Die EMV in kritischen Anwendungen, Teil 1 Die technischen Grundlagen der EMV

Autor / Redakteur: Jürgen Leistner* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Im ersten Teil unserer dreiteiligen Serie zum Thema EMV in kritischen Anwendungen zeigen wir, was allgemein unter EMV verstanden wird und welche grundsätzlichen Schutzmaßnahmen es gibt.

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Kombi-Dichtung mit leitfähigem Textil zum Aufstecken.
Kombi-Dichtung mit leitfähigem Textil zum Aufstecken.
(Bild: Infratron)

Der EMV-Test wird von vielen Unternehmen oft sehr nachlässig behandelt. Selbst bei wichtigen Entwicklungsprojekten namhafter Hersteller steht der EMV-Test erst am Ende. Und dann kann eine Lösung auch schnell sehr teuer werden. Von den dann unvermeidbaren Terminüberschreitungen und den finanziellen Konsequenzen gar nicht zu reden. Es lohnt sich, rechtzeitig über die EMV nachzudenken.

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Rechtzeitig heißt schon ganz zu Beginn des Konstruktionsprozesses. Wird die EMV frühzeitig eingehalten, lässt sich eine kostengünstige Lösung finden. Auch spätere Lieferanten sollten so schnell wie möglich eingebunden werden, um alle technischen und wirtschaftlichen Optimierungspotenziale auszuschöpfen.

Was ist grundsätzlich unter EVM zu verstehen?

Zuerst soll grundsätzlich das Thema EMV beleuchtet werden: Die Europäische EMV-Richtlinie definiert elektromagnetische Verträglichkeit als „die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für die in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären“. Es geht bei der EMV um drei Themen:

  • Eine Einrichtung beeinflusst die Umwelt
  • Die Umwelt beeinflusst die Einrichtung und
  • Komponenten in der Einrichtung beeinflussen sich gegenseitig

Hierbei sind Einwirkungen durch elektrische oder magnetische Felder, Einwirkungen durch elektromagnetische Wellen, sowie leitungsgebundene Einwirkungen zu unterscheiden. Außerdem sind je nach Einsatzgebiet weitere umfangreiche Normen und Vorschriften zu beachten. Die aktuellen Trends zu immer mehr drahtloser Kommunikation, weiter fortschreitender Miniaturisierung, sowie Digitalisierung bei immer höheren Taktraten verschärfen die Problematik.

Welche grundsätzlichen EMV-Schutzmaßnahmen es gibt

Leitungsgebundenen Störungen kann häufig mit geeigneter Masseführung, mit Kabelschirmen und mit Filtern abgeholfen werden. Die gängigste und wirkungsvollste Maßnahme gegen elektromagnetische Beeinflussung ist ein Faradayscher Käfig, der am einfachsten durch ein Gehäuse aus Metall realisiert werden kann. Wird ein Kunststoffgehäuse verwendet, kann dieser mit Metallfolie beklebt, leitfähig lackiert oder beschichtet werden.

Sofern die Frequenzen hinreichend hoch sind (Eindringtiefe), reicht eine dünne elektrisch leitfähige Schicht aus. Leider nimmt mit steigender Frequenz aber auch der Einfluss von Öffnungen, Ritzen und Spalten zu. Das hat zur Folge, dass die „Dichtigkeit“ des Faradayschen Käfigs immer wichtiger wird. Blechstöße, Türen, Steckverbindungen oder Anzeigen müssen also zwingend abgedichtet werden.

In speziellen Fällen wird eine zumindest teilweise Absorption der HF-Energie gefordert. Ganz im Gegensatz zur Reflexion durch metallische Abschirmung. Hierfür kommen spezielle Polymere oder Silikone mit entsprechenden Beimischungen zum Einsatz. Diese Spezialmaterialien können durch weitere Zusätze auch mit einer Wärmeleitung versehen werden.

EMV-Dichtungen decken Öffnungen und Spalten geometrisch ab, gleichen Toleranzen aus und stellen eine direkte elektrische Verbindung der offenen Kanten sicher. Das kann in Kombination mit einem IP-Schutz vor dem Eindringen von Flüssigkeiten und Fremdkörpern erfolgen. Um eine bessere Elastizität zu erreichen, werden in der Regel Elastomere wie Neopren, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Silikon oder Fluorsilikon eingesetzt.

Übliche Bauformen sind, neben den bekannten Fingerstreifen aus Kupfer-Beryllium, Schnüre mit einer Vielzahl möglicher Profile, Flachdichtungen, und speziell geformte dreidimensionale Strukturen. Die Leitfähigkeit kann durch metallische Drähte, Folien oder metallisierte Textilien gewährleistet werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Füllung des Elastomers mit leitfähigen Partikeln. Unterschieden werden diese Dichtungen auch nach ihrem Einsatzzweck. So muss eine Türdichtung für häufiges Öffnen ganz anders ausgelegt werden als eine Gehäusedichtung.

Platinen und Gehäuseöffnungen vor EMV abschirmen

Befindet sich die Störquelle oder die Störsenke auf einer Leiterplatte, so kann diese mit einer einfachen und billigen Blechumhüllung versehen werden. Die Ausführung kann unterschiedlich sein: als Haube oder mit steckbarem Deckel, für SMD-Montage oder für Wellenlötung, aus Weißblech oder Neusilber. Häufig reicht die einseitige Schirmung der Platine aus. Nur in Sonderfällen muss auch die Unterseite abgedeckt werden. Ein häufiger Grund für Öffnungen in einem Gehäuse sind optische Anzeigen.

Hierfür stehen geschirmte Fenster oder Folien zur Verfügung, die mit einem metallischen Gitternetz oder einer leitfähigen Beschichtung ausgerüstet sind. Bei gepixelten Anzeigen wie TFT-Bildschirmen werden bevorzugt beschichtete Lösungen eingesetzt, um eine optische Interferenz (Moire-Effekt) zu vermeiden. Zusätzlich können optische Funktionen wie verschiedenste Filter und Entspiegelung integriert werden. Belüftungsöffnungen werden normalerweise mit sogenannten Honigwabengittern abgeschirmt. Für Steckverbinder stehen spezielle Steckerdichtungen zur Verfügung.

Wenn unterschiedliche Materialien in Berührung kommen, die elektrisch leitfähig sind, so bildet sich aufgrund der Potentialunterschiede eine elektrische Spannung aus. Tritt nun ein Elektrolyt hinzu, das kann beispielsweie Feuchtigkeit in Kombination mit einer Verunreinigung sein, so entsteht im Prinzip eine kurzgeschlossene Batterie. Die Folge ist Korrosion, die sich umso schwerwiegender auswirkt, je größer diese Potentialunterschiede sind. In der Praxis ist es daher wichtig, das Dichtungsmaterial auf die Kontaktmaterialien abzustimmen.

* Jürgen Leistner ist in der Geschäftsleitung bei Infratron in München.

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