EMV-Probleme entstehen häufig durch ungeschirmte oder falsch geschirmte Kabelbäume. Dieser Leitfaden erklärt Schirmungskonzepte, Kontaktierungstechniken und typische Fehler bei der Umsetzung.
EMV-Grundlagen für Kabelbäume
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) umfasst zwei Aspekte:
| Aspekt | Bedeutung | Kabelbaum-Relevanz |
|---|---|---|
| Emission | Störaussendung begrenzen | Kabel als Antenne verhindern |
| Immunität | Störfestigkeit gewährleisten | Signale vor Einstrahlung schützen |
Das Problem:
Ein ungeschirmter Kabelbaum wirkt wie eine Antenne – er strahlt Störungen ab und empfängt externe Störungen. Je länger der Kabelbaum, desto größer das Problem.
Arten der Schirmung
1. Geflechtschirm (Kupfer)
- Bedeckung: 70-95%
- Vorteile: Flexibel, robust, gute Niederfrequenz-Dämpfung
- Nachteile: Teurer, schwerer, komplexere Kontaktierung
- Anwendung: Hochwertige Signalkabel, Automotive
2. Folienschirm (Alu-Mylar)
- Bedeckung: 100%
- Vorteile: Günstig, leicht, gute HF-Dämpfung
- Nachteile: Weniger flexibel, empfindlich
- Anwendung: Datenkabel, Consumer-Elektronik
3. Kombinierte Schirmung (Folie + Geflecht)
- Bedeckung: 100% + 70-95%
- Vorteile: Beste Dämpfung über breites Frequenzspektrum
- Nachteile: Höchste Kosten, steifer
- Anwendung: Hochpräzise Messtechnik, Medizin
| Schirmtyp | Dämpfung 1MHz | Dämpfung 100MHz | Dämpfung 1GHz |
|---|---|---|---|
| Geflecht 85% | 40-60 dB | 30-50 dB | 20-35 dB |
| Folie | 20-30 dB | 50-70 dB | 60-80 dB |
| Folie + Geflecht | 50-70 dB | 70-90 dB | 70-95 dB |
Schirmkontaktierung
Die beste Schirmung ist wertlos ohne korrekte Kontaktierung. Hier entstehen die meisten EMV-Probleme bei Kabelbäumen.
360°-Kontaktierung (Ideal)
Vorteile:
- ✓ Vollständige HF-Dichtigkeit
- ✓ Keine Abstrahlschlitze
- ✓ Niedrige Transferimpedanz
Umsetzung: Metallsteckverbinder mit Schirmhülse, Schirmklemmen, EMV-Kabelverschraubungen
Pigtail-Kontaktierung (Kompromiss)
Einschränkungen:
- ⚠ Wirkt als Schlitzantenne bei hohen Frequenzen
- ⚠ Nur für Niederfrequenz akzeptabel (< 10 MHz)
- ⚠ Pigtail so kurz wie möglich halten
| Kontaktierungsart | Effektiv bis | Anwendung |
|---|---|---|
| 360° Schirmhülse | > 1 GHz | HF, schnelle Daten |
| Schirmklemme | ~500 MHz | Industrie, Gehäuseeinführung |
| Pigtail 25mm | ~30 MHz | NF-Signale, Audio |
| Pigtail 50mm | ~10 MHz | Langsame Analogsignale |
Schirmerdung
Die Frage "einseitig oder beidseitig erden?" ist ein klassisches EMV-Thema:
| Erdung | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Einseitig | Keine Schirmströme, keine Ausgleichsströme | Schlechte HF-Abschirmung |
| Beidseitig | Gute HF-Abschirmung, niedrige Impedanz | Mögliche Erdschleifen, Schirmströme |
Faustregel:
Bei hohen Frequenzen (> 1 MHz) oder schnellen digitalen Signalen: beidseitig erden. Bei langsamen Analogsignalen mit Erdschleifenproblemen: einseitig erden (Quelle).
Typische EMV-Fehler bei Kabelbäumen
Vermeiden Sie diese Fehler:
- ✗ Lange Pigtails bei HF-Signalen
- ✗ Plastikstecker für geschirmte Kabel
- ✗ Schirm nicht durchgehend verbunden
- ✗ Signal- und Leistungskabel gebündelt
- ✗ Schirm als Signalrückleiter missbraucht
- ✗ Oxidierte oder korrodierte Schirmkontakte
“Ein geschirmter Kabelbaum ohne korrekte Schirmkontaktierung ist wie eine Tür mit Schloss, aber ohne Türrahmen. Die Investition in die richtige Kontaktierung ist entscheidend.”
Hommer Zhao
Technischer Berater, PCB-Leiterplatte
Praxisbeispiele
Beispiel 1: Industrielle Sensorleitung
- Anforderung: 4-20mA Analogsignal, 10m Länge
- Umgebung: Nähe zu Frequenzumrichtern
- Lösung: Geflechtschirm, beidseitig über Schirmklemme geerdet
- Ergebnis: Stabile Messwerte trotz EMV-Belastung
Beispiel 2: Ethernet im Schaltschrank
- Anforderung: Gigabit-Ethernet, 50cm Patchkabel
- Umgebung: Industrieschaltschrank mit SPS
- Lösung: S/FTP-Kabel, geschirmte RJ45-Stecker, Metallgehäuse
- Ergebnis: Keine Übertragungsfehler
Checkliste für EMV-gerechte Kabelbäume
Design-Phase:
- ☐ Signaltypen kategorisieren (Analog, Digital, Power)
- ☐ Frequenzbereich der Signale bestimmen
- ☐ Schirmungsanforderungen definieren
- ☐ Erdungskonzept festlegen
Fertigung:
- ☐ Schirmkontaktierung spezifizieren
- ☐ Geeignete Steckverbinder wählen
- ☐ Verlegevorschriften beachten (Trennung)
- ☐ Dokumentation der Erdungspunkte
Fazit
EMV-gerechte Schirmung ist kein Hexenwerk, erfordert aber systematisches Vorgehen:
- • Schirmungsart nach Frequenzbereich wählen
- • 360°-Kontaktierung bei HF bevorzugen
- • Erdungskonzept durchdenken
- • Signal- und Leistungskabel trennen
Für EMV-kritische Kabelbäume bieten wir umfassende Beratung von der Spezifikation bis zur Fertigung.
