Elektromagnetisch verträglich ist ein elektronisches System, wenn es andere Geräte durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte nicht stört. Solche Beeinflussungen können zu reversiblen oder irreversiblen Störungen führen – im schlimmsten Fall zum Funktionsausfall und Stillstand einer Maschine. Kabel, Kabelverschraubungen und Steckverbinder, die beste elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) mit einfacher Montage verbinden, hat die Lapp-Gruppe im Programm.
Kabelverschraubungen, Steckverbinder und natürlich auch Kabel sind besonders neuralgische Stellen mit hohem Störpotenzial. Die Auswahl der richtigen Verbindungstechnik und die fehlerfreie Montage sind entscheidend. Um eine optimale EMV-Abschirmung zu erreichen, sollte der elektrische Widerstand zwischen Kabelschirm und Erdpotenzial so gering wie möglich sein. Dafür ist eine möglichst große Kontaktfläche nötig. Schließlich muss das ganze System aus Kabel, Kabelverschraubung und Steckverbinder elektromagnetisch „dicht“ und lückenlos sein. Nur dann kann das Steckergehäuse als faradayscher Käfig wirken und Störsignale von außen sicher fernhalten. Außerdem ist es wichtig, dass diese optimale Schirmkontaktierung an beiden Enden des Kabels stattfindet und mit dem Erdpotenzial verbunden ist.
Bürsten für die Schirmung
Die Abschirmung wird durch große metallische Flächen und durchgängige elektrische Verbindungen mit guter Leitfähigkeit begünstigt. Diese Eigenschaften hat der Rechtecksteckverbinder Epic Ultra. In Verbindung mit der Skintop Brush Kabelverschraubung ist der Steckverbinder absolut EMV-sicher, da das mit Nickel beschichtete Gehäuse eine durchgehende metallische Hülle bildet und wie ein faradayscher Käfig wirkt. Das ist für die Übertragung empfindlicher Bus-Signale enorm wichtig. Die Lippendichtung zwischen Tüllengehäuse und Gehäuseunterteil ist zum besseren Schutz vor mechanischer Beschädigung zurückgesetzt. Bereits fest eingebaut ist auch die Dichtung im Anbaugehäuse zur Wandabdichtung. Das verhindert den Verlust und vereinfacht ebenfalls die Installation. Ummantelte und geschirmte Kabel sowie Steckverbinder sind besonders gut geschützt. Zudem haben die Gehäuse in gestecktem Zustand eine sichere, metallisch leitende 360°-Verbindung.
Beim Epic Ultra ist die Kabelverschraubung fest integriert. Das garantiert beste Abdichtung und Zugentlastung sowie eine schnelle Montage. Während üblicherweise die Fixierung des Schirmes mit einer Feder realisiert wird, übernehmen dies bei der Kabelverschraubung Skintop MS-M Brush tausende von ringförmig angeordneten Bürstenhärchen. Das macht den Klemmbereich variabler. Zudem wird in einem einzigen Arbeitsgang das Kabel zentriert, fixiert, zugentlastet und hermetisch abgedichtet. Ströme, die durch Störsignale von außen induziert werden, werden über die hoch leitfähige und 360° umlaufende Bürstenschirmung effizient abgeleitet. Das ist vor allem für die Übertragung empfindlicher Signale wichtig.
Gefahr im Schaltschrank
Besonders anfällig für EMV-Probleme ist der Schaltschrank. Hier gibt es zahlreiche Fehlerquellen. Zum Beispiel leidet die Abschirmung, wenn die Erdungsbänder an den Türen fehlen. Im Schaltschrank geht es zudem oft eng zu. Dabei kann es passieren, dass die empfohlenen Biegeradien der Kabel bei der Montage unterschritten und die Kabel direkt hinter dem Kabelabgang geknickt werden. Die Folge kann sein, dass das Abschirmgeflecht nicht mehr großflächig aufsitzt. Wenn dann direkt daneben Powerleitungen mit hohen Strömen vorbeigeführt werden, können die starken elektromagnetischen Impulse in die schlecht abgeschirmte Verbindung streuen und zu Störungen in der gesamten Anlage führen.
Schirmung für Kabel
Das sind dann die Fälle, wo plötzlich ein Roboter ohne erkennbaren Grund stehen bleibt und man fieberhaft nach dem Fehler sucht, bis man irgendwann auf die nicht fach-und sachgerechte Verkabelung stößt. Für solch kritische Anwendungen ist die Skintop MS-M Brush eine gute Lösung. Die Kontaktfläche zwischen Abschirmgeflecht der Leitung und Bürsteneinsatz der Kabelverschraubung bleibt unverändert gut – egal, wie man Stecker und Kabel dreht und biegt. Das ist auch nützlich bei bewegten Anwendungen, etwa vorne an einem Roboterarm, wo auf engstem Raum mehrere Power- und Datenleitungen verlaufen. Das EMV Zentrum Diehl Aerospace GmbH hat bestätigt, dass die Abschirmung von EMV-optimierten Kabelverschraubungen
wie der Skintop MS-M Brush gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich besser ist. Eine wichtige Rolle in Sachen EMV-Abschirmung übernehmen auch die Kabel. Vor allem in Bereichen, wo Leitungen mit hohen Strömen und Datenleitungen dicht nebeneinander liegen, sollte man auf eine Schirmung nicht verzichten. Je nach Einsatzzweck gibt es unterschiedliche Abschirmungen.
In der Regel sorgen Kupfergeflechte zwischen Adern und Mantel für die nötige Abschirmung. Sie bilden mit einem Bedeckungsgrad von rund 80 Prozent eine effektive Barriere für elektromagnetische Felder. In Schleppketten mit millionenfachen Wechselbiegezyklen oder in der Robotik, wo die Schirmung zusätzlich zur Biegung auch noch Torsion aushalten muss, ist der Flechtwinkel der Schirmung entscheidend. Für hochdynamische Anwendungen beispielsweise ist der Kupferdraht in einem stumpferen Winkel um die Adern gelegt, sodass er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360°-Windung um die Adern macht. Das erhöht den Bedeckungsgrad und verbessert die Elastizität. Für eine optimale Abschirmwirkung können Leitungen mit einem doppelten Schirm versehen oder aber in einem Kupfer- oder Stahlrohr verlegt werden.
Diese Schirmungen sind völlig dicht, jedoch bedeutet die Verlegung in Rohren einen erheblichen Mehraufwand. Das EMV-Verhalten kann man auch beim Aufbau der Adern im Inneren des Kabels verbessern. So lassen sich einzelne Adern im Kabel mit alukaschierter Folie um die Isolierung abschirmen. Positiv wirkt sich auch aus, wenn man den Schutzleiter auf drei Leiter aufteilt und diese erdsymmetrisch um das Aderbündel verteilt.
Mit Pflaster reparieren
Beschädigungen des Schirms können auch bei der Montage passieren, etwa wenn der Monteur beim Abmanteln aus Versehen zu tief schneidet und die Schirmung verletzt. Ein solches Szenario ist auch beim automatischen Abmanteln nicht ganz ausgeschlossen, denn die verwendeten Komponenten haben gewisse Fertigungstoleranzen. Für solche Fälle gibt es eine ganz einfache Lösung: die beschädigte Stelle kann man mit einem leitfähigen und selbstklebenden Abschirmband reparieren. Das ist insbesondere bei einem Fensterschnitt nützlich, wo für bestimmte Anschlussarten nicht das ganze Kabelende entmantelt wird, sondern nur eine schmale Lücke in den Mantel geschnitten wird, um die Schirmung darunter freizulegen. Geht hier etwas schief, müsste man sonst das Kabel abschneiden und neu ansetzen – oft ist dann allerdings nicht mehr genug Restlänge vorhanden.
Wenn die Installateure über elektromagnetische Verträglichkeit und die nötigen Verbindungslösungen Bescheid wissen, können Funktionsstörungen und Ausfälle nahezu vollständig ausgeschlossen werden. Zu diesem Zweck hat Lapp ein eigenes Webinar zum Thema EMV und Kabelverschraubungen produziert. Zusätzlich beraten die Lapp-Experten, ob und wenn ja welche Schirmung empfehlenswert ist.
Cornelia Kuntzer und Erdinc Bozoglu, Produktmanager bei der U.I. Lapp GmbH, Stuttgart
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