In der intelligenten Fabrik werden hohe elektrische Leistungen und immer mehr Daten auf engstem Raum übertragen. Damit nimmt das Risiko für elektromagnetische Störungen zu – schon ein schlecht abgeschirmter Steckverbinder kann eine ganze Produktion lahmlegen. Kein Wunder also, dass der Markt für elektromagnetisch verträgliche Lösungen steigt – weltweit derzeit mit sieben Prozent pro Jahr. Optimale elektromagnetische Verträglichkeit (kurz: EMV) setzt ein gutes Systemverständnis und die Auswahl der richtigen Komponenten voraus. Beides bekommen Anwender bei LAPP.
Eine elektromagnetische Störung geht immer von einer Störquelle aus. Hierbei kann es sich um ein Betriebsmittel handeln, das einen großen Strom führt, wie zum Beispiel ein frequenzgesteuerter Motor oder auch eine Leitung.
Der Störquelle steht ein gestörtes Betriebsmittel, die sogenannte Störsenke, gegenüber. Bei der Störsenke kann es sich zum Beispiel um einen Sensor oder eine Datenleitung handeln.
Der dazwischen befindliche Kopplungsmechanismus verursacht die Störungen. Dieser wird in vier verschiedenen Kopplungsarten unterschieden:
In der Praxis handelt es sich meist um eine Mischung aus diesen 4 Kopplungsmechanismen, die, zum Beispiel durch den Einsatz geschirmter Kabel, eliminiert werden müssen.
In der EMV-Richtlinie 2014/30/EU, Artikel 3, ist die elektromagnetische Verträglichkeit definiert als:
„[…] die Fähigkeit eines Betriebsmittels, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu arbeiten, ohne elektromagnetische Störungen (EMS) zu verursachen, die für andere in dieser Umgebung vorhandene Betriebsmittel unannehmbar wären.“
Dieser Definition zufolge hat EMV zwei wesentliche Aspekte:
Energieführende Leitungen können unterschiedlich abgeschirmt sein:
Bei der Montage ist darauf zu achten, dass die Schirmung immer vollflächig und in einem Gehäuse rundum aufliegt – an beiden Enden der Leitung. Das Fast-Connect-System schließt Fehler bei der Konfektionierung aus und spart Zeit.
Noch einfacher geht es mit ÖLFLEX® CONNECT: Hier sind alle Leitungen fertig konfektioniert und in der richtigen Länge, sie müssen nur noch eingesteckt werden.
Prinzipiell gibt es bei Anschluss- und Steuerleitungen vier verschiedene Schirmungsarten. Drei dieser Schirmarten eignen sich besonders für den Einsatz mit EMV-Schutz:
Eine gängige Methode, Leitungen abzuschirmen, sind Kupfergeflechte zwischen Adern und Manteln. Mit einem Bedeckungsgrad von rund 80 Prozent bildet das Kupfergeflecht eine effektive Barriere gegen elektromagnetische Felder. Erkennbar sind solche Kabel und Leitungen an der Abkürzung „C“ in der LAPP-Produktbezeichnung, z.B. ÖLFLEX® CLASSIC 110 CY oder ÖLFLEX® SERVO 719 CY. Kupfergeflechte können unterschiedlich geflochten sein, einer der entscheidenden Parameter ist dabei der Flechtwinkel. Bei hochdynamischen Anwendungen, beispielsweise der Verlegung der Leitung in einer Schleppkette, ist der Kupferdraht in einem steileren Winkel um die Adern gelegt, sodass er auf einer kürzeren Strecke eine volle 360-Grad-Windung um die Adern macht. Bei Roboterleitungen, die millionenfache Torsion aushalten müssen, sind Geflechte nicht ideal, weil darin mit der Zeit Lücken entstehen.
Für bewegte Leitungen in der Robotik, bei der die Schirmung Torsion aushalten muss, wird oft eine Umlegung mit Kupferdrähten genutzt. Da die Kupferdrähte einer Umlegung alle parallel angeordnet sind, ergeben sich keine Probleme bei der Torsion der Leitung. Dafür ist der Schutz vor elektromagnetischen Störungen von umlegten Leitungen oft schlechter, da die Schirmdrähte sich nicht überschneiden. Erkennbar sind solche Kabel und Leitungen an der Abkürzung „D“ in der LAPP-Produktbezeichnung, z.B. ÖLFLEX® ROBOT 900 DP.
Einzelne Adern oder alle Adern in der Leitung lassen sich mit alukaschierter Kunststofffolie umwickeln. Die Schirmung mit Kunststofffolie schützt Ihre Kabel und Leitungen vor allem bei höheren Frequenzen. Oft haben Leitungen auch mehrere Schirmungsarten, bspw. die ÖLFLEX® SERVO 2XSLCY-JB mit aluminiumkaschierter Kunststoff-Folie und verzinntem Kupfergeflecht.
Bei Datenleitungen gibt es prinzipiell dieselben Schirmarten wie bei Anschluss- und Steuerleitungen, allerdings sind bei Datenleitungen mit EMV-Schutz andere Abkürzungen in den Produktbezeichnungen üblich:
Zusätzlich gibt es bei Datenleitungen zwei Besonderheiten in Bezug auf ihre Schirmart zum EMV-Schutz:
Datenübertragungen sind besonders störanfällig, weshalb Datenleitungen in der Regel immer geschirmt werden. Für bestimmte Anwendungsbereiche zur Signalübertragung gibt es mit der Abkürzung „U“ (Unscreened) besonders gekennzeichnete, nicht geschirmte Datenleitungen wie zum Beispiel das Cat.6-Netzwerkkabel ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH , das Cat.5e Ethernetkabel ETHERLINE® LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24 oder unsere UNITRONIC® BUS ASI Leitungen für Vernetzungssysteme im Feldbereich.
Eine weitere Bauart bei Datenleitungen sind die sogenannten Twisted Pair Leitungen. Hierbei werden einzelnen Datenpaare verdrillt. Die Verdrillung gewährleistet, dass sich Feldeffekte gegenseitig aufheben. Erkennbar sind diese Kabel an der Abkürzung „TP“ (Twisted Pair).
Das Kabel ETHERLINE® Cat. 6A FD FC wird zum Beispiel wie folgt aufgeschlüsselt: ScreenedFoiled/UnscreenedTwistedPair. Dieses Netzwerk-Kabel ist mit einem Drahtgeflecht und einer darunterliegenden aluminiumkaschierten Kunststoff-Folie um alle Adern geschirmt (Screened/Foiled). Die Aderpaare sind paarweise verdrillt und nicht mit einer zusätzliche Aderpaarschirmung ausgestattet (UnscreenedTwistedPair).
Jedes System ist nur so gut, wie sein schwächster Punkt. LAPP Steckverbinder-Systeme haben den Vorteil, dass alle Arten der oben genannten Schirmanschlusskonzepte genutzt werden. Sehr oft sind EMV-Kabelverschraubungen bereits im Steckverbinder integriert, bieten die Möglichkeit zur Anbindung eines Schutzschlauches und ermöglichen die Kontaktierung des Kabelschirms mit dem Arbeits- oder PE-Kontakt des Steckverbinder-Systems.
Das Standardgehäuse ist pulverbeschichtet mit einer nicht leitenden Dichtung zwischen den Gehäuseteilen, wodurch diese gegeneinander isoliert sind. EPIC® EMV-Steckverbinder bieten Ihnen eine 360-Grad-Abschirmung und eine vibrationssichere Schirmanbindung. Erkennbar sind die EMV-Steckverbinder an der metallisch leitenden, meist vernickelten Oberfläche. Die Dichtungen sind konstruktiv so gelegt, dass die beiden aufeinandergepressten oder verschraubten Gehäuseteile niederohmig mit Metall auf Metall kontaktieren. Das gleiche Prinzip gilt auch zur Kabelverschraubung sowie zur Montagewand hin.
Rechtecksteckverbinder besitzen eine integrierte SKINTOP® MS-M BRUSH Kabelverschraubung. Der EPIC® ULTRA H-A3 und der EPIC® ULTRA H-B6-24 sind deshalb einfach zu konfektionieren und für einen großen Kabelklemmbereich bei geschirmten Leitungen konzipiert.
Benötigen Sie hingegen eine platzsparende Bauweise, zum Beispiel für den Einsatz in Servoantrieben, Aktoren und Sensoren, empfehlen wir Ihnen die POWER und SIGNAL Rundsteckverbinder von LAPP. Diese sind mit einer speziell abgestimmten EMV-Kabelverschraubung für Servo- und Datenleitungen ausgestattet.
Die zeroCM®-Technologie von LAPP leistet einen entscheidenden Beitrag zu verbesserter EMV in Maschinen und Anlagen. Das neue und patentierte Leitungsdesign mit einer kapazitätsarmen Bündelkonstruktion mit gegenläufigem Schutzleiter erreicht eine hundertprozentig elektrische Symmetrie und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit. Erstes Produkt ist die ÖLFLEX® SERVO zeroCM.
Elektromagnetische Störungen sieht man nicht, das macht sie so tückisch. Es braucht viel Erfahrung, um sie aufzuspüren, möglichst bevor sie Schaden anrichten. LAPP hat ein umfangreiches Angebot, das Kunden dabei unterstützt:
Ist der Austausch einer ungeschirmten Leitung im System aus diversen Gründen nicht möglich oder müssen Leitungen bzw. Kabel nur in Teilabschnitten des Systems elektromagnetisch verträglich geschirmt werden, bietet sich neben unseren SILVYN ® Schutzschläuchen auch die Ausstattung der Leitungen mit separat erhältlichen Kupfergeflechten (copper braids), eine Umwicklung mit dem 3M Scotch 1183 Abschirmband an.
Damit diese Systeme zuverlässig geerdet werden können, setzen Sie am besten auf unsere ein- oder zweiteiligen SHIELD-KON® Verbinder zum Anschluss des Kupfergeflechts an eine geerdete Gehäusewand oder andere geerdete Anschlusspunkte.
Für eine optimale Abschirmwirkung können Leitungen mit einem doppelten Schirm versehen oder aber in einem Kupfer- oder Stahlrohr verlegt werden. Unter EMV-Gesichtspunkten sind diese Schirmungen völlig dicht. Unsere wendelgewickelten SILVYN® Metallschutzschläuche mit Kupfergeflecht, wie zum Beispiel der EMC AS-CU , bieten Ihnen dafür vollen EMV-Schutz und im Vergleich zu einem Rohr gleichzeitig herausragende Flexibilität. Er ist für besonders raue Umgebungen mit hohen elektromagnetischen Anforderungen geeignet. Unsere SILVYN® MSK-M BRUSH Schlauchverschraubung mit EMV-Schutz und integrierter Zugentlastung vervollständigt schließlich Ihr EMV- geschirmtes System.
Schlechte EMV ist häufig die Ursache von Montagefehlern. In der Industrie war es lange üblich, Leitungen und Stecker getrennt einzukaufen und erst beim Einbau in die Maschine oder Produktionsanlage zu verbinden – der Fachmann spricht von Konfektionieren.
Einer größeren Flexibilität stehen einige Nachteile gegenüber: Die Verarbeitungsqualität lässt oft zu wünschen übrig. Etwa, weil der Monteur beim Abisolieren zu tief schneidet und die Aderisolation verletzt oder die Schirmung nur punktuell mit dem Gehäuse des Steckers verbindet und so EMV-Probleme provoziert.
Deshalb geht der Trend zu fertig konfektionierten Leitungen, die wir bei LAPP unter dem Namen ÖLFLEX® CONNECT vertreiben. Leitung und Stecker sind bereits ab Werk verbunden, Kunden erhalten sogar komplett mit Leitungen und Schläuchen bestückte Schleppketten, auch das Engineering übernimmt LAPP. Der Kunde hat so die Gewähr, aus einer Hand stets die optimale Qualität zu bekommen, und er kann sich zudem auf seine eigentliche Arbeit konzentrieren, nämlich den Bau der Maschine.
