Industrielle Verbindungstechnik

Wie Kabel dazu beitragen, EMV-Probleme zu lösen

19. Dezember 2022, 9:30 Uhr | Corinna Puhlmann-Hespen
Lapp
Bereits verfügbar ist die Lapp-Leitung »Ölflex Servo FD zeroCM«, die großen Schutz vor EMV-bedingten Störströmen bietet.
© Lapp

»EMV ist eines der wichtigsten Trendthemen für Lapp«, erklärt Georg Stawowy, Vorstand Innovation und Technik. Lapp hat daher ein neues Kabeldesign entwickelt, das maßgeblich dazu beiträgt, die elektromagnetische Verträglichkeit besser in den Griff zu bekommen.

Das Thema elektromagnetische Verträglichkeit gewinnt in der Smart Factory immer mehr an Bedeutung. Der Grund: Maschinen und Anlagen werden zunehmend vernetzt. Dadurch nehmen auch die Anzahl der elektronischen Geräte für Steuerung, Überwachung und Kommunikation sowie die dafür benötigten Verbindungslösungen zu. Je mehr Komponenten beteiligt sind – von Frequenzumrichtern über Transformatoren bis hin zu elektrischen Schaltern –, desto größer ist das Risiko von Störungen.

Gleichzeitig werden die Bauräume in Maschinen und Anlagen immer kleiner. Vor allem dort, wo viele starke Antriebe mit sich ändernden magnetischen Feldern und Wechselrichtern im Einsatz sind, ist die Gefahr der Störung einer Datenleitung besonders groß. Georg Stawowy, Vorstand Innovation und Technik von Lapp, erklärt: »Die Nachfrage nach ganzheitlichen EMV-Lösungen seitens unserer Kunden wird immer größer. Der Markt für elektromagnetisch verträgliche Produkte ist mit rund sechs bis sieben Prozent weltweit sehr stark am Wachsen«. Bei Lapp gehört das Thema EMV daher zu den Trendthemen, neben Gleichstrom in der Fertigung, erneuerbaren Energien und vorausschauende Wartung.

Doch worauf kommt es an bei der elektromagnetischen Verträglichkeit? »Die hohe Dichte an elektrischen Komponenten mit immer kürzeren Pegelübergangszeiten erfordert insbesondere ein gutes Systemverständnis und die Auswahl der richtigen Komponenten, um die häufig voll automatisierten Industrieanlagen fehlerfrei zu betreiben«, erklärt Dr. Susanne Krichel, Head of Innovation and Advanced Technology bei Lapp. In industriellen Umgebungen wird daher eine immer höhere Sicherheit gegen elektromagnetische Störungen gefordert.

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Georg Stawowy, Lapp: »Die Nachfrage nach ganzheitlichen EMV-Lösungen seitens unserer Kunden wird immer größer.«
© Lapp

Das besagt die EMV-Richtlinie

Beschrieben ist die Elektromagnetische Verträglichkeit in der EMV-Richtlinie »2014/30/EU, Artikel 3« als »[…] die Fähigkeit eines Betriebsmittels, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu arbeiten, ohne elektromagnetische Störungen (EMS) zu verursachen, die für andere in dieser Umgebung vorhandene Betriebsmittel unannehmbar wären.«

Elektrotechnisch passive Produkte aus dem Portfolio von Lapp wie Kabel, Leitungen, Kabelverschraubungen und Steckverbinder sind im Sinne des Gesetzes für elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln laut Definition »Bauteile ohne direkte Funktion« und fallen deshalb nicht unter die EMV-Richtlinie2014/30/EU. Dafür sind aber EMV-relevante Anforderungen für einige geschirmte Leitungstypen Teil der europäischen oder nationalen Kabel- und Leitungsbauart-Normen. Dr. Krichel: »EMV geht uns als Hersteller von Verbindungstechnologien auch im Bereich der passiven Verbindungstechnologien wie Kabel und Stecker etwas an.«

Von der Theorie in die Praxis

Die elektrotechnische Theorie hinter EMV-Phänomen lässt sich auf drei Faktoren abstrahieren: Störquelle, Störsenke und ein Kopplungsmechanismus zwischen beiden. Eine elektromagnetische Störung geht immer von einer Störquelle aus. Hierbei kann es sich zum einen um ein technisches Betriebsmittel handeln, das einen großen Strom führt, wie zum Beispiel ein Schweißroboter oder auch eine frequenzgesteuerte Antriebsstrecke. Es könnte sich aber auch um natürliche Störungen wie Blitzeinschläge oder ESD-Entladungen handeln.

Wichtig ist bei einer korrekten EMV-Auslegung, dass Störquellen einen gewissen Störemissionsgrad nicht überschreiten. Der Störquelle steht ein gestörtes Betriebsmittel, die sogenannte Störsenke, gegenüber. Bei der Störsenke kann es sich zum Beispiel um einen Sensor oder eine Datenübertragungsstrecke handeln. Störsenken müssen eine gewisse Fremdstörfestigkeit aufweisen, um bei auftretenden EMS keine Fehlfunktionen auszulösen. Zu beachten ist, dass auch innerhalb eines Gerätes sowohl Störsenken als auch Störquellen auftreten und interagieren können. Das Gerät selbst muss daher eine gewisse Eigenstörfestigkeit aufweisen. Die sich zwischen Quelle und Senke befindliche Kopplungsstrecke überträgt die Störungen, wobei es vier verschiedene Übertragungsarten gibt: galvanisch, kapazitiv, induktiv und über Strahlung.

Galvanische Kopplung: Störquelle und Störsenke sind physisch, zum Beispiel durch einen gemeinsamen Erdungsleiter, verbunden. Ein Störstrom über den Erdungsleiter verursacht elektromagnetische Störungen.

Kapazitive Kopplung: Störquelle und Störsenke sind nah beieinander, allerdings nicht physisch verbunden. Bei der kapazitiven Kopplung entsteht die EMS durch das elektrische Feld, ausgelöst beispielsweise durch Schaltvorgänge.

Krichel Susanne
Dr. Susanne Krichel, Lapp: »Die hohe Dichte an elektrischen Komponenten mit immer kürzeren Pegelübergangszeiten erfordert insbesondere ein gutes Systemverständnis und die Auswahl der richtigen Komponenten, um die häufig voll automatisierten Industrieanlagen fehlerfrei zu betreiben.«
© Lapp

Induktive Kopplung: Auch bei der induktiven Kopplung befinden sich Störquelle und Störsenke nah beieinander, sind aber nicht miteinander verbunden. Die Störung entsteht hier durch das magnetische Feld infolge von Stromfluss.

Strahlungskopplung: Die Strahlungskopplung entsteht in der Regel, wenn Störquelle und Störsenke weit voneinander entfernt sind und Antennenwirkung besitzen. Typische Störer können aber auch Funkbänder sein wie beispielsweise die DECT-Telefonie.

»In der Praxis treten die vier Kopplungsmechanismen oft als Mischform auf«, erklärt Dr. Susanne Krichel. »Die Herausforderung für Lapp ist es, Kabel und Leitungen so zu konstruieren, dass sie nicht zu elektromagnetischen Störungen beitragen, also EMS weder aufnehmen, weiterleiten oder gar aussenden«. Einfaches Beispiel: Eine Datenleitung muss vor externen Störungen geschützt werden – also ist eine hohe Fremdstörfestigkeit besonders wichtig. Daher wird die Datenübertragung mit einem aufwendigen Schirm geschützt. Dieser besteht in der Regel aus einem Kupferschirmgeflecht, das magnetische Einkopplungen unterbindet, sowie aus einer Metallfolie, die elektrische Felder abschirmt.

Aber auch die einzelnen Datenpaare innerhalb der Leitung, die sich gegenseitig beeinflussen können, müssen voreinander geschützt werden. Außerdem werden die Datenleiter eines Datenleiterpaars verdrillt (Twisting). Damit werden magnetische Kopplungen unterbunden, die sonst die Datenqualität beeinflussen können. Eine Servoleitung allerdings muss einen geringen Emissionsgrad aufweisen und wird ausreichend geschirmt – aber von innen nach außen. Es gibt darüber hinaus zahlreiche Lapp-Produktlösungen, um Maschinen niederimpedant zu erden und mögliche Störströme schnell und zuverlässig abzuleiten, ohne dass diese parasitären Ströme andere Anlagenteile negativ beeinflussen.


  1. Wie Kabel dazu beitragen, EMV-Probleme zu lösen
  2. Forschungsprojekt zeigt EMV-Probleme auf

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