EP Basics: Aufbausysteme (Teil 6) 19-Zoll-Systeme kurz erklärt: Gehäusetechnik und EMV

Autor / Redakteur: Hendrik Thiel * / Kristin Rinortner

Im sechsten Teil unserer Serie zu 19-Zoll-Systemen geht es darum, wie Sie ein System EMV-dicht machen. Welche Dichtungen gibt es und welche Federn sind für welchen Anwendungsfall sinnvoll?

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19-Zoll-Systeme: Die Zielsetzung eines EMV-tauglichen Gehäuses ist die schlitzfreie, elektrisch leitfähige Verbindung aller Gehäuseaußenflächen. So bekommen Sie das Gehäuse EMV-dicht.
19-Zoll-Systeme: Die Zielsetzung eines EMV-tauglichen Gehäuses ist die schlitzfreie, elektrisch leitfähige Verbindung aller Gehäuseaußenflächen. So bekommen Sie das Gehäuse EMV-dicht.
(Bild: Heitec)

In den vorhergehenden Episoden haben wir uns mit den Grundlagen der 19“-Technik beschäftigt: Neben den Ursprüngen dieser Technik ging es um die zugehörigen Normen und Begrifflichkeiten. Darüber hinaus haben wir einige interessante Bauteile vorgestellt und betrachtet, welche Kompatibilität diese zur 19“-Technik aufweisen.

Dieses Mal soll es um ein Thema gehen, welches ebenfalls in diesem Bezug keinesfalls außer Acht zu lassen ist: Den Störschutz, auch bekannt als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Wie kann man überhaupt EMV sicherstellen? Wie kann man ein 19“-System „EMV-dicht“ machen? Welche Dichtungen gibt es? Warum gibt es unterschiedliche Arten von Federn und welche sind für diesen Zweck möglich bzw. sinnvoll?

All dies sind Fragen, die wir im Laufe der heutigen Episode verständlich für Sie aufbereiten. Doch zuvor möchten wir Ihnen die nötigen theoretischen Begriffe sowie Normen und Richtlinien erklären, ohne die es in diesem Bereich nicht geht!

Internationale EMV-Normen und EMV-Richtlinien

Zunächst vielleicht die Definition der Europäischen EMV-Richtlinie, die die Elektromagnetische Verträglichkeit folgendermaßen beschreibt: …„die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in dem elektromagnetischen Umfeld zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder System unannehmbar wären.“

Die Anforderungen an ein solches System, die daraus resultieren, beinhalten dementsprechend sowohl die Verminderung von Störausfällen als auch die Erhöhung der Störfestigkeit.

Aber welche Faktoren sind es denn überhaupt, die solche Störungen verursachen können? Heutzutage sind sie nahezu allgegenwärtig: Mobiltelefone, Sendeanlagen, Leuchtstoff-Lampen, Notebooks und viele andere elektronische Geräte oder handgeführte Elektrowerkzeuge.

Die Schirmdämpfungsmessungen von leeren Gehäusen werden nach DIN EN 61587-3 oder nach Normen aus dem militärischen Bereich geprüft, z.B. nach MIL STD 285 (US) oder VG 95373 Teil 15 (GER).

IEC 61000: Die elektromagnetischen Störgrößen

Eine der wichtigsten dieser unterschiedlichen Fachgrundnormen ist aufgrund ihrer weltweiten Bedeutung sicherlich die IEC 61000. Unterschieden wird generell nach Störfestigkeit für Wohnbereiche, Gewerbebereiche und Industriebereiche. Darüber hinaus gibt es eine ganze Menge Produktnormen, z. B. für Bahngeräte, Werkzeugmaschinen, Funkeinrichtungen und natürlich auch für elektrische Geräte, um die wichtigsten genannt zu haben.

Die gerade erwähnte IEC 61000 gibt an, welche elektromagnetischen Störgrößen (inklusive Grenzwerte) einen Einfluss auf elektrische bzw. elektronische Systeme haben und diese beeinflussen können. Außerdem werden Hinweise auf Maßnahmen gegeben, die diese Störgrößen beheben können sowie eine Erhöhung der Störfestigkeit für das jeweilige System bieten.

Weiterhin wird von der Norm angegeben, welche EMV-Prüf- und Messverfahren verwendet werden sollten, um die Störfestigkeit eines Systems zu prüfen.

Bild 1: Auswirkungen der Schirmung auf die Dämpfung des elektromagnetischen Feldes.
Bild 1: Auswirkungen der Schirmung auf die Dämpfung des elektromagnetischen Feldes.
(Bild: Heitec)

Das Diagramm in Bild 1 veranschaulicht, wie sehr sich die Schirmung auf die Dämpfung des elektromagnetischen Feldes auswirkt. Wie Sie aus Grafik entnehmen können, ist die Dämpfung des Standard-Gehäuses ohne entsprechende EMV-Komponenten sehr viel niedriger als die eines EMV-Baugruppenträgers. Bemerkenswert ist besonders der Schirmfaktor, welcher aus der Dämpfung resultiert.

Wie kann aber nun die elektromagnetische Verträglichkeit sichergestellt werden? Es gilt nun „Lücken“ zu schließen bzw. abzudichten, um zu verhindern, dass elektromagnetische Wellen das Gehäuse verlassen bzw. in es eindringen können.

Wie Sie Ihr System EMV-dicht bekommen

Wie bekomme man ein 19“-System bzw. einen 19“-Baugruppenträger „EMV-dicht“? Um die Kontinuität des Stromflusses aufrecht erhalten zu können, müssen alle Komponenten leitfähig miteinander verbunden werden (entspricht elektromagnetischer Abdichtung, weil Hochfrequenz-durchlässige Stellen so abgedichtet werden). Dies kann durch eine EMV-Dichtung realisiert werden und würde nach erfolgreicher Implementierung eine einwandfreie Schirmwirkung von Gehäusen gewährleisten.

Die Zielsetzung eines EMV-tauglichen Gehäuses ist die schlitzfreie, elektrisch leitfähige Verbindung aller Gehäuseaußenflächen, denn bei steigender Frequenz – besonders durch Öffnungen in der Gehäuseoberflächen – sinkt die Schirmwirkung des Gehäuses. Hierbei gilt: Je kleiner die Öffnung des Außengehäuses, desto höher ist die Schirmwirkung.

EMV-dicht: Die unterschiedlichen Abschirmmaterialien

Welche unterschiedlichen Abschirmmaterialien können zur EMV-Abdichtung eingesetzt werden? Grundvoraussetzung bei der Auswahl der Materialien ist die optimale Leitfähigkeit und die mechanische Formbarkeit. Eine gewisse Resistenz gegenüber funktioneller Beanspruchung wird ebenfalls vor­ausgesetzt. Entscheidend ist aber am Ende die Oberflächenbeschaffenheit.

Wir möchten diese Eigenschaften anhand von Kunststoffgewebedichtungen veranschaulichen. Diese besitzen einen Schaumstoffkern inklusive einer Ummantelung aus leitfähigem Gewebe mit Metallisierung. Diese Dichtungen bieten den Vorteil der hohen Kompressionsfähigkeit bei gleichzeitiger guter Leitfähigkeit.

Bild 2: Überlick zu den Kontaktfedern. 1) Vertikale Kontaktfedern, 2) horizontale Kontaktfedern, 3) Kontaktfedern für Deckbleche, 4) Befestigungsblöcke.
Bild 2: Überlick zu den Kontaktfedern. 1) Vertikale Kontaktfedern, 2) horizontale Kontaktfedern, 3) Kontaktfedern für Deckbleche, 4) Befestigungsblöcke.
(Bild: Heitec)

Nachteilig ist allerdings eine starke Neigung zu Beschädigungen wie beispielsweise ausfransendes Gewebe bei einhergehender kurzer Lebensdauer. Dies kann auch angrenzende Bauteile wie Leiterplatten beschädigen. Da diese Dichtungen geklebt werden, ist außerdem die Temperaturbeständigkeit geringer als bei anderen Alternativen. Nicht zuletzt ist anzumerken, dass im Gegensatz zu z. B. Metall-Federn eine geringere Leitfähigkeit gegeben ist.

19''-Technik: Schirmen mit Metallfedern

Diese Metall-Federn aus hochwertigem Edelstahl bieten eine geringe Korrosionsanfälligkeit mit einer hohen Stabilität und gleichzeitig hoher Leitfähigkeit. Bei entsprechender Formgebung tritt hier keine Beschädigungsneigung auf. Somit wird eine besonders hohe Lebensdauer gewährleistet.

Heitec bietet viele Kontaktfedern in unterschiedlicher Ausführung, die wir nachfolgend vorstellen. Da wäre zunächst die vertikale Kontaktfeder, die den EMV-Schutz zwischen Baugruppenträger-Seitenwand und Front- bzw. Rückplatten garantiert.

Bild 3: 
Vergleich der Kontaktfedern. Die geschlossene Kontaktfeder (unten) ist sehr robust ausgeführt. 
Die segmentierte Kontaktfeder (oben) zeichnet sich durch eine gute Formbarkeit und gute Kontakteigen-
schaften aus.
Bild 3: 
Vergleich der Kontaktfedern. Die geschlossene Kontaktfeder (unten) ist sehr robust ausgeführt. 
Die segmentierte Kontaktfeder (oben) zeichnet sich durch eine gute Formbarkeit und gute Kontakteigen-
schaften aus.
(Bild: Heitec)

Es stehen hierbei zwei verschiedene Varianten zur Verfügung: Die über gute Kontakteigenschaften verfügende und sehr robuste geschlossene Kontaktfeder (Bild 3 unten). Die durch gute Formbarkeit und optimale Kontakteigenschaften ausgezeichnete segmentierte Kontaktfeder (Bild 3 oben).

Bild 4: Kontaktfedern für Deckbleche gewährleisten den Störschutz zwischen den Profilschienen und dem Baugruppenträger-Deckblech.
Bild 4: Kontaktfedern für Deckbleche gewährleisten den Störschutz zwischen den Profilschienen und dem Baugruppenträger-Deckblech.
(Bild: Heitec)

Nicht weniger erwähnungswert sind die Kontaktfedern für Deckbleche, die den Störschutz zwischen den Profilschienen und dem Baugruppenträger-Deckblech gewährleisten (Bild 4). Weiterhin erhältlich sind die horizontalen Kontaktfedern. Sie stellen den Störschutz zwischen Profilschienen und den jeweiligen Front- bzw. Rückplatten sowie einzelnen Steckbaugruppen sicher.

Das von manchen in der Praxis als „einfacher“ Baugruppenträger bezeichnete System stellt sich nun spätestens nach dieser Episode für den ein oder anderen als doch eher komplex heraus, bei dem jede Menge Normen und gesetzliche Bestimmungen eingehalten werden müssen.

* Hendrik Thiel ist Director Sales & Marketing der Business Unit Electronics bei Heitec in Eckental.

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