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So bekommen Sie Ihre EMV-Probleme in den Griff

| Autor/ Redakteur: Bernd Müller / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Wenn die Maschine streikt, ist nicht immer ein technischer Defekt schuld. Manchmal sind Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) die Ursache. Gerade bei der Verbindungstechnik sind die Auswahl der Komponenten und die Verarbeitung wichtig.

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Steckverbinder wie dieser mit großen metallischen Flächen und durchgängigen elektrischen Verbindungen sorgen für eine gute Abschirmung.
Steckverbinder wie dieser mit großen metallischen Flächen und durchgängigen elektrischen Verbindungen sorgen für eine gute Abschirmung.
(Bild: Lapp)

Die Elektrifizierung und Digitalisierung in Fabriken schreitet unaufhaltsam voran. Damit steigt auch die Gefahr von Störungen durch elektromagnetische Felder. Die elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, ist daher eine wichtige Eigenschaft aller Komponenten in einer Maschine. Elektromagnetisch verträglich ist ein Gesamtsystem, wenn es sich von elektronischen oder elektromagnetischen Feldern anderer Systeme nicht in seiner Funktion stören lässt und diese auch nicht stört. Einfallstor für solche Störungen sind häufig schlecht geschirmte Verbindungen, insbesondere im Bereich der Kabelverschraubung oder im Stecker.

Die Schirmung ist sehr wichtig

Wichtigste Barriere gegen elektromagnetische Felder bei Kabeln ist die Abschirmung. Leider wird hier mitunter gespart und auf die Schirmung verzichtet. Wo Leitungen mit hohen Strömen und Datenleitungen dicht nebeneinander liegen, kann das kritisch werden. Dann bleibt plötzlich eine Maschine ohne erkennbaren Grund stehen. Ein Kupfergeflecht zwischen Adern und Mantel ist also immer ratsam. Ab einem Bedeckungsgrad von rund 80 % bildet es eine effektive Barriere für elektromagnetische Felder.

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Bei bewegten Leitungen, etwa in Schleppketten mit millionenfachen Wechselbiegezyklen oder in der Robotik, wo die Schirmung zusätzlich zur Biegung auch noch Torsion aushalten muss, ist die Schirmung so auszulegen, dass dieser Bedeckungsgrad auch im gebogenen Zustand gegeben ist. Das lässt sich über den Flechtwinkel sicherstellen. Für hochdynamische Anwendungen wird der Kupferdraht in einem stumpferen Winkel um die Adern gelegt, sodass er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360°-Windung um die Adern macht. Der Bedeckungsgrad ist dann von vornherein höher, die Elastizität besser, allerdings wird mehr Kupfer benötigt.

Ein günstiger Aufbau der Adern im Inneren des Kabels beeinflusst das EMV-Verhalten ebenfalls positiv. Einzelne Adern im Kabel lassen sich mit alukaschierter Folie um die Isolierung abschirmen. Positiv wirkt es sich auch aus, wenn man den Schutzleiter auf drei Leiter aufteilt und diese erdsymmetrisch um das Aderbündel verteilt.

Der Widerstand ist nahezu null

Häufig vergessen wird, dass auch der Steckverbinder und die Kabelverschraubung ein wichtiges Glied beim Schutz vor Störungen sind. Die ideale Verbindung von Kabel, Kabelverschraubung und Steckverbinder aus EMV-Sicht besitzt einen minimalen elektrischen Widerstand zwischen Kabelschirm und Erdpotenzial. Dafür ist eine möglichst große Kontaktfläche nötig. Dazu sollte am Übergang von der Kabelverschraubung zum Stecker der Kabelschirm rundherum und ohne Lücken aufliegen. 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.

Förderlich für die Abschirmung sind große metallische Flächen und durchgängige elektrische Verbindungen mit guter Leitfähigkeit. Maßstäbe setzt der Rechteckstecker Epic Ultra. Er hat ein vernickeltes Metallgehäuse, die Dichtung liegt innen, sodass sich die beiden metallischen Gehäuseteile großflächig berühren. Dazu passt die Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush, denn für ein gut abgeschirmtes Gesamtsystem muss auch der Übergang vom Steckverbinder zum Kabel dicht halten.

Üblicherweise erfolgt die Fixierung des Schirmes mit einer Feder, hier übernehmen dies Tausende ringförmig angeordnete Bürstenhärchen. 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, fließen über die hoch leitfähige und 360° umlaufende Bürstenschirmung ab, was besonders für die Übertragung empfindlicher Signale wichtig ist. Egal wie man Stecker und Kabel dreht und biegt, die Kontaktfläche zwischen dem Abschirmgeflecht der Leitung und dem Bürsteneinsatz der Skintop MS-M Brush bleibt unverändert erhalten. Das ist vor allem nützlich bei bewegten Anwendungen, etwa vorne an einem Roboterarm, wo auf engstem Raum mehrere Power- und Datenleitungen verlaufen.

Die Schirmung ist oft unzureichend

Wenn Experten von Lapp einen Schaltschrank öffnen, sehen sie oft auf den ersten Blick, ob es EMV-Probleme geben kann. 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. Liegen direkt daneben Powerleitungen mit hohen Strömen, können die starken elektromagnetischen Impulse einstreuen und zu Störungen in der gesamten Anlage führen. Das sind dann die Fälle, wo plötzlich ein Roboter ohne erkennbaren Grund stehen bleibt und man fieberhaft nach dem Fehler sucht.

Trotz bester Komponenten – eine letzte Unsicherheit bleibt immer: der Mensch. Ein Klassiker ist, dass der Monteur beim Abmanteln aus Versehen zu tief schneidet und die Schirmung verletzt, wodurch die Abschirmwirkung leidet. Wenn einmal etwas schief geht, kann man die beschädigte Stelle mit einem leitfähigen und selbstklebenden Abschirmband reparieren. Das ist insbesondere bei einem Fensterschnitt nützlich, wo für bestimmte Anschlussarten nicht das ganze Kabelende entmantelt, sondern nur eine schmale Lücke in den Mantel geschnitten wird, um die Schirmung darunter freizulegen. Geht dabei etwas schief, müsste man normalerweise das Kabel abschneiden und neu ansetzen – oft ist dann allerdings nicht mehr genug Restlänge vorhanden. Um die Anwender für solche Fehler zu sensibilisieren, hat Lapp ein eigenes Webinar zum Thema EMV veranstaltet, die Aufzeichnung können interessierte Anwender auf Wunsch bei Lapphier herunterladen.

Kabelschirm verletzt? Das ist zu tun:

Ist die Schirmung eines Kabels verletzt, muss nicht das komplette Kabel ersetzt werden, nur um die EMV weiterhin zu gewährleisten. Was zu tun ist, zeigt Lapp in einer Aufzeichnung, die der interessierte Anwender herunterladen kann.

* Bernd Müller ist freier Journalist in Bonn; weitere Informationen: U. I. Lapp GmbH in 70565 Stuttgart

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