Elektrisch betriebene Komponenten Besondere EMV-Prüfungen in der Automobilindustrie

Von Dieter Fröhlich und Harald Buchwald*

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Automobilhersteller sind auf EMV-Experten angewiesen, um mögliche Fehler und die Nichteinhaltung von Vorschriften zu vermeiden. Sinnvoll ist es für die Hersteller, in Normierungsgremien mitzuarbeiten. Worauf es bei der EMV im Fahrzeug ankommt.

EMV im Automobil: Die CSA Group prüft EMV-bezogen und prüft, ob elektronische Komponenten von Zulieferern die EMV-Spezifikationen des Fahrzeugherstellers erfüllen.
EMV im Automobil: Die CSA Group prüft EMV-bezogen und prüft, ob elektronische Komponenten von Zulieferern die EMV-Spezifikationen des Fahrzeugherstellers erfüllen.
(Bild: CSA Group )

Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist nicht exklusiv auf die Automobilbranche beschränkt. Allerdings stellt sie in dieser Branche besondere Anforderungen. Im Vergleich zu ortsgebundenen Produkten, wie zum Beispiel medizinische Geräte, ist die Sicherstellung der EMV von Kraftfahrzeugen einzigartig. Da Kraftfahrzeuge (Kfz) sich im Gelände bewegen, sind sie Funkwellen aus verschiedenen Quellen mit unterschiedlicher Stärke ausgesetzt.

So muss beispielsweise die Sicherheit von Kraftfahrzeugen gewährleistet sein, wenn sie an Orten wie Flughäfen oder Sendemasten vorbeifahren. Dieser Aspekt der EMV wird als Störfestigkeit bezeichnet. Fahrzeuge und jedes einzelne elektrische Bauteil in ihnen dürfen selbst nur begrenzte Störungen aussenden. Störfestigkeits- und Emissionsprüfungen sind Teil der EMV-Prüfung.

Die Zulassungsvorschrift für Fahrzeuge in der EU, wird beim Thema EMV von der ECE R10 geregelt. Auch in Japan orientiert man sich an diesem Standard. Zusätzlich zu dieser Regelung haben die Automobilhersteller ihre eigenen, strengeren Anforderungen an die EMV. Während sich die staatlichen Vorschriften ausschließlich auf die Sicherheit von Kraftfahrzeugen konzentrieren, geht es den Automobilherstellern zudem um die Kundenzufriedenheit und darum, ein angenehmes Fahrerlebnis zu schaffen. Für die Hersteller ist es zum Beispiel wichtig, dass das Radio läuft, während die Klimaanlage eingeschaltet ist.

Die EMV bei der Fahrzeugentwicklung mitdenken

Damit wird EMV für die Automobilindustrie zu dem viel zitierten weiten Feld: Alle elektrisch betriebenen Komponenten im Auto benötigen EMV. Dazu gehören Sensoren und Schalter, elektronische Steuergeräte (ECUs), Solenoid-Ventile, Aktuatoren, Kontrollleuchten, integrierte Schaltkreise und Mikrocontroller-Einheiten (MCUs).

Autobauer und Zulieferer stehen vor mehreren Problemen bei der EMV. Sie produzieren Autos für verschiedene Märkte. Damit sind sie gefordert, unterschiedliche Normen und Vorschriften während des Herstellungsprozesses berücksichtigen. Gleichzeitig wird die EMV von der rasanten technologischen Entwicklung in anderen Industrien beeinflusst. Dazu gehören beispielsweise die neuen 5G-Mobilfunkstandards. Mit den Elektrofahrzeugen gibt es zudem neue EMV-Überlegungen.

Da sich die Branche schnell verändert, müssen Entwicklungsteams auf dem Laufenden bleiben, die EMV-Normen im Auge behalten und sich in den Normierungsgremien engagieren.

Auswahlkriterien für Prüfung und Zertifizierung

Das Kraftfahrtbundesamt (KBA) benennt Prüflabore wie die CSA Group. Entwickeln Zulieferer ihre Produkte für einen bestimmten Automobilhersteller müssen sie sicherstellen, die Vorgaben des Kraftfahrtbundesamtes und der Automobilhersteller zu entsprechen. Sie müssen sich einen Anbieter suchen, der die EMV-Konformität mit den Anforderungen des Automobilherstellers prüfen kann.

Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl einer Prüforganisation für Automobilhersteller ist, dass diese sowohl einzelne elektronische Komponenten als auch komplette Fahrzeuge prüfen kann. Hilfreich ist zum Beispiel in den meisten Fällen, wenn das Prüflabor auch Bussysteme wie CAN- und LIN-Busse auslesen kann, um dort nach möglichen Fehlerquellen zu suchen. Das Prüflabor braucht eine weitere Kompetenz: Es muss Feldstärken erzeugen können, die für die notwendigen Test hoch genug sind.

Enger Austausch mit erfahrenen Prüfingenieur

Die Unternehmen stehen in direktem Kontakt mit dem Projekt-verantwortlichen Prüfingenieur.
Die Unternehmen stehen in direktem Kontakt mit dem Projekt-verantwortlichen Prüfingenieur.
(Bild: CSA Group )

Die CSA Group erledigt viele EMV-bezogene Prüfungen. Sie prüft, ob elektronische Komponenten von Zulieferern die EMV-Spezifikationen des Fahrzeugherstellers erfüllen, für den sie bestimmt sind.

Mit einem Team von Elektronik-Experten und einem der größten EMV-Labore in Europa bietet die CSA Group Dienstleistungen an, die mit der wachsenden Nachfrage nach zertifizierter Elektronik in der heutigen Automobilindustrie Schritt halten.

Arbeiten Unternehmen mit der CSA Group zusammen, stehen sie in direktem Kontakt mit dem für ihr Projekt verantwortlichen, sehr erfahrenen Prüfingenieur. Dadurch erhalten sie direkten Zugang zu fundiertem technischem Fachwissen über die Normen, die ihr Produkt betreffen. Das Know-how des internationalen Teams bietet einen mehrsprachigen, lokal angepassten Service und liefert vorhersehbare Zeitpläne für die Fertigstellung des Projekts. Durch den Ansatz der CSA Group, direkte Ansprechpartner zu benennen, können Konformitätsprüfungen effizienter durchgeführt werden.

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Bei möglichen Fehlern oder fehlender Konformität erstellen die Experten der CSA Group detaillierte Berichte. Anhand dieser können die Kunden nachvollziehen, inwiefern das Produkt die Anforderungen nicht erfüllt. Dadurch haben sie die Informationen, um die notwendigen Korrekturen vorzunehmen und ihr Produkt zertifizieren zu lassen.

Die Zukunft der Automobilindustrie und die EMV

Um Probleme mit der Konformität von vornherein zu vermeiden, sollten Hersteller bereits zu Projektbeginn mit ihren Prüfpartnern in Verbindung treten. Die CSA Group bietet beispielsweise einen technischen Informationsdienst (TIS) an. Er beantwortet Fragen zu:

  • Normen,
  • zum Zertifizierungsprozess,
  • zum Zugang zu globalen Märkten und
  • zu individuellen Prüfmöglichkeiten.

Wenn ein Hersteller seine Zulassungen erhalten hat, ist die Arbeit noch nicht getan. Durch regelmäßige Mitteilungen informiert das Unternehmen seine Kunden, wenn Zertifizierungserneuerungen erforderlich sind oder wenn nationale Normen und Vorschriften aktualisiert oder geändert werden.

In den vergangenen Jahren haben die Fortschritte bei den elektrischen Komponenten von Kraftfahrzeugen den Komfort und die Sicherheit der Fahrzeuge bereits erheblich verbessert, doch die technische Entwicklung wirft neue Fragen auf. So haben beispielsweise Hybrid- und Elektrofahrzeuge andere Anforderungen an die EMV. Batterieelektrische Fahrzeuge müssen die Akkus am öffentlichen Stromnetz aufladen und sind möglichen Störungen ausgesetzt. Elektrofahrzeuge lassen sich aber auch induktiv mit Wireless Power Transfer (WPT) aufladen, indem sie über spezielle Fahrspuren fahren/parken. Allerdings ist diese Technik noch nicht weit verbreitet. Grund ist, weltweit sind noch keine einheitlichen Frequenzen vereinbart und beim induktiven Laden starke Magnetfelder erzeugt werden. Entwicklungsteams, Regulierungsbehörden sowie Prüf- und Inspektionsstellen bereiten sich auf diese und ähnliche Entwicklungen vor.

Wollen Automobilhersteller Fehler oder die Nichteinhaltung von Vorschriften vermeiden, sollten bereits in der Produktentwicklungsphase Unterstützung von erfahrenen Partnern suchen. Gleichzeitig lohnt es sich für sie, wenn möglich in Normierungsausschüssen mitzuarbeiten und zu versuchen, über neue Standards und fortschrittliche Technologien auf dem Laufenden zu bleiben. Bei der Auswahl eines Prüflabors sollten die Hersteller eine vom KBA als Technischer Dienst benannte und von den Automobilherstellern akzeptierte Stelle wählen, die in der Lage ist, Fahrzeuge und Komponenten auf EMV-Spezifikationen zu prüfen.

Interview mit den Autoren: „Labore müssen immer mehr Störphänomene simulieren“

Warum hat sich die CSA-Gruppe entschlossen, in ein neues, hochmodernes EMV-Labor in der neuen Europazentrale in Plattling zu investieren?

Dieter Fröhlich, CSA Group: „Die Welt ist nach wie vor in hohem Maße auf Elektronik angewiesen, und die Nachfrage vervielfacht sich jedes Jahr.“
Dieter Fröhlich, CSA Group: „Die Welt ist nach wie vor in hohem Maße auf Elektronik angewiesen, und die Nachfrage vervielfacht sich jedes Jahr.“
(Bild: CSA Group )

Die CSA Group führt seit vielen Jahren in ihrem Labor in Straßkirchen EMV-Prüfungen für Kunden in ganz Europa durch. Als wir mit der Planung unserer neuen Europazentrale in Plattling im niederbayerischen Landkreis Deggendorf begonnen haben, beschlossen wir, unsere EMV-Prüfkapazitäten zu erweitern, um der wachsenden Nachfrage von Kunden in ganz Europa gerecht zu werden.

Können Sie uns mehr über das EMV-Labor selbst erzählen, auch über die verwendete Technologie und die Ausstattung des Labors?

Eines der beeindruckendsten Elemente des EMV-Labors in Plattling ist die Absorberkammer. Der verbaute Drehtisch trägt ein Gewicht bis 25 Tonnen.
Eines der beeindruckendsten Elemente des EMV-Labors in Plattling ist die Absorberkammer. Der verbaute Drehtisch trägt ein Gewicht bis 25 Tonnen.
(Bild: CSA Group )

Der europäische Hauptsitz der CSA Group ist eines der größten EMV-Labors in Europa, das mit einigen der modernsten Geräte ausgestattet ist. Das Labor verfügt über schalltote Räume mit Dynamometern, Freiflächenprüfstände (OATS), geschirmte Räume, Hochfrequenz- (HF-) und Over-the-Air- (OTA-)Prüfstände. Eines der beeindruckendsten Elemente unseres EMV-Labors in Plattling ist unsere Absorberkammer, die mit einem großen Drehtisch ausgestattet ist, der 25 Tonnen tragen kann. Damit ist es möglich, sehr große und schwere Geräte und Fahrzeuge wie fest installierte große medizinische Systeme, Traktoren, Mähdrescher, Bagger und Elektrobagger zu testen. Die große Anzahl abgeschirmter Räume ermöglicht es uns, die Störfestigkeit zu prüfen und gleichzeitig unsere Mitarbeiter vor elektromagnetischen Wellen zu schützen.

In Deutschland prüft die CSA-Gruppe seit über einem Jahrzehnt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Anlagen. Was ist der Zweck von EMV-Prüfungen, in Bezug sowohl auf die Sicherheit als auch auf die Leistung?

Die Welt ist nach wie vor in hohem Maße auf Elektronik angewiesen. Die Nachfrage vervielfacht sich jedes Jahr. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist definiert als „die Fähigkeit eines Geräts oder eines Systems, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne unzulässige elektromagnetische Störungen in dieser Umgebung freizusetzen“. Die EMV-Prüfung eines Geräts liefert den Nachweis, dass mehrere elektronische Geräte gemeinsam funktionieren können.

Die CSA Group prüft die EMV, die den gesetzlichen Anforderungen der Automobilindustrie entsprechen. Zu den zu prüfenden Produkten gehören elektrische Komponenten, die in Fahrzeuge eingebaut werden. Dazu gehören beispielsweise Head-up-Displays, Audioverstärker, Sensoren und Hochvolt-Batterien. Automobilhersteller haben zudem andere Anforderungen, die nichts mit Sicherheit zu tun haben, sondern auf Kundenzufriedenheit und Komfort ausgerichtet sind. So wird geprüft, ob das Radio läuft, wenn das Auto an einem Streifenwagen mit Polizeifunk vorbeifährt.

Für medizinische Produkte wie Beatmungsgeräte hat die EMV eine andere Tragweite, und hier kommt die Interoperabilität ins Spiel. In Umgebungen wie Operationssälen in Krankenhäusern werden viele Geräte gleichzeitig verwendet. Sie müssen alle ohne Unterbrechung funktionieren, auch wenn es WLAN-Netzwerke, Bluetooth-Verbindungen, 5G und Radioempfang gibt.

Was sind Beispiele für häufige EMV-Störungen, und welche Gefahren verursachen sie?

Elektromagnetische Wellen von einem Gerät können ein anderes Gerät beeinflussen. So stört beispielsweise drahtlose Kommunikation aktive Implantate wie Defibrillatoren, oder der Fernsehempfang funktioniert nicht, wenn im Nebenzimmer der Mixer läuft. Es kann außerdem zu Überspannungen kommen, den sogenannten Surge Pulses, wenn ein Blitz in eine Niederspannungsanlage einschlägt. Sind Geräte an das Stromnetz angeschlossen, können sie durch die Überspannung unbrauchbar werden. Mit Störfestigkeitstests lässt sich prüfen, wie viel elektromagnetische Beeinflussung ein Gerät verträgt, ohne seine Funktion einzuschränken.

Da Hybrid- und Elektrofahrzeuge über das öffentliche Stromnetz aufgeladen werden, sind solche Effekte auch für die Automobilindustrie relevant.

Wie hat sich die EMV-Prüfung angesichts der Fortschritte in der Produkttechnologie weiterentwickelt?

Vor etwa 30 Jahren waren die meisten EMV-Tests Emissionsprüfungen. Mit ihnen prüfte man, was ein Produkt freisetzt. Etwa zu dieser Zeit legte der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) mit seinen Vorschriften die ersten EMV-Spezifikationen vor. Im Jahr 1996 wurde dann die europäische EMV-Richtlinie eingeführt, mit der auch die Prüfung der Störfestigkeit verbindlich wurde.

Seitdem haben sich die Frequenzbereiche vergrößert, viele Geräte strahlen inzwischen mehrere Gigahertz (GHz) ab. Dementsprechend sind auch die Anforderungen an die Störfestigkeit gestiegen, und die Produkte müssen nun Störungen von mehr als einem GHz standhalten. EMV-Tests entwickeln sich kontinuierlich weiter, und die Labore müssen in der Lage sein, immer mehr Störphänomene zu simulieren. Neben solchen Leistungstests, die durch Richtlinien vorgeschrieben sind, gibt es auch spezielle Anforderungen, zum Beispiel von Automobil- und Medizintechnikherstellern. Neue Technologien machen es erforderlich, dass auch die Prüflabors nachziehen und spezielle Messgeräte anschaffen.

Wie unterscheiden sich die EMV-Fähigkeiten der CSA Group von denen der Konkurrenz? Warum sollte ein Hersteller die CSA Group einem anderen Prüf- und Zertifizierungsanbieter vorziehen?

Die CSA Group investiert beständig in ihre Ausrüstung, um EMV-Prüfungen für neue Technologien wie 5G anbieten zu können. Unsere Prüflabore sind mit der neuesten Messtechnik ausgestattet. Wir können zum Beispiel Fahrzeuge mit einem Gewicht von bis zu 25 Tonnen sowie Elektro- und Hybridfahrzeuge prüfen und haben auch Erfahrung mit Motorrädern. Die CSA Group ist außerdem eine benannte Stelle für unter anderem die EMV-Richtlinie und die Richtlinie über Funkanlagen. Wir können Umweltsimulationen und Sicherheitstests unter einem Dach durchführen.

Aber das Wichtigste ist zweifellos unser Team von Elektronikexperten, die viele Jahre Erfahrung mitbringen. Wenn Kunden mit uns zusammenarbeiten, haben sie direkten Kontakt zu dem Zertifizierer, der für ihr Projekt zuständig ist. Dadurch haben sie direkten Zugang zu einer Fülle von technischem Fachwissen über die Normen, die ihr Tätigkeitsfeld betreffen.

Was geschieht, wenn das Produkt eine oder mehrere EMV-Prüfungen nicht besteht? Welche Maßnahmen können ergriffen werden und wie kann die CSA Group ihre Kunden bei der Zertifizierung unterstützen?

Als Zertifizierer ist es uns nicht gestattet, Unternehmen bei der Verbesserung ihrer Produkte zu unterstützen. Das geregelt die DIN EN ISO/IEC 17025 über Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien und die DIN EN ISO/IEC 17065 über Anforderungen an Stellen, die Produkte, Prozesse und Dienstleistungen zertifizieren.

Im Falle von Fehlern oder Nichteinhaltung der Anforderungen erstellen die Experten der CSA Group detaillierte Berichte, damit die Kunden nachvollziehen können, inwiefern das Produkt die Anforderungen nicht erfüllt. Auf diese Weise haben sie die Informationen, um die notwendigen Korrekturen vorzunehmen und ihr Produkt zertifizieren zu lassen.

Was müssen Hersteller, die ihre Elektronik ins Ausland exportieren wollen, über die EMV-Vorschriften und Anforderungen in Europa/Nordamerika wissen? Welche Schritte sollten Hersteller gehen, wenn sie ihre Elektronik weltweit verkaufen wollen?

Das internationale Zertifizierungsteam der CSA Group bietet eine zentrale Anlaufstelle, die Herstellern hilft, lokale, regionale und internationale Anforderungen zu erfüllen, um Zugang zu den weltweiten Zielmärkten zu erhalten. Mit Standorten in Nordamerika, Europa und Asien bieten wir technische Beratung, relevante Akkreditierungen, Kontakte und Genehmigungen zur Durchführung der erforderlichen Prüfungen sowie lokale Unterstützung durch erfahrene, mehrsprachige Experten.

Jedem Kunden wird ein Projektspezialist zugewiesen, der seine internationalen Zulassungen von Anfang bis Ende betreut. Diese Spezialisten verfügen über gründliche und aktuelle Kenntnisse der nationalen Vorschriften in verschiedenen Branchen und Regulierungsbereichen.

Wie geht es weiter mit der CSA Group und EMV im Jahr 2022 und darüber hinaus?

Die CSA Group hat und wird sich zahlreichen Audits unterziehen, damit unsere neue Europazentrale in Plattling weltweit akkreditiert wird und wir in Plattling eine noch umfangreichere Palette von Zertifizierungen durchführen können. Darüber hinaus planen wir, in diesem Jahr weitere Mitarbeiter in Plattling einzustellen und auszubilden sowie kontinuierlich in neue Messtechnologien und Laboreinrichtungen zu investieren. Wir gehen also davon aus, dass 2022 ein sehr betriebsames Jahr werden wird.

Anerkannte Benannte Stellen vom Kraftfahrtsbundesamt (externer Link).

* Dieter Fröhlich ist Operations Director und Harald Buchwald Technical Oversight Specialist. Beide arbeiten bei der CSA Group.

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