EMV im Werkzeugmaschinenbau
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EMV im Werkzeugmaschinenbau
VEREIN DEUTSCHER WERKZEUGMASCHINENFABRIKEN Technische Informationen EMV im Werkzeugmaschinenbau TECHNISCHE INFORMATIONEN EMV im Werkzeugmaschinenbau Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V. Corneliusstr. 4 • 60528 Frankfurt a.M. Telefon 069/75 60 81 - 0 • Fax 069/75 60 81 - 11 01.2004 1 E M V - L E I T F A D E N Vorwort Dieser EMV-Leitfaden basiert auf einer Initiative des europäischen Werkzeugmaschinenverbandes CECIMO und der Arbeit des CETIM EMVLabors, Senlis/Frankreich. Wir danken an dieser Stelle für die wertvolle Unterstützung durch Dokumentationen und Erfahrungsberichte aus den vergangenen acht Jahren Labortätigkeit. Besonderer Dank gilt auch unseren Mitgliedern, die Informationen und Erfahrungen beigestellt und der Veröffentlichung zugestimmt haben. Namentlich erwähnt seien die Firmen Deckel-Maho GmbH, Gebr. HELLER Maschinenfabrik GmbH und INDEX-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky. Die Übersetzung, Aktualisierung sowie inhaltliche und redaktionelle Überarbeitung fand im Nov./Dez. 2003 in der VDW-Geschäftsstelle statt und wurde nach bestem Wissen und mit äußerster Sorgfalt durchgeführt; trotzdem können Fehler nicht ausgeschlossen werden. Fachliche Anregungen und Korrekturen werden gerne unter [email protected] angenommen. Dieser Leitfaden enthält Hinweise und Vorschläge zur Anwendung der EMVRichtlinie für Werkzeugmaschinen und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Der Leser wird gebeten, sich mit den gültigen Richtlinien, Gesetzen und Normen in der jeweils gültigen Fassung vertraut zu machen und seiner Verantwortung zu entsprechen. Frankfurt am Main, im Januar 2004 E M V - L E I T F A D E N Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung .........................................................................................................................3 2. Richtlinien und Normen ...............................................................................................4 3. Möglichkeiten der Umsetzung.....................................................................................6 3.1 Drei Prozeduren zur Auswahl...........................................................................7 3.2 Aspekte zur Auswahl der Prüfprozedur..........................................................9 3.3 Untersuchungsergebnisse................................................................................ 14 3.4 Testempfehlungen ............................................................................................ 16 4. Installationstechnik - praktische Hinweise............................................................. 17 4.1 Allgemeine Wirkungsmechanismen............................................................... 18 4.2 Ausführung der EMV-Erdung ....................................................................... 19 4.3 Kabelarten und Verdrahtungshinweise......................................................... 20 4.4 Abschirmungen und Masseverbindungen.................................................... 24 4.5 Der Einsatz von Filtern.................................................................................... 27 4.6 Installation von Achsverstärkern.................................................................... 30 4.7 Abschirmung von Schaltschränken ............................................................... 32 4.8 Große Werkzeugmaschinen............................................................................ 33 4.9 Zusätzliche Verbesserungsmaßnahmen........................................................ 35 5. Netzformen................................................................................................................... 37 Anhang - Ausführungsbeispiele..................................................................................... 41 - beispielhafte Prüfdokumentationen............................................................ 55 1 E M V - L E I T F A D E N Kapitel Einleitung Warum ein weiterer Leitfaden zum Thema EMV? F ür die an Werkzeugmaschinen eingesetzten elektrischen und elektronischen Komponenten gilt die EMV-Richtlinie 89/336/CEE in ihrer aktuellen Ausgabe 93/68/CEE. Werkzeugmaschinen sollen aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit die Anforderungen der harmonisierten Grundnormen EN61000-6-4 und EN61000-6-2 bezüglich Störausstrahlung (Emissionen) bzw. Störempfindlichkeit (Immunität) erfüllen. Da sich auf die große Mehrzahl der Werkzeugmaschinen diese allgemeinen Normen häufig nicht anwenden lassen, ist die ergänzende Produktnorm EN50370 entstanden. Teil 2 (Immunität) ist bereits als harmonisierte Norm veröffentlicht; Teil 1 (Emissionen) wird in Kürze folgen. Im Gegensatz zur Maschinenrichtlinie behandelt die EMV-Richtlinie keine sicherheitsrelevanten Fragen. Die hier behandelten Aspekte beschränken sich rein auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Anlagen. Zum Thema ‚Elektrische Sicherheit’ seien besonders die EN60204-1 und die Niederspannungsrichtlinie 73/23/CEE erwähnt. Dieser Leitfaden soll dem Hersteller einen Überblick über die geltenden Richtlinien und Normen geben und darüber hinaus mit praktischen Hinweisen eine erfolgreiche EMV-Prüfung und damit CE-Kennzeichnung unterstützen. Durch Initiative des VDW, unterstützt durch den europäischen Werkzeugmaschinenverband CECIMO, werden in einem europäischen Forschungsprojekt geeignete Feldmeßverfahren untersucht und weiterentwickelt, mit dem Ziel auch für solche Verfahren zur EMV-Bewertung an Maschinen eine offizielle Zulassung zu erhalten. Sobald Ergebnisse aus diesem Projekt verfügbar sind, wird der VDW hierüber informieren. Anmerkung Die Anwendung dieses Leitfadens entbindet nicht von der Verpflichtung, die geltenden Richtlinien und Gesetze zu berücksichtigen und einzuhalten. 3 2 E M V - L E I T F A D E N Kapitel Richtlinien und Normen Die EMV-Richtlinie S eit der Einführung der EMV-Richtlinie 89/336/CEE haben Hersteller elektrischer und elektronischer Geräte und Anlagen die elektromagnetische Verträglichkeit ihrer Produkte im Rahmen der CE-Kennzeichnung nachzuweisen. Die europäische EMV-Richtlinie ist als EMV-Gesetz in Deutschland verbindlich und verfolgt die Zielsetzung 1. sicherzustellen, dass die von elektrischen und elektronischen Geräten erzeugten elektromagnetischen Störungen das korrekte Funktionieren anderer Geräte nicht beeinträchtigen: Störaussendung Energieversorgung, Busse, E/A-Leitungen etc. 2. und sicherzustellen, dass Geräte eine angemessene eigene Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen aufweisen, damit sie bestimmungsgemäß betrieben werden können: Störfestigkeit Energieversorgung, Busse, E/A-Leitungen etc. 4 E M V - L E I T F A D E N Der von der europäischen Kommission herausgegebene ‚Leitfaden zur Anwendung der EMV-Richtlinie’ beschreibt präzise den Umfang der Anweisungen, Prozeduren zur Evaluation der Übereinstimmung und Kennzeichnung von Maschinen, Anlagen, reparierten Geräten und Ersatzteilen. Auch wenn dieser offizielle Leitfaden keine Rechtsgültigkeit besitzt, wird die Kenntnisnahme des Dokumentes sehr empfohlen. Zur Erlangung eines Konformitätsnachweises sind zwei Vorgehensweisen möglich: 1. Eigenzertifizierung (-bewertung) Der Hersteller kann in Eigenverantwortung Tests durchführen oder ein EMV-Labor damit beauftragen. Die anzuwendenden Testverfahren sind der jeweiligen harmonisierten Norm (s. Tabelle unten) zu entnehmen. Bestandene Tests lassen die Vermutungswirkung einer Übereinstimmung mit der Richtlinie zu und bilden die Grundlage für die Konformitätserklärung. 2. Prüfung durch eine benannte Stelle (lt. Leitfaden der Kommission) Die Vorgehensweise ist verpflichtend für alle Produkte, auf die harmonisierte Normen nicht anwendbar sind (z.B. aufgrund nicht durchführbarer Untersuchungen in einer Absorbtionskammer). Die Anwendung dieses Verfahrens ist auch sinnvoll, wenn eine Produktpalette qualifiziert werden soll. Der Hersteller hat eine technische Dokumentation zu erstellen, die eine mechanische und elektrische Beschreibung der Maschine sowie eine vollständige Teileliste beinhaltet. Dieser Dokumentation können auch Testberichte beigefügt werden. Die Tests werden anhand dieser Dokumentation und eines vom Hersteller vorgegebenen Prüfplans über Art und Umfang der Untersuchungen durchgeführt. Bei der Anwendung der Normen ist darauf zu achten, dass die Normen des Einsatzbereiches angewendet werden, in dem die Maschine letztlich betrieben wird (Industriebereich oder Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereich). EN 61000-6-4 (Emissionen) EN 61000-6-2 (Immunität) EN 55011 (Funkstörungen) EN 61000-4-2 (ESD) EN 61000-4-3 (Transienten) Grundnormen (B-Normen) EN 61000-4-4 (HF) EN 61000-4-6 (HF induziert) EN 61000-4-8 (Magnetfeld 50Hz) EN 50370-2 (Immunität) EN 50370-1 (Emissionen) 5 Produktnormen (C-Normen) 3 E M V - L E I T F A D E N Kapitel Möglichkeiten der Umsetzung Wie ist die EMV-Richtlinie auf Werkzeugmaschinen anzuwenden? D ie für Werkzeugmaschinen festgelegten Anforderungskriterien in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit sind in der EN 50370 definiert. EMV-Tests stellen ein praktikables Hilfsmittel dar, mit dem es dem Hersteller ermöglicht wird, die Konformität seiner Maschine im Rahmen der CE-Kennzeichnung zu validieren. Erfolgreich bestandene Test lassen die Konformität vermuten, entlassen den Hersteller aber nicht aus seiner Verantwortung. (Die Tests gelten nur für eine spezifizierte Ausbaustufe der Maschine. Die Produktion weiterer Maschinen muss identisch mit der getesteten sein. Mit anderen Worten muss die Abweichung innerhalb der entscheidenden Forderung der EMV-Richtlinie bleiben: nicht beeinträchtigen und nicht beeinträchtigt werden). Der Hersteller ist verantwortlich für sein Produkt und die Übernahme dieser Verantwortung wird formal mit einer Konformitätserklärung nach der EMV-Richtlinie bescheinigt. In vielen Fällen kann der Hersteller in Erwägung ziehen, dass die Integration (Zusammenbau) von elektromechanischen Komponenten, für die bereits Konformitätsbewertungen existieren, für die Gesamtstruktur eine Vorabkonformität darstellt. Aus diesem Grunde werden im Anhang zwei Listen von Komponenten aufgeführt:, in denen anerkannt EMV-verträgliche Komponenten und EMV-sensitive Komponenten aufgelistet sind. Anmerkung Eine Konformität der Maschine führt letztlich zu einem sicheren und reproduzierbaren Betrieb und kann damit auch die Zahl ‚unerklärlicher Fehler’ reduzieren. Ebenso kann die Rücklaufquote nach dem Verkauf (After Sales) zwecks Nachbesserungsmaßnahmen minimiert werden. 6 E M V - L E I T F A D E N Die Produktnorm EN 50370 stellt eine pragmatische Vorgehensweise dar, wie die Anforderungen der Richtlinie bei Werkzeugmaschinen umgesetzt werden können. Es werden je drei Testmethoden (-prozeduren) und Schärfegrade (Kriterien) definiert, die den Betriebsbedingungen von Werkzeugmaschinen angepasst sind. Die Schärfegrade unterscheiden sich in ihrer Toleranz bei möglichen Abweichungen von den Vorgaben während der Prüfung (keine Auswirkungen der Störbeaufschlagung bis hin zu bleibenden, aber reversiblen Auswirkungen). Auf die drei unterschiedlichen Prozeduren A, B und C wird im folgenden eingegangen: 3.1 Drei Prüfprozeduren zur Auswahl Dem Hersteller stehen drei Möglichkeiten zur Wahl, die Konformität seiner Produkte nachzuweisen: A: Test der gesamten Maschine B: Test aller elektrischer und elektronischer Komponenten der Maschine C: Test der einzelnen Module / Unterbaugruppen A Test der gesamten Maschine Ganzheitliche Tests werden für kleine Maschinen empfohlen. Die Definition einer kleinen Maschine wird davon abhängig gemacht, ob sie in eine bei EMV-Tests einzusetzende Absorbtionskammer einzubringen und zu betreiben ist. Mögliche Kriterien sind: - Querschnittsfläche 1x2m (resp. Türöffnung) - vom Drehtisch vorgegebene Größe und Gewicht: 1,5m Durchmesser, 1000kg - elektrische Energieversorgung: Dreiphasen-Wechselstrom 3x400V, 32 A - erforderlich Betriebsmittel (Flüssigkeiten, Kompressorluft) - Geräte zur Überwachung der Maschineneigenschaften - Fernsteuerbarkeit (Bediener darf sich während der Tests nicht in der Kammer aufhalten). Diese Kenngrößen können in den verschiedenen Labors variieren. Selbst bei einer großen Kapazität ist es aufwändig, Tests mit einer mittelgroßen Werkzeugmaschine durchzuführen. Das ist durch praktische Gründe bedingt, wie: - Transportkosten und -schwierigkeiten - Rüstzeiten in der Absorberkammer - Bereitstellung einer Bedienperson - Nutzungskosten der Absorberkammer 7 E M V - L E I T F A D E N B Test aller elektrischen und elektronischen Komponenten Dieser Test eignet sich für modular konstruierte Werkzeugmaschinen. Er ist nicht geeignet für konventionelle Konfigurationen (große Schaltschränke mit Steuerungskomponenten wie numerische Steuerungen, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Geschwindigkeits- und Lageregelungen etc.). Der aktuelle Trend liegt in der Dezentralisierung der Steuerungen und damit der Verteilung an oder zwischen verschiedene Teile der Maschine. Für die Kommunikation der Steuerungskomponenten untereinander dienen Feldbusse. Es ist vergleichsweise einfach, die unterschiedlichen Funktionsblöcke/Module, die ggf. mit Sensoren und Aktoren ausgestattet sind, auf einem Tisch zu betreiben, wie es bei EMV-Prüfungen üblich ist. Diese Testmethode ermöglicht es, eine gegebene Konfiguration oder Anordnung sehr realitätsnah zu untersuchen, wobei zu beachten ist, dass das Betriebsprogramm (Software), die Anordnung der Sensoren, Aktoren, Kabel und deren Längen vom endgültigen Design der Maschine nicht stark abweichen dürfen. Der Test aller elektrischen und elektronischen Komponenten auf dem Prüftisch kann u. U. härteren Umgebungsbedingungen entsprechen, weil die Komponenten direkt den Störungen ausgesetzt sind. Die zusätzlich dämpfenden mechanischen Komponenten der Maschine fehlen. Eine visuelle Kontrolle wird als Option bei einer vollständigen Maschine empfohlen. Dieses Vorgehen ermöglicht eine direkte Prüfung der ausgeführten Konstruktionsanforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit insbesondere der Punkte: - Ausführung der Erdung - Kontaktierung des Schirms bei Kabeln und Steckverbindern - Integration von EMV-Filterkomponenten - Trennung der Kabel in Abhängigkeit von den jeweils geführten Signalen - Einhaltung von Mindestabständen zwischen Kabelgruppen - Korrekter Einsatz von Erdungsflächen - unlackierte Bereiche (Kontakt und Korrosion) - Oberflächenkontakt - Korrosion von Kontakten (Risiko) 8 E M V - L E I T F A D E N C Test von Unterbaugruppen / Modulen Dieses Vorgehen bietet sich an bei Werkzeugmaschinen, deren Baugruppen bereits weitgehend EMV-konform sind. Auch bei Baugruppen, für die eine EMV-Untersuchung nicht erforderlich ist, sollten zumindest Tests wie in Kap. 3.4 beschrieben durchgeführt werden. Der Werkzeugmaschinenhersteller soll, wann immer möglich, die EMVKonstruktionsanweisungen des Baugruppenherstellers berücksichtigen. Besondere Aufmerksamkeit gilt diesen Modulen, wenn die Anweisungen nicht vollständig berücksichtigt/umgesetzt werden können. Dieses Vorgehen besteht aus mehreren Schritten: Tests der Module, visuelle Untersuchung und ergänzende Tests mit der vollständigen Maschine. Bei der Unterteilung der Maschine in Module (Modularisierung) sollen folgende Kriterien berücksichtigt werden: - ist das Modul bezüglich EMV relevant oder nicht? - Möglichkeiten zur Ausführung der elektrischen Verbindungen. - Störende Beeinflussung durch nicht zur Maschine gehörende Teile. - Berücksichtigung der EMV-Konstruktions/Zusammenbau Anweisungen. Abschließend soll eine visuelle Untersuchung der vollständigen Werkzeugmaschine erfolgen. 3.2 Aspekte zur Auswahl der Prüfprozedur Validierung einer Produktreihe Die Norm EN 50370 kann auch zur Validierung einer Produktreihe herangezogen werden. Diese Möglichkeit ist den innerhalb des Kommissionsleitfadens benannten Stellen vorbehalten. Die Norm stellt die erforderlichen Informationen bereit, wie eine aus EMV-Sicht möglichst komplexe und damit repräsentative Maschinenkonfiguration innerhalb einer Produktfamilie zu finden ist. Vorbereitende Analyse / Erstellung eines Prüfplans Der Maschinenhersteller kann eine der drei oben beschriebenen Prüfprozeduren (A, B oder C) wählen. Die Auswahl ist abhängig von: 9 E M V - L E I T F A D E N - der Größe der Werkzeugmaschine, - den Eigenschaften der Baugruppen, die als Zulieferungen erfolgen, - den EMV-Prüfmöglichkeiten im eigenen Hause, - Erschwernisse bei der Prüfungsdurchführung, - Verfügbarkeit spezieller Prüf- und Messmittel, - Anzahl der Serienproduktionen, - Investitionen und Aufwendungen für Prüfungsdurchführungen und - Verfügbarkeit und Lage eines geeigneten EMV-Labors mit Absorbtionskammer. Die Größe des Prüflings Bei kleinen Prüflingen bietet sich ein vollständiger Test an (Abmessungen kleiner als 1x1x1,9m und Gewicht unter 1000kg). Je größer der Prüfling ist, umso eher eignet sich der Komponententest. Art und Umfang von Unteraufträgen Der Werkzeugmaschinenhersteller bezieht Armaturen, Steuerungen und teilweise oder vollständig verdrahtete Schaltschränke und Steuerungsgehäuse von Unterlieferanten. Der Hersteller kann die EMV-Abnahmen durch den Unterlieferanten durchführen lassen. Die erforderlichen Normen und damit Prüfprozeduren sind genau zu spezifizieren. Bei Anlagen mit dezentraler Steuerung bietet sich das Vorgehen nach Prozedur B an (Test der elektrischen Komponenten). Interne EMV-Prüfmöglichkeiten (beim Hersteller) Der Hersteller wird der Prozedur C den Vorzug geben, wenn er über qualifiziertes Personal, ausreichende spezielle Messgeräte und Erfahrungen in der Anwendung von EMV-Tests in seinem Unternehmen verfügt. Technische Schwierigkeiten - Prüfbarkeit der Maschine (aufgrund ihrer Größe) - Überwachungsmöglichkeiten während der Prüfungsdurchführung - Verfügbarkeit eines Prüfprogrammes - Risiko des Bruches/der Zerstörung von Ausrüstung und/oder Maschinenteilen - Risiko der Beeinflussung der Maschine durch externe Störquellen - latente Mängel in Komponenten der Maschine 10 E M V - L E I T F A D E N Erforderliche Mess- und Prüfmittel - Ausrüstung für geometrische Messungen, Maß- und Formabweichungen - Erfassung und Überwachung der Steuerungseinheit(en) - (visuelle) Beobachtung per Kamera/Monitor - Speicheroszilloskop, Multimeter, Frequenzgenerator und Prüfpistole Anwendung der Norm bei großen Werkzeugmaschinen Der Hersteller kann die Vorgehensweise frei wählen, wobei die Auswahl von mehreren Faktoren abhängt: - gibt es harmonisierte Normen, die für das Produkt anwendbar sind? - ist Erfahrung in der EMV-Messtechnik und Prüfungsdurchführung vorhandenen? - ist der finanzielle und zeitliche Aufwand zumutbar? - handelt es sich um Maschinen, die nicht den konventionellen EMV-Tests unterzogen werden können (z. B. aufgrund ihrer Größe oder erforderlichen Betriebsmittelversorgung)? - handelt es sich um ortsfeste Anlagen im Sinne der EMV-Richtlinie? - ist der Hersteller Systemintegrator und die Zulieferteile sind bereits zertifiziert? Daraus lässt sich folgendes ableiten: ! Die EMV-Richtlinie spricht darin benannten Stellen die Erlaubnis zu, die Konformität bescheinigen zu dürfen. Diese Bewertung basiert dann auf einer Analyse der Maschinenkomponenten anhand der technischen Dokumentation. ! Im Leitfaden der Kommission zur EMV-Richtlinie wird noch ein anderer Weg vorgeschlagen: Die Maschine kann als EMV-konform angenommen werden, wenn die folgenden Umstände zutreffen: - alle Bestandteile der Maschine sind bereits EMV-konform und tragen CEZeichen - diese Baugruppen sind konsequent nach den Angaben des jeweiligen Herstellers zusammengebaut. 11 E M V - L E I T F A D E N ! Der Hersteller kann eine Eigenbewertung durchführen, d.h. eine CEKonformitätserklärung für sein Produkt ausstellen und alle technischen Dokumente (Konformitätserklärungen von Zulieferteilen, Testberichte, Bedienungsanleitung etc.) sind für min. 10 Jahre nach den Verkauf der letzten Maschine aufzubewahren. ! Obwohl dieses Vorgehen für große und ortsfeste Anlagen das sinnvollste ist,. ist es aus technischer Sicht nicht immer ideal. Besondere Aufmerksamkeit ist z.B. dann geboten, wenn das EMV-Personal nicht im Umgang und Umsetzung der Normen geübt ist (Mess- oder Durchführungsfehler) oder gar Zulieferteile nicht EMV-konform, d.h. mit CEKennzeichnung ausgestattet sind. Anmerkung Falls sich der Hersteller nicht strikt an die o.g. Vorgehensweisen hält, ist es erforderlich, die Konformität mittels EMV-Tests zu validieren, ggf. mit Unterstützung durch eine im KommissionsLeitfaden benannten Stelle (z.B. akkreditiertes EMV-Labor). Was ist bezüglich Zulieferteilen zu beachten? Die meisten Anbieter von industriellen elektronischen Komponenten versuchen CE-konforme Produkte nur für eine bestimmte Konfiguration/Anwendung anzubieten, ohne dabei direkt EMV-Untersuchungen einfließen zu lassen/durchgeführt zu haben. Der Leitfaden zur EMV-Richtlinie schreibt vor, dass Elektronikhersteller alle Maßnahmen zu treffen haben (insbesondere die Bereitstellung von Informationen) , um den Einbau ihrer Produkte sachgerecht zu ermöglichen und dabei die Anforderungen der EMV-Richtlinie zu erfüllen. Diese Informationen dürfen nicht nur von Fachleuten/Spezialisten verstanden und umgesetzt werden können. In dem Leitfaden zur EMV-Richtlinie sind Komponenten in unterschiedliche Kategorien eingeteilt: Elektromagnetisch passive Bauteile: Dies sind z.B. Sicherungen, Trennschalter, Transformatoren, Kondensatoren, Asynchronmotoren etc. Diese Bauteile müssen nicht auf Konformität mit der EMV-Richtlinie überprüft/gekennzeichnet werden. werden von der EMVRichtlinie nicht berücksichtigt und müssen daher auch nicht als konform erklärt Komponenten, die keine direkte Funktion ausüben 12 E M V - L E I T F A D E N werden. Beispiele für Komponenten ohne direkte Funktion sind Kabel, Integrierte Schaltungen, Transistoren Relais, LC-Displays, mechanische Thermostate, Kathodenstrahlröhren etc. Komponenten mit direkter Funktion werden in zwei Gruppen unterteilt: • Komponenten, die ausschließlich durch Systemintegratoren weiterverarbeitet werden und auf dem freien Markt nicht verfügbar sind (Lageregler, Servoverstärker, Monitore, Steuerungskomponenten) - müssen keine CE-Kennzeichnung nach EMV-Richtlinie tragen - müssen so dokumentiert sein, dass die Einhaltung der Richtlinie einfach möglich ist. - dürfen nur durch geschultes EMV-Fachpersonal montiert und in Betrieb genommen werden • Auf dem freien Markt verfügbare Komponenten (z.B. PC-Erweiterungskarten, Laufwerke etc.) - müssen eine CE-Kennzeichnung tragen (nicht zwingend EMV-Richtlinie!) - sind so zu dokumentieren, dass eine einfache Integration auch durch NichtFachleute möglich ist, und die Einhaltung der Richtlinie nicht gefährdet wird. Im Hinblick auf eine möglichst reibungslose CE-Kennzeichnung wird empfohlen, die folgenden, eigentlich selbstverständlichen Aspekte, unbedingt einzuhalten: - kritisches Überprüfen der CE-Konformitätserklärung von Zulieferteilen, insbesondere der durchgeführten Prüfungen (nach welcher Richtlinie?). - Genaues Studium der Dokumentationen - unbedingtes Einhalten der Herstellerhinweise - fachgerechte Verdrahtung der Anlagenkomponenten Sicherheitsaspekte (bei der EMV-Richtlinie) Der Maschinenhersteller muss alle für sein Produkt geltenden Richtlinien einhalten. Sicherheitsaspekte, die durch elektromagnetische Beeinflussungen verursacht werden sind im Rahmen der Bewertung für die EGMaschinenrichtlinie (98/37/EG) zu behandeln. Dabei ist zu berücksichtigen, dass - die Maschine den Bediener nicht durch starke Strahlung gefährden darf und dass - die Maschine in gestörter Umgebung arbeiten können muss, ohne selbst Gefahren zu erzeugen. 13 E M V - L E I T F A D E N Kapitel 15.2 im Kommissions-Leitfaden zur EMV-Richtlinie zeigt eine Beschreibung , wie hierbei vorzugehen ist. Zur Beurteilung der bei Störungen von der Maschine ausgehenden Gefahr, ist der Hersteller angehalten, eine Gefahrenanalyse (Risikoanalyse) zu erstellen. Anhand des Ergebnisses dieser Analyse lassen sich dann die am besten geeigneten Lösungen bestimmen. 3.3 Untersuchungsergebnisse Praktische Erfahrungen mit EMV-Tests an Werkzeugmaschinen und deren Komponenten, die vom Testlabor CETIM, Senlis durchgeführt wurden, zeigen folgende Fehlfunktionen mit unterschiedlicher Ausprägung. Es sind hier einige Beispiele aufgeführt, die sich als typisch und häufig wiederkehrend herausgestellt haben: Die Untersuchungen bezüglich der Immunität ergaben bei - EN61000-4-4: mäßige Störfestigkeit bei schnellen Transienten - EN61000-4-3 und -6: Gutes und sehr gutes Störfestigkeitsverhalten - Funk und 900 MHz GSM: unterschiedliche Auswirkungen mit Fehlfunktionen, da Feldstärken von über 50 V/m in der Nähe von Funksendern problemlos erreicht werden können und derart hohe Frequenzen durch unzureichende Schirmung und ‚HF-Löcher’ hindurchdringen. (Die Qualität der Abschirmung einer Anlage lässt sich mit diesem Test vergleichsweise einfach transparent machen). Die beobachteten Fehlfunktionen basierten dabei häufig auf der störenden Beeinflussung von internen Messgeräten und -größen sowie digitalen Signalen. Die Auswirkungen erstrecken sich vom Verlust der Positionsinformation im Encoder über den Zusammenbruch der Buskommunikation bis hin zur Reinitialisierung der Steuerung. Einige der Fehler sind zwar selten, aber einfach zu identifizieren, wenn sie von der Maschinensteuerung protokolliert werden. von starken Störquellen wie Achsverstärkern werden bereits durch Standard-Schutzmaßnahmen reduziert. Es wurde festgestellt, dass: Emissionen - ein Hauptfilter (nach Empfehlung des Herstellers) am Achsverstärkereingang die leitungsgeführten Emissionen auf Werte unterhalb der Grenzen nach EN55011 (Industrie) reduziert, und dass - die standardmäßige Abschirmung der Motorkabel zu einer innerhalb der Grenzwerte liegenden Störaussendung führt. 14 E M V - L E I T F A D E N Vereinzelt kann sogar auf den Einsatz geschirmter Kabel verzichtet werden, wenn im Bereich von Kabelüberschneidungen eine Abschirmung mittels metallischer Strukturen oder Blechen erfolgt. Wichtig ist besonders die konsequente Aufrechterhaltung eines guten Potentialausgleiches zwischen den großen metallischen Strukturelementen der Werkzeugmaschine. Aufgrund dieser Erkenntnisse lassen sich für die verbesserte Ausführung von EMV-Schutzmaßnahmen die folgenden allgemeinen Empfehlungen ableiten: (über 10m) sind empfindlich gegenüber schnellen Transienten (Bursts) und sollten daher sachgerecht geschirmt sein. Beim typischen Einsatz als Verbindungskabel zum Bedienterminal sind in der Kabelführung verschiedene Kabel unterschiedlicher Signalarten zusammengefasst, die sich in ungeschirmter Ausführung beeinflussen können. Lange Kabel Allgemein kann gesagt werden, dass Kabel mit starken Störungen fern von anderen Leitungen verlegt werden sollten. die mittels der standardisierten Schnittstellen 4-20 mA oder 0-10 V übertragen werden, sind tendenziell störempfindlich, wobei das 010 V Signal wesentlich kritischer ist. Es ist ein Trend dahingehend zu erkennen, dass für diesen Zweck zunehmend digitale Signalübertragungsstrecken eingesetzt werden. Analoge Messsignale, Metallische Sensorgehäuse bieten erfahrungsgemäß eine höhere Störfestigkeit als Kunststoffgehäuse, zumal im Falle der geschirmten Ausführung und bei Kürzung des Kabels auf die minimal erforderliche Länge. (Clock-Generatoren) als Bausteine elektronischer Schaltungen können sehr hohe Spektralanteile emittieren. Neben der Grundfrequenz (> 50MHz) existieren viele Oberwellen im Spektrum, die bis an den GHz-Bereich ausgeprägt sind. Bei dadurch begründeten EMV-Problemen ist in ungünstigen Fällen ein Redesign der Leiterplatte die einzige Möglichkeit, die Emissionen nachhaltig zu reduzieren (Leiterbahnabstände, Einbringen von Dämpfungselementen wie Kapazitäten und Induktivitäten, etc.). Elektronische Taktgeber Auch onboard software (firmware) bei prozessorgesteuerten Baugruppen kann zur elektromagnetischen Verträglichkeit beitragen. Mit vergleichsweise geringem (einmaligen) Aufwand können hier unter Umständen! Verbesserungen erzielt werden, indem z. B. Ausgangssignale mit digitalen Filtern an die Dynamik des Prozesses angepasst werden (Reduktion der Flankensteilheit des Ausgangssignales z.B. durch Mittelwertbildung), Messwerte auf Konsistenz überprüft werden und eine Fehlerbehandlung unsinnige Werte unterdrückt sowie der Einsatz von watch-dog Funktionen zum Abfangen eventueller Systemfehler. Diese Maßnahmen sind jedoch kein Ersatz für hardwaremäßige Maßnahmen zur Verbesserung der EMV. 15 E M V - L E I T F A D E N 3.4 Testempfehlungen Die im Folgenden beschriebenen Tests sind vergleichsweise preiswert und schnell vom Werkzeugmaschinenhersteller selbst durchführbar. Damit bekommt er in kurzer Zeit einen praxisnahen Eindruck über die Qualität und Robustheit seines Produktes in Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit. Alle Tests sind vergleichsweise einfach durchzuführen und stellen eine realitätsnahe Störbelastung dar. Darüber hinaus schafft das erfolgreiche Bestehen dieser Test eine fundierte Ausgangssituation zum Bestehen der weiteren für die CE-Kennzeichnung erforderlichen Immunitäts- und Emissionsprüfungen. Nach EN 61000-4-4 erfolgt eine Störbeaufschlagung des Prüflings mit schnellen Transienten (Bursts). Die Ausführung dieses Tests ist relativ einfach und erfolgt an den Kabeln der Stromversorgung und an allen langen Kabeln über 10 m. Mit diesem Test kann eine Vielzahl von Effekten und Fehlfunktionen beobachtet werden, die nicht zwingend problematisch sein müssen: Nach Norm darf das zu testende Gerät durchaus gestört werden, muss aber nach Beendigung der Störbeaufschlagung wieder einwandfrei und im gleichen Testmode funktionieren. sind an allen Stromversorgungskabeln und an allen vorhandenen Eingängen einzubringen. Dieser Test ist besonders für analoge Eingänge eine anspruchsvolle Prüfung, da es i.a. zu Signalverzerrzungen kommen wird. Dieser Test ist auch gut vergleichbar zu einer Immunitätsmessung in der Absorberkammer, deren Nutzung mit entsprechenden Kosten verbunden wäre. Leitungsgebundene Hochfrequenzstörungen in der Versorgungsspannung sind in EN 61000-4-11 als Testprozedur beschrieben. Mit diesem Test kann sichergestellt werden, dass eine Maschine im Betrieb an schlechter Netzversorgung nicht gestört oder gar beschädigt wird. Spannungseinbrüche (ESD) nach EN 61000-4-2 sind ebenfalls einfach durchzuführen. Mit einer Prüfpistole wird hierbei ein kurzer, niedrigenergetischer Hochspannungsimpuls auf die festgelegten Oberflächen der Maschine oder Bedieneinheit gegeben. Dieser Test wird mit hoher Wahrscheinlichkeit ohne Fehlfunktionen bestanden werden können. Elektrostatische Entladungen Empfindlichkeit gegen HF-Strahlung Praxisnah und ohne besondere Ausrüstung durchführbar ist auch die folgende Überprüfung der Störfestigkeit, bei dem die Steuerungskomponenten der Maschine mit einem mobilen Funksender (Sprechfunk, Handy) in unmittelbarer Nähe (< 50 cm) gestört werden. Mit einer Durchführung dieser Prozedur in allen drei Frequenzbändern (433, 900 und 1800 MHz) deckt man auch den größten Teil der international verwendeten Kommunikationsfrequenzen ab. Eine Definition der Schnittstellen einer Maschine findet sich im Anhang der EN 50370-2. 16 4 E M V - L E I T F A D E N Kapitel Installationstechnik praktische Hinweise Eine einwandfreie Ausführung von Montage und Verkabelung der Komponenten sind zwingende Voraussetzungen für eine gute elektromagnetische Verträglichkeit des Gesamtsystems. Z iele einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit einer Anlage sind eine hohe Störfestigkeit gegen von außen einwirkende elektromagnetische Felder und leitungsgebundene Störungen sowie eine begrenzte Störaussendung zur Wahrung der ungestörten Funktion anderer Verbraucher. Beide Effekte lassen sich entscheidend mit der Ausführung der Verkabelung und mit der Abschirmung von elektrischen und elektronischen Baugruppen beeinflussen. Von zentraler Bedeutung ist dabei neben der räumlichen Leitungsführung die Schaffung und Nutzung eines wirksamen und zugänglichen Null-Potentials als EMV-Erdung (Bezugspotential, Masse). Der bei hochfrequenten Strömen auftretende Skin-Effekt stellt dabei andere Anforderungen an die geometrische Ausführung des Leiters und dessen Kontaktierung als die im niederfrequenten Bereich wirksame Schutzerdung mittels grün-gelber Einzelader, die ausschließlich der Sicherheit des Bedienpersonals gegen elektrischen Schlag dient. Die erforderliche Schutzerdung einer Maschine und derer Komponenten ist daher nicht zur Ableitung hochfrequenter Störungen geeignet. Beide Systeme stellen jedoch prinzipiell eine Erdung dar. Weil die praktische Ausführung der Verkabelung entscheidend für die elektromagnetische Verträglichkeit der Komponenten untereinander und damit der gesamten Maschine ist, wird hierauf im folgenden ausführlich eingegangen. Anmerkung: Sicherheitsanforderungen wie Schutzerdung sind unverzichtbar; die Schirmung aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit erfolgt unabhängig davon. Die Schutzerdung und EMV-Maßnahmen sind strikt zu trennende Themen! 17 E M V - L E I T F A D E N 4.1 Allgemeine Wirkungsmechanismen B ei Kabeln, die in der Nähe nicht abgeschirmter oder ungefilterter Kabel (Motorzuleitungen, Energieversorgung etc.) verlegt sind, muss mit einer elektromagnetischen Beeinflussung gerechnet werden. Frequenzumrichter Motor Netzanschlusskabel Motorkabel Kabel im Einflussbereich Sollwertsignal A us elektrotechnischer Sicht bedeutet die Eliminierung einer Störung das direkte Ableiten des Störstromes über einen niederohmigen Pfad zum Nullpotential. Abschirmung Blech, Bezugspotential Störstrom 18 E M V - L E I T F A D E N 4.2 Ausführung der EMV-Erdung Im Gegensatz zur sicherheitsrelevanten Schutzerdung soll eine Erdung aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit besonders bei hohen Frequenzen eine geringe Impedanz haben. Dieses Ziel kann mit einer Einzelader nicht erreicht werden; hierzu ist eine flächige Ausdehnung des Leiters erforderlich. Idealerweise sollte die leitende Verbindung zweier Kontaktstellen ein Verhältnis von Länge zu Breite von ca. 5 nicht überschreiten. Sehr lange Metalllitzen oder Massebänder sind daher aus HF-technischer Sicht zu vermeiden. L ~ 12nH/cm Z ~ 10 Ohm (bei 10 MHz) ! schlecht: Eine Einzelader hat aus HF-technischer Sicht eine zu hohe Impedanz. L > 10cm l B > 1cm L ~ 1nH Z = 1 Ohm (bei 10MHz) " besser: Die Erdung muss mittels flacher und im Verhältnis breiter statt langer Kabel erfolgen (Verhältnis Länge/Breite ca. 5 oder weniger), die vorzugsweise noch geschirmt sind (aufgrund des Skineffektes reduziert die Schirmung bei höheren Frequenzen die Impedanz). 19 E M V - L E I T F A D E N 4.3 Kabelarten und Verdrahtungshinweise D ie beim Betrieb einer Anlage oder Maschine auftretenden (Wechsel-) Ströme führen zur Entstehung elektromagnetischer Felder unterschiedlicher Frequenzen, die zu mehr oder weniger starken Kopplungen (Übersprechen) zwischen den Kabeln und Leitungen führen können. Felder und Ströme treten hierbei in Wechselwirkung (Kreuzkopplung). Als Koppelglieder fungieren dabei die über die Länge der Kabel verteilten Kapazitäten und Induktivitäten. Der Störstrom überlagert sich dem Nutzsignal und verfälscht dessen Informationsgehalt; ggf. werden sogar die angeschlossenen elektronischen Komponenten zerstört. Zur Reduzierung der Kopplung stehen unterschiedliche Maßnahmen zur Verfügung, die am wirkungsvollsten in ihrer Kombination angewendet werden. Bereits das Nichtbeachten einer dieser Maßnahmen kann zu einer erheblichen Qualitätseinbuße der elektromagnetischen Verträglichkeit führen. Aufgrund der Vielfalt der zu übertragenden Signalformen und -stärken im Werkzeugmaschinenbau werden unterschiedliche Typen von Kabeln eingesetzt. Je nach Art des zu übertragenden Signals (oder Energie) muss eine geeignete Kabelbauform gewählt werden. Signale mit kleinem Nutzpegel müssen aufgrund ihrer geringen Störfestigkeit geschützt werden (z.B. durch Schirmung oder paarweise Verdrillung), während bei leistungsführenden Kabeln eher die Begrenzung der Störaussendung eine Rolle spielt. Bei der Auswahl geeigneter Kabel sind evtl. vorliegende Hinweise der Komponentenhersteller zu beachten. Zum Einsatz kommen im allgemeinen: oder ungeschirmte Kabel bieten keinen Schutz bezüglich elektromagnetischer Felder. Sie sind aus elektromagnetischer Sicht kritisch zu betrachten und werden daher ausschließlich für niederfrequente und Gleichspannungssignale eingesetzt. Einzeladern Paarweise verdrillte Leitungen werden zur Übertragung symmetrischer Signale eingesetzt. Im Einzelfall können diese zusätzlich geschirmt sein, wobei Schirmungen aus Aluminiumfolie statt Geflecht nicht empfehlenswert sind, weil erfahrungsgemäß kaum eine zuverlässige Kontaktierung des Schirms erfolgen kann. Durch die paarweise Verdrillung der zusammengehörigen Leiter (bis zu 50 Drehungen/Meter) wird das Übersprechen zwischen den Adern und damit der HF-Pegel aufgrund der relativen geometrischen Lage der Adern (nicht parallel) reduziert. Bei entsprechenden Transmitterbausteinen kann die erzielbare Kabellänge je nach Frequenz einige hundert Meter betragen. sind vergleichsweise einfach zu konfektionieren, wenn viele Adern/Signale über ein Kabel transportiert werden sollen. Da die Störfestigkeit vergleichsweise schlecht ist, sollten die Kabel nicht länger als ca. 50 cm (je nach Frequenzbereich) sein. Für längere Distanzen empfehlen sich folgende Maßnahmen: Flachbandkabel 20 E M V - L E I T F A D E N - abwechselnde Belegung mit Signalpegel und Bezugspotential - flache, berührende Verlegung des Kabels auf metallischen Flächen - Verwendung einer zusätzlichen externen Schirmung geschirmte Kabel mit mehreren Adern, auch mehrfache Schirmung ist möglich. Letztere werden bei besonders störempfindlichen Signalen eingesetzt. bieten bei korrekter Anwendung einen erheblich besseren Schutz gegen HF-Störungen. Durch die zentrale Lage der Seele/Innenleiters bezüglich des umschließenden Schirmleiters (i.a. Kupfergeflecht) ist der innere Bereich des Kabel nahezu frei von Störfeldern. Durch die Verwendung mehrerer und unterschiedlicher koaxialer Schirmungen (z.B. Kupfergeflecht und ferromagnetisches Matrial) kann der Abschirmeffekt in beiden Richtungen noch verbessert werden. Die HF- Qualität eines Koaxialkabels wird durch die Transferimpedanz beschrieben, die das Verhältnis zwischen äußerem Störstrom (Schirmung) und innerer induzierter Spannung (Innenleiter) beschreibt. Kabel mit einer guten Abschirmwirkung haben demnach eine kleine Impedanz. Koaxialkabel (Lichtwellenleiter) sind aus elektromagnetischer Sicht störunempfindlich und stellen daher ein ideales Übertragungsmedium in stark störbelasteten Umgebungen dar. optische Datenkabel Für die unterschiedlichen Einsatzzwecke und Arten der Kabel gilt: Funktion/Signal Netzversorgung Kabeltyp ungeschirmt Motoranschluss (ohne Umrichter) Motoranschluss (mit Umrichter) Sensoren ungeschirmt Feldbusse o.ä. geschirmt koaxial, twisted-pair (geschirmt), ggf. mehrfach Bemerkungen Bei besonderen Anforderungen können Filter oder Ferritkerne (Ringe) eingesetzt werden. Ohne Frequenzumrichter betriebene Motoren produzieren kaum Störungen. Starke Störaussendung; die Schirmung muss beidseitig geerdet sein. Bei langen Kabeln kann einseitige Schirmerdung besser sein. Unter Umständen kann doppelte Schirmung nötig sein, wobei der äußere Schirm Bezugspotential hat, der innere auf Null-Volt der Sensorelektronik liegt. Diese Kabel müssen besonders sorgfältig installiert werden (häufige Schwachstelle). twisted-pair (geschirmt) (auch Lichtwellenleiter) Datenverbindungen Flachband Kabel sollten kurz gehalten und dicht an Masseblechen verlegt werden. Geschirmte Versionen sind schwer zu konfektionieren schaltend ungeschirmt ggf. Einsatz von Filtern (Tiefpass) (Relais, Schütze) 21 E M V - L E I T F A D E N Über die praktische Ausführung der Kabelverbindungen und worauf bei der Installation zu achten ist, wird im folgenden ausführlich eingegangen. Für die Übertragung jedes Signals sollen zwei möglicht dicht beieinanderliegende Adern verwendet werden. In Abhängigkeit von Signalpegel und -frequenz sollten diese geschirmt sein oder mit einigen Drehungen pro Meter verdrillt sein. Eine Schirmung soll grundsätzlich keinen Strom führen und soll daher auch nicht als Signalrückführung genutzt werden. Alle Kabel müssen über ihre ganze Länge möglichst dicht entlang der Massebleche geführt werden, insbesondere bei längeren zu überbrückenden Distanzen. FALSCH: RICHTIG: - Erzeugung einer Schleife - Trennung von Ausgangs- und Rückführkabel - kein Kontakt mit M etall - keine Verdrillung M asse symbolische Ausführungen der Verbindung zweier Komponenten Je Signal sollen beide Adern so dicht wie möglich am Blech geführt werden mit Schaltschrank verbunden (guter Oberflächenkontakt) kurzes und breites Geflechtband oder Blechstreifen Gerät 1 Gerät 2 Schutzleiter (Einzelader) Montageplatte (Bezugspotential) kurzes und breites Geflechtband oder Blechstreifen 22 E M V - L E I T F A D E N Hinweise zur Kabelinstallation: • Mit Störungen beaufschlagte Kabel dürfen störungsfreie nicht beeinflussen können. Zu trennen sind z.B.: - gefilterte von ungefilterten Signalen - in den Schaltschrank geführte Kabel von internen Leitungen mit schwachem Signalpegel sowie generell Komponenten, die Störungen verursachen von solchen zu trennen sind, die eine hohe Störempfindlichkeit haben. • Die Kabel sollten nach ihrer Güte resp. Art des geführten Signals verlegt werden in Gruppierungen von jeweils - abgeschirmten Kabeln, - nicht abgeschirmten Kabeln, - digitalen Signalkabeln und - analogen Kabeln mit niedrigem Signalpegel. • Grundsätzlich ist anzustreben, leistungsführende Komponenten von daten- oder signalführenden Teilen möglichst entfernt zu installieren (je nach Möglichkeit bis zu 1 m getrennt). • Bei der Verbindung von Steuerungskomponenten untereinander sind die Kabel möglicht dicht über eine Massefläche zu führen, um eine minimal aufgespannte Fläche zwischen Kabeln und Masse zu erzielen und damit eine Schleifenbildung zu vermeiden (s. vorheriges Bild). • Elektronische Baugruppen/Module sollten in möglichst unmittelbarer Umgebung mit flächigen Massepotentialen verbunden werden; wobei für die leitende Verbindung gilt: B > 1cm, L < 10cm. • Zur Kontaktierung der Abschirmung darf keine Einzelader verwendet werden sondern ein Geflechtband oder Blechstreifen. • Leitungen mit empfindlichen Signalen werden paarweise verdrillt. • Unbenutzte Kabel dürfen nicht potentialfrei bleiben (lose Enden); sie müssen an beiden Enden auf demselben festen NullPotential liegen, damit sie kein Potential aufbauen können. • Wenn sich Kabel unterschiedlicher Signalarten kreuzen, sollte dies in einem rechten Winkel erfolgen. 23 4.4 Abschirmungen und Masseverbindungen Im Normalfall wird die Abschirmung eines Kabel an beiden Enden geerdet (Nullpotential). Ein gut ausgeführtes Massesystem an der Maschine oder Anlage wird dabei vorausgesetzt. Die Abschirmung muss durchgängig geschlossen sein (unterbrechungsfrei) und sehr gut leitend mit dem Massepotential verbunden sein. Die Effizienz der Abschirmung hängt wesentlich von der Güte dieser Verbindungen ab. Bei langen Kabeln sollten zusätzliche Masseverbindungen über die Länge verteilt eingefügt werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Schirm nicht auf unterschiedliche Massepotentiale gelegt wird. In einem solchen Fall sind zweifach geschirmte Kabel zu verwenden, wobei der äußere Schirm ohne weiteres mit den verschiedenen Massepotentialen verbunden werden kann. Kabeldurchführungen z.B. in Schaltschränke etc. sind mittels metallischer Klemmverschraubungen durchzuführen, um auch hier die Durchgängigkeit der Schirmung beizubehalten. Der innere Schirm wird weiter nach innen geführt und an die entsprechende Baugruppe angeschlossen. In besonderen Fällen kann es sinnvoll sein, den Schirm nur auf einer Seite mit Masse zu verbinden. Hierauf wird in Kap. 4.7 näher eingegangen. Stromversorgung (ungeschirmt) Achsverstärker Antrieb Motor- und Steuerkabel sind geschirmt und beidseitig kontaktiert. Steuerung schwaches Signal bei langem Kabel Sensor und Abschirmung sind fliegend beispielhafte Anlagenkonfiguration D ie uneingeschränkte Durchgängigkeit der Schirmung ist entscheidend für ihre Wirksamkeit. In der Praxis ist immer wieder zu beobachten, dass diesem zentralen Aspekt nicht genügend Aufmerksamkeit gewidmet wird. Ein häufig zu beobachtender Fehler bei der Konfektionierung von Kabeln ist es, den Schirm wie eine Signalader auf einen Kontakt zu führen. Dieses Vorgehen macht die Wirksamkeit der gesamten Schirmung zunichte, weil die große E M V - L E I T F A D E N Impedanz des pig-tails bei hohen Frequenzen die Störungen nicht nach Masse ableitet. Es ist darauf zu achten, dass die Schirmung immer peripher um die zu schützenden Adern verläuft und auf der Länge keine Unterbrechungen aufweist. ‘pig tail’ Abschirmung ! schlecht: Die Abschirmung ist nicht durchgängig und HF-technisch zu hochohmig gegen Masse (Einzelader), so dass die Wirksamkeit kaum gegeben ist. Störungen werden zur HF-Masse abgeleitet: > 10cm > 2 cm > 1 cm guter Kontakt ist erforderlich # besser: Die Abschirmung ist zwar auf kurzer Distanz unterbrochen (wenige cm), aber die HF-Störungen auf der Abschirmung werden niederohmig nach Masse abgeleitet. Optimal wäre eine Kapselung der Klemmen mit metallischem Gehäuse, in das die Kabel mittels Kabelverschraubungen eingeführt werden (s. a. Anhang 1, Bild A.1). 25 E M V - L E I T F A D E N Das folgende Bild zeigt eine sehr geeignete und kostengünstige Möglichkeit, die Kontaktierung der Abschirmung zur Masse auszuführen: Festes Anziehen sichert einen guten und dauerhaften elektrischen Kontakt Abschirmung metallisch blanke Oberfläche Vorteile: - durchgängige Schirmung - guter Oberflächenkontakt - einfache, effiziente Lösung Diese Vorgehensweise ist weit verbreitet, einfach und effizient. Sie sollte besonders dann benutzt werden, wenn z.B. der Schaltschrank starke Störquellen beinhaltet. Beispiel: Das Kabel tritt durch den Boden des Schaltschrankes ein (sauber getrennt von anderen Kabeln im Schrank), und führt hinauf zu einem Masseblech, das mit dem Schrankgehäuse verbunden ist. Die Abschirmung der Kabel wird freigelegt (aber nicht unterbrochen) und mit dem Masseblech fest kontaktiert. Noch effizienter aber teurer wäre der Einsatz leitender Kabelverschraubungen; besonders im hohen Frequenzbereich: Schrank Schirm Durchführung " optimal: Mit einer metallischen Kabelverschraubung wird eine umlaufende geschlossene Fortführung der Abschirmung erzielt. Die Montage muss in die leitende (metallisch blanke) Wand erfolgen. 26 4.5 Der Einsatz von Filtern F ilter dienen der Reduktion von Störungen, die von einem Gerät innerhalb des 150 kHz - 30 MHz-Bandes emittiert werden. Innerhalb dieses Frequenzbereichs eliminieren Filter Störsignale im Bereich von Radiofrequenzen mit einer relativ schwachen Amplitude; konkret wird z. B. eine 500 mV Störung aus der Netzspannung ausgefiltert. Filter haben keine Schutzwirkung gegen Störungen wie Überspannung und Stoßspannung (z.B. Blitzschlag). Daher sind gegen diese Art der Störbeeinflussung weitere Maßnahmen zu ergreifen (z.B. Installation eines Blitzableiters). Hochfrequente Störungen werden durch Ferritkerne bedämpft, durch die die entsprechenden Leitungen (ggf. mehrfach gewickelt) zu führen sind. Filter sind passive Bauelemente; sie setzen sich i.a. aus Kapazitäten (Kondensatoren) und Induktivitäten (Spulen) zusammen. Der meist mehrstufige interne Filteraufbau ist in ein Metallgehäuse integriert, welches neben der eigenen Abschirmung auch der unterbrechungsfreien Abschirmung der angeschlossenen Kabel dient. Filter Masse Störung Filter eliminieren sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktstörungen. Zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen muss der Filter einen HF-technisch niederohmigen Pfad zur Erde aufweisen. Gegentaktstörungen (auf zwei Leitungen) werden mittels quergeschalteter Kondensatoren bedämpft. Filter zu schützendes Gerät Störung (150kHz - 30MHz) "Pig tail" Verbindung Induktivität E M V - L E I T F A D E N Die Wirksamkeit von Filtern hängt wesentlich von der Qualität der Masseverbindung/Erdung ab. Eine Verbindung mittels Einzelader stellt für diese hochfrequenten Störungen eine zu große Impedanz dar. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Störungen dann nicht gegen Erde abgeleitet werden, sondern durch den Filter hindurch und zum schützenden Gerät geführt werden. Filter Übersprechen von Störungen ! negativ: Die Effizienz des Filters ist durch die Kopplung der beiden nahe beieinander liegenden Kabel eingeschränkt. Ein Teil der Störungen überträgt sich auf das bereits gefilterte Signal. Filter Risiko einer Kopplung ! negativ: Störungen auf der Eingangsseite des Filters können abgestrahlt werden. Diese Emissionen übertragen sich wiederum auf andere in der Nähe befindliche Kabel. 28 E M V - L E I T F A D E N unlackierte Oberfläche Filter Kabel sind über größtmögliche Länge eng anliegend " guter Kontakt positiv: Die angeschlossenen Kabel liegen auf ganzer Länge eng auf dem Masseblech auf. Darüber hinaus ist eine gute, flächige Kontaktierung der unlackierten Bodenplatte des Filters mit dem Masseblech wichtig. Installationshinweise: • Filter so nahe wie möglich an der Quelle der Störungen platzieren (z.B. Frequenzumrichter, Kabeleinlässe im Schaltschrank etc.). • Befestigung der Filter mit guter und flächiger Kontaktierung zur großflächigen Masse. Bei einzelnen Adern (besonders Stromversorgungen) können auch Ferritkerne mit schwächerer Dämpfung verwendet werden: Ferritringkern Versorgungskabel Signalkabel (beide Leitungen) 29 E M V - L E I T F A D E N 4.6 Installation von Achsverstärkern (Frequenzumrichter) A chsverstärker mit Frequenzumrichtern sind in nahezu allen Werkzeugmaschinen vorhanden und stellen eine erhebliche Störquelle dar. Ursache dafür sind die hohen und gepulsten Ströme zwischen Frequenzumrichter und Motor. Die Störfestigkeit (Immunität) ist vergleichsweise hoch. Die starken und hochfrequenten Störungen werden sowohl leitungsgebunden als auch über die Luft abgestrahlt. Die Installation von Achsverstärkern bedarf daher besonderer Sorgfalt, um die Beeinflussung störempfindlicher Komponenten zu minimieren. Achsverstärker Motorkabel (starke Störquelle) Empfindliches Gerät (keine Störaussendung) Kabelschelle mit Masseverbindung Klemmleisten Stromleitschiene mit minimalem Übergangswiderstand zur Grundplatte (Masse) (symbolische Darst.) (1) Montageblech (3) Hereinkommende Störungen werden abgeleitet (2) Beispielhafte Installation mit drei Geräten: (1) und (2) erfordern eine kontinuierliche (unterbrechungsfreie) Abschirmung bis dicht an die Störquelle (Länge der nicht abgeschirmten Kabelenden so kurz wie möglich, max. 10 cm). Bei (1) erfolgt die Kontaktierung zur Masse am Verstärker mittels einer metallischen Kabelschelle, die um die freigelegte Abschirmung geklemmt ist. Die Abschirmung darf hier nicht unterbrochen sein. Bei (2) und (3) erfolgt der Anschluss des Gerätes mittels modularer Klemmleisten. Bei (2) ist die Klemmleiste von einem Metallgehäuse umschlossen, welches die unterbrechungsfreie Fortführung der Abschirmung ermöglicht. (3) Das Gerät ist frei von Störaussendungen; die Abschirmung dient nur der Fernhaltung hereinkommender Störeinflüsse. Die Klemmleiste muss daher nicht abgeschirmt werden. 30 E M V - L E I T F A D E N Fehlende oder mangelhafte Abschirmung kann beispielsweise folgende Auswirkungen haben: - Störung von Sensoren (auch wenn sie abgeschirmt sind) durch ein niederfrequentes Magnetfeld in einem Radius von bis zu 10 m um das Motorkabel. - Störung von Telefonleitungen und Telefonvermittlungen (PABX). - Störung von Sammel-Stromversorgungen (z.B. Computer). Weiterhin ist zu beachten, dass die Achsverstärker (mit blankem Gehäuse) flächig an eine metallische, geerdete Oberfläche (z.B. rückwändig) montiert werden. Ein optimal leitender Oberflächenkontakt ist dabei sicherzustellen. Falls keine ausreichende Kontaktierung möglich ist, stellen zusätzlich zum Schutzleiter montierte Massebänder/-bleche eine Alternative dar. Die Abschirmung von Motor- und Ansteuerkabeln muss so dicht wie möglich an den Verstärker herangeführt werden. Die Abschirmungen sind beidseitig auf Masse zu legen. Bei drei vorhandenen Motorleitungen, die als Einzelader ausgeführt sind, (z.B. bei permanenterregten Synchronmotoren) ist im ungeschirmten Bereich auch ein verflechten der Zuleitungen untereinander möglich, um die gegenseitige Kopplung zu reduzieren. Versorgungskabel (Netzleitungen) müssen grundsätzlich von anderen Kabeln getrennt verlegt werden. Falls die Achsverstärker nicht über einen integrierten Netzfilter verfügen, sollte ein Filter an den (nicht abgeschirmten) Netzzuleitungen installiert sein (Herstellerhinweise beachten). Die eingangsseitige Metallschiene muss die freiliegenden Abschirmungen der Kabel gut und dauerhaft mit der Masse verbinden. Auf eine festes Einspannen der Kabel ist dabei zu achten, ohne diese stark zu quetschen. Die Lage der Schiene sollte so dicht wie möglich am Eingang der von außen kommenden und damit potentiell gestörten Zuleitungen erfolgen. Bei Achsverstärkern muss ein zusätzliches Spannelement dicht am Gerät installiert werden. Bei der Abschirmung empfindlicher Elektroniken ist vorzusehen, dass die Abschirmung bis zu ca. 10 cm unter der Klemmschiene hindurchgeführt wird. Anmerkung: • Die Schutzerdung der Komponenten sollte auf dem kürzesten Wege stattfinden und ist in jedem Falle zu installieren. Diese Sicherheitsmaßnahme wird nicht durch die zusätzlich installierten Abschirmungen ersetzt. 31 E M V - L E I T F A D E N 4.7 Abschirmung durch Schaltschränke E lektromagnetische Abschirmung wird erreicht durch ein elektrisch leitendes und/oder ferromagnetisches geschlossenes Gehäuse, das einen Faraday’schen Käfig darstellt. Die Abschirmung schwächt Störfelder aus beiden Richtungen ab (Emissionen und Imissionen). Geschützt sind immer nur im geschlossenen Inneren befindliche Komponenten, wie auch die Adern in einem geschirmten Kabel oder Bauelemente in einem geschlossenen Gehäuse. Die Abschirmung elektromagnetischer Felder ist schon bei kleinen Blechstärken effizient. Voraussetzung ist in jedem Fall ein vollständig geschlossenes Volumen. Erhebliche Beeinträchtigungen können jedoch durch Anzahl und Dimension von Bohrungen/Öffnungen hervorgerufen werden. Diese sind daher so klein wie möglich zu halten. Niederfrequente elektromagnetische Felder sind schwieriger abzuschirmen als hochfrequente. Die Wirksamkeit der Abschirmung steigt mit der Stärke des verwendeten Bleches, seiner Permeabilität und der elektrischen Leitfähigkeit. Zur Abschirmung magnetischer Felder werden ferromagnetische Metalle eingesetzt. Konstruktionshinweise: • Besonders die großen Öffnungen in Schaltschrankwänden sind möglichst klein zu halten (z.B. Türen) und sollten gut verschließbar sein sowie mit leitenden Anschlüssen versehen sein. • Mehrere kleine Öffnungen sind einer großen Öffnung vorzuziehen. • Einbaukomponenten möglichst in geschirmter Bauart einsetzen. K ontaktierung m ittels einer massiven und leitenden Befestigung zu schützendes G erät m etallisches G ehäuse M ontageschiene Abgeschirmte Bauteile, die auf einer Schiene montiert sind, werden über den Oberflächenkontakt mit Masse verbunden. Dieser ist durch sorgfältige Montage sicherzustellen. 32 E M V - L E I T F A D E N 4.8 Große Werkzeugmaschinen M assegitter schaffen eine großflächige Aquipotentialfläche, mit der alle Komponenten einer großen Werkzeugmaschine oder Anlage auf dasselbe Massepotential bezogen werden können (Maschine, Schaltschränke, Bedieneinheiten etc.). Die Qualität der Schutzerdung ist für elektromagnetische Aspekte nicht von großer Bedeutung; da eine qualitativ hochwertige EMV-Masse nur durch die galvanische Verbindung möglichst vieler metallischer Flächen der Anlagenkomponenten gebildet werden kann. Bei einer flächenmäßig größeren Ausdehnung der Maschine dient ein Massegitter aus Einzeladern als verbindendes Element (Mindestquerschnitt 35 mm²). In Bereichen nah um und unter Schaltschränken sollte die Maschenweite enger gewählt werden. Im jedem Fall ist eine gute Zugänglichkeit zwecks periodischer Überprüfungen erforderlich. Es ist zu empfehlen, voneinander getrennte Schaltschränke etc. entweder durch metallische Kabelkanäle (am besten mit geschweißter Kontaktierung) oder mittels massiver Kupferleisten großen Querschnitts zu verbinden. Idealerweise kann der Schaltschrank in die metallische Struktur der Werkzeugmaschine integriert werden. oder Winkelprofile aus Metall sind ein sehr zweckmäßiges Mittel, um die Verbindungskabel der jeweiligen Anlagenbaugruppen zu verlegen und dabei gleichzeitig einen guten Potentialausgleich zu ermöglichen. Besonders geeignet sind dafür mit Langlöchern versehene U-förmige Winkelbleche. Bei der Montage ist zu beachten, dass: Kabelkanäle - die kontaktierenden Übergänge unlackiert und unbeschichtet sind, - die einzelnen Teile solide untereinander verbunden werden (Vibrationen!), - und keine Korrosion langfristig die Leitfähigkeit herabsetzen kann. Geschlossene Profile sind nicht unbedingt vorteilhaft, weil stärkere Reflexionen im Inneren das Übersprechen der Signale verstärken können. Innerhalb der Kabelkanäle sollten Kabel mit unterschiedlichen Signalen voneinander getrennt angeordnet werden, wobei die Verlegung vorzugsweise in den Ecken erfolgt, weil dort das elektromagnetische Feld am schwächsten ist: elektromagnetische Schattenbereiche 33 E M V - L E I T F A D E N Beispielhafte Verteilung unterschiedlicher Signale: analoge Signale digitale Signale Stromversorgung geschirmtes Kabel Relais 4-20 mA (geschirmt) Digital/Daten Bei der Verbindung der Profile untereinander ist zu beachten: ! negativ: " positiv: Die Kontinuität der Schirmwirkung ist wegen der Verwendung von Einzeladern bei hohen Frequenzen nicht gegeben. Flächige Kontaktierungen z. B. mit Blechen und Blechwinkeln sichern auch im Hochfrequenzbereich einen guten Potentialausgleich. 34 E M V - L E I T F A D E N 4.9 Zusätzliche Verbesserungsmaßnahmen (fehlende Erdung) können in bestimmten Ausnahmesituationen die elektromagnetische Verträglichkeit verbessern, besonders bei Problemen mit Masseschleifen bei mittleren Frequenzen (Sub-MHz-Bereich): Baugruppen mit schwebendem Potenzial isolierte Karte Stromversorgung (+ clipping) Lokale Masse (sehr wichtig) Optokoppler (+ clipper + filter) Elektronikschaltung Anlagen Erde Anlagen Erde Hinweise: • Die elektrische Sicherheit ist durch eine fehlende Schutzerdung nicht gegeben. Daher sollte aus Sicherheitsgründen die Baugruppe mit der höchsten Störfestigkeit geerdet werden. • Die Baugruppen resp. deren Ein- und Ausgänge müssen gegen Überspannungen geschützt werden (Einsatz von Schutzdioden etc.) Die verbesserte NF-Tauglichkeit zieht jedoch eine schlechtere HF-Störfestigkeit nach sich. Folgende Maßnahmen schaffen hier Abhilfe: - Nutzung einer möglichst großflächigen lokalen Masse. Um die Kopplung zwischen diesen lokalen Massen und der Gesamtanlagenmasse zu minimieren, sollte ein Mindestabstand von 10cm zwischen beiden Potentialen eingehalten werden. - alle ebenfalls fliegenden Ein- und Ausgänge müssen über Filterbaugruppen verfügen, die das Nutzsignal vor hochfrequenten Störungen schützen. - Die jeweiligen Spannungsversorgungen der Baugruppen müssen mit einem spannungsabhängigen Widerstand (Varistor) beschaltet sein. 35 E M V - L E I T F A D E N Erhöhung der Störfestigkeit schwacher Signale Grundsätzlich sollen Signale mittels zweier Leiter (Signal und Bezugspotential) übertragen werden anstelle eines Leiters und Masse (gemeinsame Rückführung). Ein häufiges Problem dabei resultiert aus der Tatsache, dass bei einem mittels analogem Eingang erfassten Sensorsignal -bedingt durch den Einsatz von hochverstärkenden Differentialverstärkern- auch die enthaltenen Gleichtaktstörungen verstärkt werden. Die Erdung der Masseleitung unmittelbar am Eingang kann zu einer erheblichen Verbesserung führen, solange der Sensor fliegend installiert ist, die Kabellänge max. wenige Meter beträgt und das Kabel nicht geschirmt ist: A/D-Wandler-Karte Sensor (fliegend) Abschirmung gute Verbindung mit Kabelschelle Das Null-Volt-Signal ist dicht vor der Erfassung zu erden kann unter elektromagnetischen Eine einseitige Verbindung der Abschirmung mit Masse bestimmten Umständen zur Verträglichkeit beitragen, wenn: Verbesserung der - der Signalpegel niedrig ist und die Frequenz kleiner ca. 1MHz (z.B. Sensoren wie PT100, Hallsonden, Resolver, analoge Pegel wie 20mA, etc.) ist, - die Kabellänge groß ist (10 m oder mehr). Hinweis: Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist es unzulässig, den Schirm einseitig aufzulegen, wenn die andere Seite des Schirms freiliegend ist und damit die Gefahr einer Berührung besteht. 36 E M V - L E I T F A D E N Einseitige Kontaktierung des Schirms reduziert jedoch den Schutz gegen HFStörungen während niederfrequente Störungen besser unterdrückt werden. Die Effizienz bei höheren Frequenzen kann verbessert werden, in dem eine Kapazität (einige nF) zwischen freiem Schirmende und Masse eingebracht wird. 50Hz Schutz gegen LF-Störungen durch einseitige Kontaktierung der Abschirmung mit Masse (erdseitig): Elektronik Kabel >10m Sensor (fliegend) Sensor Elektronik (fliegend) Hinweis: Bei der Verlegung der Kabel im Schaltschrank ist es zwingend zu vermeiden, überschüssige Kabellängen unterschiedlicher Art in ein und demselben Bereich des Schrankes anzusammeln. Damit wird die Separation der Kabel an anderer Stelle wirkungslos und das Übersprechen zwischen störaussendenden und störempfindlichen Signalen wird verstärkt. 37 E M V - L E I T F A D E N 5 Kapitel Netzformen Die Art des Versorgungsnetzes ist nicht ohne Einfluss auf die elektromagnetische Verträglichkeit einer Maschine D ie besten Bedingungen für eine gute elektromagnetische Verträglichkeit bieten TN-S Netze (separate Schutzerde und Neutralleiter). In diesem Fall können Störströme über den kurzen Weg der Schutzerde (PE) abgeführt werden; die sich ergebende Stromschleife ist minimal. Bei TN-C Netzen hingegen können Störströme über die PE-Schutzerdung fließen und erzeugen aufgrund der räumlichen Ausdehnung große Stromschleifen, die besonders im Frequenzbereich der Versorgungsspannung (50Hz und Oberwellen) elektromagnetische Störfelder induzieren. TN-S Netzform L1, L2, L3, N PE LAST Störströme benutzen denselben Pfad in beiden Richtungen TN-C Netzform L1, L2, PE LAST Durch die Anlagenerdung entstehen große Stromschleifen 38 E M V - L E I T F A D E N Im Falle einer IT-Netzes (isolierte Erde) sind besondere Vorsichtsmaßnahmen zu treffen: Die durch in den Netzen installierten Filter entstehenden Leckströme können dazu führen, dass der FI-Schutzschalter anspricht resp. einen Fehler signalisiert. Eine entsprechende Einstellung des Auslösestroms ist dann erforderlich. Die installierten Filter sollen speziell auf das IT-Netz abgestimmt sein, weil im Fehlerfall an den Filterkondensatoren dauerhaft höhere Spannung anliegt. IT-Umgebung Leckstrom Filter zum Gerät weiterführende Quellen: - VDE 0100, Teile 300, 400, 410 und 548 - EN 50174, Teil 1 und 2 - EN 50310 - Publikation IEC 364: IEC 64 (sec) 670.633 39 E M V - L E I T F A D E N Anhang 40 E M V - L E I T F A D E N 1 Anhang Ausführungsbeispiele kommentierte Beispiele aus der Praxis zur Demonstration verschiedener Installationsarten Bild A.1 " positiv: # kann verbessert werden: Für den Anschluss der Schirmung an das Schaltschrankgehäuse wurde ein Geflechtband verwendet. Die Kontaktierung findet nicht erst am äußersten Ende der Schirmung statt, so dass ‚Kanteneffekte’ reduziert werden. Das Kabel links wird innerhalb der metallischen Box aufgeteilt, so dass durch die Verwendung metallischer Gehäusedurchführungen eine kontinuierliche und geschlossene Schirmung sichergestellt ist. Das Geflechtband könnte kürzer oder breiter sein. Grundsätzlich sollte ein Längen-/Breitenverhältnis von 5:1 nicht überschritten werden. Eine Ausführung, bei der der Schirm mittels Schelle direkt an das Gehäuse geführt wird, wäre effizienter. 41 E M V - L E I T F A D E N Bild A.2 ! negativ: " # positiv: Der Kabelschirm ist mit einer Leitung weitergeführt. Eine Leitung verschlechtert selbst bei großem Querschnitt die Effektivität der Schirmung, besonders bei hohen Frequenzen. Die stromführenden Adern sind auf langer Strecke ungeschirmt. Bild A.3 Der Schirm wird mit einer metallischen Schelle befestigt. Besonders im HF-Bereich wird so ein sehr guter Kontakt zwischen Schirm und Massefläche erzielt. kann verbessert werden: Die Schelle könnte etwas vom Ende des Schirmes zurückversetzt werden, um Kanteneffekte zu reduzieren. Der Schirm sollte so lange wie möglich die stromführenden Innenadern umschließen. 42 E M V - L E I T F A D E N Bild A.4 " positiv: # kann verbessert werden: " ! positiv: Anschluss der Achsantriebe. Der Anschluss der Schirmung mittels einer metallischen Schelle führt zu einem guten Oberflächenkontakt. In unmittelbarer Nähe der geschirmten Kabel befinden sich keine weiteren Leitungen, die beeinflusst werden könnten. In Anbetracht der stark oberwellenhaltigen Ströme der Achsverstärker, werden selbst geschirmte Kabel, die sich in nur wenigen Zentimetern Entfernung befinden, merklich gestört. Die Schirmung sollte so weit wie möglich bis zu den Aderendhülsen fortgesetzt werden; gleichzeitig wird der Kanteneffekt reduziert. Bild A.5 Die Kontaktierung des Schirms mittels einer metallischen Schelle erzeugt einen guten Oberflächenkontakt. Die Massefläche hat eine große Ausdehnung. negativ: Die Klemmung mehrerer Kabelschirme übereinander und damit die Kontaktierung untereinander ist nicht optimal (ggf. unterfüttern). 43 E M V - L E I T F A D E N Bild A.6 ! negativ: Dieser Sensor ist nur unzureichend geschützt: Die Kabeldurchführung ist in das lackierte (und damit isolierte) Gehäuse geschraubt. Mit einem entsprechend großen metallisch blanken Bereich um die Montagebohrung herum würde eine gute Kontaktierung ermöglicht. Der Schirm wird innerhalb des Gehäuses als Leitung weitergeführt. In diesem Fall ist es günstiger, die Schirmung an der Gehäusedurchführung enden zu lassen. Darüber hinaus sollte zur Verbesserung der Störfestigkeit auch die Masse/GND der Sensorschaltung mit dem Gehäuse verbunden werden. Bild A.7 " positiv: Das Geflecht sorgt für einen guten Potentialausgleich unter den großflächigen Teilen des Schaltschrankes. Es ist sicherzustellen, dass der Kontaktbereich nicht lackiert ist. Falls das Geflechtband auch der elektrische Sicherheitsfunktion dient, sollte es grün/gelb markiert sein oder eine zusätzliche grün/gelbe Leitung verwendet werden. 44 E M V - L E I T F A D E N Bild A.8 " positiv: " # positiv: Die metallischen Kabeldurchführungen sorgen für einen sehr guten Kontakt zwischen der Schirmung und der Masse. Eine preiswertere und ebenso wirksame Möglichkeit ist der Einsatz von metallischen Schellen, die den Schirm direkt auf das (metallisch blanke) Gehäuse legen. Bild A.9 Die -nicht sichtbaren- Motoranschlussleitungen (Störquelle) sind über ihre gesamte Länge geschirmt. Die Filterbaugruppe hinter dem Steuerungsmodul stellt eine gute Kontaktfläche zur Außenwand her. kann verbessert werden: Eine getrennte Leitungsführung (Separation der Sensorleitungen von den Leistungskabeln) würde die Störfestigkeit verbessern. Einige Sensorleitungen liegen zu dicht bei den Motoranschlusskabeln. 45 E M V - L E I T F A D E N Bild A.10 " positiv: Durch Oberflächenkontaktierung wird hier die Schirmung gut weitergeführt, obwohl es sich um ein Kunststoffgehäuse handelt. Häufig ermöglichen Kunststoffanschlüsse jedoch keine gute Weiterführung der Schirmung. Bild A.11 " # positiv: Beispiel für eine gute unterbrechungslose Kontaktierung des Schirmes mittels einer massiven Schelle und Verschraubung. kann verbessert werden: Direkter Anschluss an die flächenmäßig ausgedehntere Rückwand. Die Schutzerde ist häufig besonders mit Störsignalen beaufschlagt und sollte in entsprechendem Abstand zu anderen Kabeln verlegt werden. Grundsätzlich getrennt werden sollten dabei die Masse zur HFSchirmung und die LF-Masse der Schutzerde. 46 E M V - L E I T F A D E N Bild A.12 " # positiv: Weiteres Beispiel für eine gute Kontaktierung eines geschirmten Kabels. Für einen einwandfreien und dauerhaften Kontakt ist die Schraube zu sichern und fest anzuziehen. kann verbessert werden: Falls die Kabel unterschiedliche Signale (z.B. Daten und Energieversorgung) führen, sollten sie über die gesamte Länge im Abstand von mehreren Zentimetern (bis zu 10 cm, auch bei geschirmten Kabeln) verlegt werden. Bild A.11 " positiv: Gutes Beispiel, wie durch korrekten Einsatz von Geflechtbändern die natürliche Schutzwirkung großer metallischer Flächen genutzt wird. Geschweißte Gewindestifte garantieren guten dauerhaften Kontakt. 47 E M V - L E I T F A D E N Bild A.12 " positiv: # kann verbessert werden: Einsatz von Geflechtband für die Verbindung zwischen großflächigen Metallteilen. Geschweißte Gewindestifte sichern auch hier eine gute und dauerhafte Kontaktierung. Im Schaltschrank ist die kurze, hochwirksame HF-Verbindung zwischen Seitenwand und Masseblech zu erkennen. Das Geflechtband ist zu lang. Die gewünschte HF-Wirksamkeit wird damit reduziert. Eine grün/gelb-Kennzeichnung als Schutzerde ist erforderlich, wenn keine andere Ader als Schutzerde vorhanden ist. Das zweite Geflecht kann bei entsprechender Auslegung des Massebleches kürzer sein. Bild A.13 " # positiv: Effektive und durchgängige Schirmung mit Kabelschellen und Kontaktierung an nahegelegene Metallstrukturen. kann verbessert werden: Weiterführung des Schirmes nach der Schelle über die schwarzen Adern. Weitläufige Separation der Schutzerde von den Motorkabeln (bis zu 0,5m). Breitere Winkelbleche wären HF-tauglicher. 48 E M V - L E I T F A D E N Bild A.14 ! negativ: " positiv: Ungenutzte Leitungen sollten gegen Masse gelegt werden, wenn sie kein anderes Potential führen. Andernfalls wirken sie als Antenne und können Störungen sowohl aussenden als auch empfangen. Bild A.15 Zweckmäßige Ausführung einer unterbrechungslosen Kontaktierung. Die verwendete verzinkte Metallleiste weist bessere EMV-Eigenschaften auf, als die darunter liegende, gelb chromatierte Schiene. # kann evtl. verbessert werden: Kontaktierung zwischen Schirmungsleiste und Schrankgehäuse. Eine gute Alternative ist auch das Klemmen der Schirme zwischen zwei metallisch blanke Leisten, die idealerweise im Bodenbereich des Schrankes angeordnet sind. 49 E M V - L E I T F A D E N Bild A.16 ! negativ: Die Schirmung wird als grün/gelbe-Schutzader weitergeführt. Die HF-Wirksamkeit von Einzeladern ist auch bei großen Querschnitten schlechter als die von Geflecht. Bild A.17 # ausreichend: Auch wenn solche Montage-Raster nicht die Wirksamkeit massiver Bleche erreichen, sind sie doch für den Einsatz von Relaistechnik weitgehend geeignet. Hinweis: Relais sind mit einer Schutzbeschaltung zu versehen (gg. Kontaktbrand) auch wenn nur eine geringe Schalthäufigkeit vorliegt. 50 E M V - L E I T F A D E N Bild A.18 " positiv: Vorbildliche Ausführung einer Geflechtkontaktierung. Das Geflechtband wäre sinnlos, wenn die Anschlussflächen nicht metallisch blank wären. Besondere Aufmerksamkeit ist hier dem Korrosionsschutz zu widmen, auch bei den häufig eingesetzten verzinkten Oberflächen. Bild A.19 # evtl. zu verbessern: Kabelausgänge nach oben aus dem Schaltschrank haben eine höhere Antennenwirkung als eine Kabelführung durch den Boden. In einem solchen Fall die Kabelführung durch gut geerdete metallische Kanäle vorzuziehen. Auch hier sind aus EMV-technischer Sicht Geflechtbänder den Einzeladern vorzuziehen, wenn HF-Wirksamkeit gefordert ist. 51 E M V - L E I T F A D E N Bild A.20 Bild A.21 Anmerkung Kabel mit unterschiedlichen Signalen (Daten, Leistung) sollten über ihre gesamte Länge getrennt verlegt werden. Die konsequente Einbeziehung metallischer Strukturen verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit maßgeblich. 52 E M V - L E I T F A D E N Bild A.22 " positiv: Bei dieser Anlage ist der Potentialausgleich aufgrund der flächigen metallischen Kontaktierungen auch bei hohen Frequenzen einwandfrei. Bild A.23 ! negativ: Lackierte oder beschichtete Flächen stellen immer eine Isolation dar, womit ein Potentialausgleich unmöglich wird. Aus HF-technischer Sicht ist eine flächige Verbindung vorzuziehen. Ein Geflecht mit großer äußeren Mantelfläche ist aufgrund des Skin-Effektes bei hohen Frequenzen erheblich wirksamer als eine Einzelader. 53 E M V - L E I T F A D E N Bild A.24 ! negativ: Der Schirm wird wie eine Einzelader weitergeführt (pig tail). Damit wird die Wirkung der Schirmung aufgehoben. Auch hier wird die Befestigung mittels Schelle direkt auf eine metallische Fläche, die gute Verbindung zum Rest der Anlage hat, empfohlen. 54 E M V - L E I T F A D E N 55