In der Automatisierungstechnik sind gut abgeschirmte Kabel Pflicht. Die eigentlich neuralgischen Stellen sind aber Kabelverschraubungen oder Steckverbinder. Eine große Kontaktfläche und ein geringer elektrischer Widerstand zur Erde sind hier entscheidend. Die Lapp-Gruppe hat Kabel, Kabelverschraubungen und Steckverbinder im Programm, die den Schutz vor elektromagnetischen Störungen mit einer einfachen Montage verbinden.
Die Autorin: Irmgard Nille ist Fachjournalistin und schreibt i.A. von U.I. Lapp
Die Kabel- und Verbindungstechnik ist in vielen Bereichen durch Normen und gesetzliche Bestimmungen geregelt. Lücken gibt es bei der elektromagnetischen Verträglichkeit, die als „Immunität“ gegen elektromagnetische Störsignale definiert ist. Im Sinne des EMV-Gesetzes sind Steckverbinder, Kabel und Leitungen Bauteile ohne direkte Funktion. Das bedeutet jedoch nicht, dass jeder Hersteller die EMV-Eigenschaften seiner Produkte nach Gutdünken definieren kann. Vielmehr sind EMV-relevante Anforderungen für einige geschirmte Leitungstypen wie beispielsweise die Ölflex 140 CY von Lapp Teil der europäischen oder nationalen Kabel- und Leitungsbauartnormen.
Kupfergeflecht als effektive Barriere
Geschirmte Kabel sind gegen solche Störungen gut geschützt. Doch oft führt der Kostendruck in der Industrie dazu, dass auf die Schirmung verzichtet wird. „Hier Geld zu sparen kann unangenehme Folgen haben, etwa wenn plötzlich eine Maschine ohne erkennbaren Grund streikt“, warnt Erdinc Bozoglu, Produktmanager für Kabel bei Lapp. Die Lapp-Experten helfen, die richtige Entscheidung zu treffen, ob und wenn ja, welche Schirmung nötig ist.
Eine gängige Methode, Kabel abzuschirmen, ist ein Kupfergeflecht zwischen Adern und Mantel. Mit einem Bedeckungsgrad von rund 80 % bildet es eine effektive Barriere für elektromagnetische Felder. Für bewegte Leitungen sollte der Flechtwinkel stumpfer sein, damit er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360°-Windung um die Adern macht. Dadurch ist der Bedeckungsgrad höher und die Elastizität besser, allerdings wird mehr Kupfer benötigt. Für eine optimale Abschirmwirkung können Leitungen mit einem doppelten Schirm versehen oder aber in einem Kupfer- oder Stahlrohr verlegt werden. Die Verlegung in Rohren bedeutet natürlich einen erheblichen Mehraufwand. Eine Armierung aus Stahldraht um die Innenleiter, die man hin und wieder findet, hat dagegen nur eine geringe EMV-Wirkung, sie dient vielmehr dem mechanischen Schutz.
Stecker als faradayscher Käfig
Hat man das richtige Kabel gewählt, folgt als nächstes die Wahl eines passenden Steckverbinders und einer entsprechenden Kabelverschraubung. Wichtig ist: Der elektrische Widerstand zwischen Kabelschirm und Erdpotential muss so gering wie möglich sein. Dafür ist eine möglichst große Kontaktfläche nötig. Dazu sollte am Übergang von der Kabelverschraubung zum Stecker der Kabelschirm rundherum und ohne Lücken erfolgen. Nur dann kann das Steckergehäuse als faradayscher Käfig wirken und Störsignale von außen sicher fernhalten. Außerdem ist es wichtig, dass diese optimale Schirmkontaktierung an beiden Enden des Kabels stattfindet und mit dem Erdpotenzial verbunden ist. Große metallische Flächen und durchgängige elektrische Verbindungen mit guter Leitfähigkeit begünstigen die Abschirmung. Ein Beispiel dafür ist der Rechteckstecker Epic Ultra. Das Metallgehäuse ist vernickelt und die Dichtung wurde nach innen verlegt, sodass sich die beiden metallischen Gehäuseteile großflächig berühren. Dazu passt beispielsweise die Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush, denn für ein gut abgeschirmtes Gesamtsystem muss auch der Übergang vom Steckverbinder zum Kabel „dicht halten“. Während üblicherweise die Fixierung des Schirmes mit einer Feder realisiert wird, übernehmen dies bei der Brush Tausende von ringförmig angeordneten Bürstenhärchen. Der Vorteil: Der große variable Klemmbereich macht die Montage, Demontage und Zuordnung einfacher und schneller. In einem einzigen Arbeitsgang wird das Kabel zentriert, fixiert, zugentlastet und hermetisch abgedichtet. Ströme, die durch Störsignale von außen induziert werden, werden über die hoch leitfähige und 360° umlaufende Bürstenschirmung effizient abgeleitet. „Das ist besonders für die Übertragung empfindlicher Signale wichtig“, sagt Cornelia Kuntzer, Produktmanagerin bei Lapp.
Knicke im Schaltschrank
In eng bestückten Schaltschränken werden die empfohlenen Biegeradien der Kabel schnell unterschritten. Sie sind dann oft direkt hinter dem Kabelabgang geknickt. Die Folge kann sein, dass das Abschirmgeflecht nicht großflächig aufsitzt. Wenn dann direkt daneben Powerleitungen mit hohen Strömen vorbeiführen, können die starken elektromagnetischen Impulse in die schlecht abgeschirmte Verbindung streuen und zu Störungen in der gesamten Anlage führen. Bei so kritischen Anwendungen kann die bereits erwähnte Skintop MS-M Brush eine Lösung darstellen. Egal wie man Stecker und Kabel dreht und biegt, die Kontaktfläche zwischen dem Bürsteneinsatz der Kabelverschraubung und dem Abschirmgeflecht der Leitung bleibt unverändert gut. Das ist sowohl bei festen Montagen am Gehäuse nützlich als auch bei bewegten Anwendungen. Etwa an einem Roboterarm, an dem auf engstem Raum mehrere Power- und Datenleitungen verlaufen. Durch so durchdachte Konstruktionen ist das Lapp-Gesamtsystem soweit als möglich elektromagnetisch verträglich und funktionsfähig. Eine letzte Unsicherheit bleibt allerdings: Wenn der Monteur beim Abmanteln aus Versehen zu tief schneidet und die Schirmung verletzt, leidet die Abschirmwirkung. Um bei der Vermeidung solcher Fehler zu helfen, hat Lapp ein eigenes Webinar produziert (siehe Info-Kasten). Und wenn doch einmal etwas schiefgeht, kann die beschädigte Stelle mit einem leitfähigen und selbstklebenden Abschirmband repariert werden.
Messung der Abschirmwirkung
Wie gut eine Abschirmung ist, lässt sich mit zwei Methoden messen: Die Triaxial-Methode eignet sich für Steckverbinderpaare und geschirmte Kabel. Gemessen wird die Schirmdämpfung – daraus berechnet sich der Kopplungswiderstand. Die Methode beschreibt, wie gut die Abstrahlung beziehungsweise Einstrahlung von feldgebundenen Störungen unterdrückt wird. Die Messung des Ableitwiderstandes eignet sich dagegen für Kabelverschraubungen. Sie beschreibt, wie gut Störungen, die sich auf dem Schirm befinden, auf eine Masse-Ebene abgeleitet werden, etwa in einem Schaltschrank. Beide Methoden sind nicht direkt vergleichbar. Laborversuche bei Lapp zeigen, dass der Ableitwiderstand für Kabelverschraubungen aussagekräftiger ist.
Eine mangelhafte EMV-Abschirmung ist eine häufige Ursache für Maschinenausfälle. Das EMV-Zentrum Diehl Aerospace GmbH hat bestätigt, dass die Abschirmung von EMV-optimierten Kabelverschraubungen gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich besser ist. Der Anwender hat somit weniger EMV-bedingte Störungen zu befürchten. Außerdem spart die Montage Zeit und Geld – das sollten gute Gründe sein, bei den verwendeten Komponenten und der Installation noch einmal ganz genau hinzuschauen. ik
Kontakt
info
U.I. Lapp GmbH
Stuttgart
Tel. +49 711 7838-01
E-Mail: info@lappkabel.de
www.lappkabel.de
Weitere Informationen zum Thema finden Sie im Webinar:
http://t1p.de/pb34
und im Whitepaper zu EMV-Verbindungen:
http://t1p.de/rfrs
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