OKW Gehäusesysteme EMV und Kunststoffgehäuse

Redakteur: Kristin Rinortner

Beim Herstellen elektronischer Geräte muss das Aussenden elektromagnetischer Störstrahlung soweit begrenzt werden, dass ein bestimmungsgemäßer Betrieb anderer Produkte jederzeit möglich

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( Archiv: Vogel Business Media )

Beim Herstellen elektronischer Geräte muss das Aussenden elektromagnetischer Störstrahlung soweit begrenzt werden, dass ein bestimmungsgemäßer Betrieb anderer Produkte jederzeit möglich ist. Die Gerätschaften müssen ebenfalls einen angemessenen Schutz gegenüber Störwirkungen von außen vorweisen.

Diese Vorgaben sind Grundlage vieler EG-Richtlinien und Normen, deren Erfüllung ausschließlich den Herstellern zukommt und bei diesen entsprechend dokumentiert wird.

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Standard-Kunststoffgehäuse bieten aufgrund ihrer Eigenschaften einen nur mäßigen Schutz gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Warum sollte man also auf ein Kunststoffgehäuse zurückgreifen, wenn man sich der Problematik eventueller Störemissionen bereits im Vorfeld im Klaren ist? Die Vorteile eines Kunststoffgehäuses liegen jedoch auf der Hand:

• Die Möglichkeiten der Formgestaltung und des Designs eines Kunststofferzeugnisses sind nahezu unbegrenzt. Zur Visualisierung der Produkteigenschaften und zur Abgrenzung zum Wettbewerb ist das Erscheinungsbild – im Zusammenhang mit funktionellen Eigenschaften – heute ein wesentlicher Erfolgs- und Wettbewerbsfaktor eines Endproduktes.

• Metallgehäuse sind aufgrund ihres Herstellungsprozesses immer etwas kastenförmig und klobig, was jedoch in manchen Anwendungsbereichen Vorteile mit sich bringt.

• Kunststoffgehäuse zeichnen sich durch wesentlich günstigere Herstellkosten im Vergleich zu Metallgehäusen aus, obwohl bei Standard-Kunststoffgehäusen die nachträgliche EMV-gerechte Modifikation bei der Planung berücksichtigt werden muss.

• Gehäuse aus Metall sind durch ihre Materialeigenschaften relativ schwer zu handhaben und somit, zum Beispiel bei mobilen Anwendungsfällen oder Bereichen, in denen das Gewicht des Endprodukts eine Rolle spielt, eher weniger verbreitet.

• Kunststoffgehäuse unterliegen nahezu keinen Korrosionser-scheinungen.

Hauptursachen für Störstrahlungen

Bei Neuentwicklungen von elektronischen Geräten existieren wirtschaftlichere Lösungen als das alleinige Verwenden eines abgeschirmten Gehäuses. Die Qualifizierung der Mitarbeiter für EMV und die bessere Entwicklung der einzelnen Bauteile und Komponenten tragen maßgeblich dazu bei, dass EMV-gerechte Geräte ohne Schirmung auskommen. In der Regel gibt es folgende Hauptursachen für elektromagnetische Störungen:

• im niedrigen Frequenzbereich <100 MHz:leitungsgebundene Störungen,

• im mittleren Frequenzbereich 30 bis 300 MHz:Kabelabstrahlungen (das Kabel wirkt wie eine Antenne),

• im hohen Frequenzbereich >300 MHz:Störstrahlen, die durch den Werkstoff und Öffnungen eindringen.

Die Schirmwirkung von Gehäusen ist oberhalb von 100 MHz besonders wichtig, um die Störstrahlung zu reduzieren. Als Schirmwirkung wird das Verhältnis der Feldstärke vor und hinter der Abschirmwand bezeichnet. Die Wirkungsweise elektromagnetischer Schirme beruht auf der Kombination mehrerer Effekte (Bild 3): Trifft eine elektromagnetische Welle auf ein Metall, wird ein Teil der Welle reflektiert. Ein anderer Teil der Welle dringt in die Metallschicht ein und wird in Wärme umgewandelt. Der restliche Anteil durchdringt die Schicht und stellt letztendlich die Störenergie dar.

Es besteht ein wesentlicher Unterschied darin, ob sich die zu schirmende Störquelle außerhalb oder innerhalb eines Gerätes befindet. Liegt die Quelle außerhalb, wird ein Großteil der Störungen absorbiert und reflektiert. Befindet sich die Störquelle hingegen innerhalb des Gerätes, treffen die Wellen durch Mehrfachreflektionen immer wieder an einer der metallisierten Wände des Gerätes auf, wobei sich die Energie der Welle um den Teil der Absorption verringert. Befindet sich in dem Gehäuse eine Öffnung, wird ein Teil der Störenergie abgestrahlt. Darum ist letztgenannte Ausführung in der Praxis wesentlich häufiger anzutreffen (Bild 4).

Kostenoptimierung durch EMV-Planung

Die EMV-gerechte Produktentwicklung beginnt mit der Analyse des elektromagnetischen Störumfeldes, in dem das Produkt zum Einsatz kommt. Bereits in diesem Stadium müssen die zulässigen Störemissionsgrenzwerte und die erforderliche Störfestigkeit ermittelt werden. In Kenntnis der unterschiedlichen Kopplungsarten sollten die EMV-sichernden Maßnahmen, auch das Gehäuse, stets nach dem Aspekt der Kostenoptimierung ausgewählt und in die Produktentwicklung umgesetzt werden. Gerade in der Geräteentwicklung, bei der im Regelfall sowohl Einzelbauteile als auch komplexere Komponenten zum Einsatz kommen, ist eine wohl durchdachte Planung der erforderlichen Maßnahmen unerlässlich. Dies ist notwendig, um einerseits den EMV-Normen Genüge zu tun und andererseits ein konkurrenzfähiges Produkt auf den Markt zu bringen.

EMV-gerechte Beschichtungen

Um Kunststoffgehäuse gegenüber elektromagnetischen Einwirkungen zu optimieren, gibt es vielfältige Methoden und Möglichkeiten. Im Hause der OKW favorisiert man seit längerem die Aluminiumbeschichtung und hat mit ALVACOAT (Bilder 1 und 2) ein entsprechendes Verfahren entwickelt. Die im Vakuum durch eine Bedampfungsanlage auf die Gehäuseinnenseite aufgebrachte Aluminiumschicht erzielt mit einer Dicke von ca. 2,5 µm eine gute Haftung und Schirmwirkung von 30 bis 40 dB im Frequenzbereich von 30 bis 1000 MHz. Produktionsbedingt kann bei komplexen Teilen auch die Schichtdicke an den Seitenwänden reduziert sein. Der hohen Qualitätsstandards, die das Unternehmen bei der Produktentwicklung setzt, wird bei der Aluminiumbeschichtung fortgeführt. Dies bestätigen Tests der UL (Underwriters Laboratories Inc.), die erfolgreich bestanden wurden (Zertifikat E257055). Die UL-Prüfungen unterliegen festgelegten und genormten Probekörpern – für die Abschirmwirkung seines Endgerätes sollte (und muss) der Kunde darum seine eigenen Prüfungen durchführen lassen, um die gültigen EG-Richtlinien erfüllen zu können. Generell bleibt festzustellen, dass man durch eine intensive Beschäftigung mit dem Thema Störstrahlung bereits im Vorfeld das Produkt gemäß den Anforderungen auslegen kann. Abgeschirmte Gehäuse bleiben dann nur noch speziellen Geräten vorbehalten.

OKW Gehäusesysteme

Tel. +49(0)6281 40400

*Kay Hirmer ist bei OKW Gehäusesysteme in Buchen in der Abteilung Marketing/Kommunikation tätig.

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