraubung übergibt die Schirmung flächig und rundherum auf das Gehäuse. Beides zusammen bildet dann eine geschlossene Verbindung – das Funktionsprinzip gleicht einem faradayschen Käfig. Störfelder können gar nicht erst ins Innere gelangen. Dabei sind die Materialoberflächen der Gehäuseoberteile und der Gehäuseunterteile elektrisch leitfähig.

Die verwendete seewasserbeständige Aluminiumlegierung bildet nur eine dünne Oxydschicht, die keinen negativen Einfluss auf die Schirmdämpfung hat. Die Dichtung zwischen Gehäuseoberteil und Unterteil ist ebenfalls elektrisch leitfähig – so bildet sich kein isolierender Spalt zwischen Unterteil und Oberteil. Die breite leitfähige Dichtung zwischen Gehäuseunterteil und Montageplatte sorgt entsprechend für eine geringe Übergangsimpedanz zum Gerät.

Auf diese Weise lassen sich mit den Gehäusen auf der Steckverbinder-Serie Heavycon-Standard hohe Schirmdämpfungswerte erreichen. Auch mit den Metallgehäusen der Steckverbinder-Serie Heavycon Evo verbessert sich die Schirmdämpfung deutlich. Über ein großes Frequenzspektrum werden mögliche Störgrößen stark abgedämpft. Gegenüber den marktüblichen lackierten Gehäusen verbessert sich die Dämpfung um durchschnittlich etwa 30 dB. Damit liegt die gemessene Schirmdämpfung in der Größenordnung von geschirmten Kabeln. Das Risiko von Störaussendungen, die die elektrotechnische Funktion der Anlage beeinträchtigen, sinkt damit.

Mit den Standard-Steckverbindern aus der Baureihe Heavycon lassen sich Schirmdämpfungswerte erreichen, die eine Beschaffung spezieller EMV-Gehäuse überflüssig machen. Die Gehäuse stehen als Längs- oder Querbügelversion in den vier gängigen Baugrößen B6, B10, B16 und B24 zur Verfügung. Für die Kabelseite gibt es unterschiedliche Tüllengehäuse mit seitlichem oder geradem Kabeleingang, die ebenfalls in den gängigen Gewindegrößen von M20 bis M40 verfügbar sind. So können Kabel mit Durchmessern von 9 bis 27 mm verwendet werden. Die Anbaugehäuse eignen sich gut für die Wanddurchführung am Schaltschrank oder am Klemmenkasten. Außerdem umfasst das Steckverbinder-Programm Sockelgehäuse zur Montage am Maschinengestell. Mittels Kupplungsgehäuse werden Kabel verlängert, etwa wenn Anlagen modifiziert oder erweitert werden sollen. Somit steht für nahezu jede Applikation eine Steckverbinder-Lösung in IP67 zur Verfügung – Steckverbinder mit dieser Schutzklasse sind staubdicht und halten Wasser für einen kurzen Zeitraum ab. In alle Gehäuse aus der Baureihe Heavycon Standard passen die festpoligen oder modularen Kontakteinsätze für Daten, Signale oder Energie. Außerdem sind alle Gehäuse steck- und montagekompatibel zum Marktstandard. ge

Dipl.-Ing. (FH) Hartmut Schwettmann, Leiter Marketing Industrial

Field Connectivity, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

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