EMV-gerechte Entwicklung

Je später desto teurer!

Welche Vorschriften und Grundsätze bei einem EMV-gerechten Gerätedesign zu beachten sind, wird an Hand der Erfahrungen, die bei der Entwicklung eines Lichtrufsystems gemacht wurden, erläutert.

Die elektromagnetische Verträglichkeit von elektronischen Schaltkreisen und Systemen hat in den letzten Jahren steigende Bedeutung erlangt. Von der Formulierung der Produktidee bis hin zur Serienfertigung ist die Integration von EMV-Maßnahmen heutzutage nicht mehr wegzudenken. Der Entwickler hat nicht nur die Aufgabe, Geräte, die in einem EWR-Land in Verkehr gebracht werden, nach wirtschaftlichen und funktionalen Gesichtspunkten zu entwickeln, sondern diese Geräte müssen auch die seit 1.1.1996 geltende EMV-Richtlinie 89/336/EWG erfüllen und die CE-Kennzeichnung tragen. Die CE-Kennzeichnung eines Produktes gewährleistet den freien Warenverkehr innerhalb der Gemeinschaft. Sie ist vom Hersteller in alleiniger Verantwortung anzubringen, nachdem das Produkt einer Konformitätsbewertung unterzogen und die Konformitätserklärung ausgestellt wurde.

Fallbeispiel: Lichtrufsystem
Lichtrufanlagen im Krankenhaus beinhalten sämtliche Funktionen, die im Notfall den Patienten rasch ärztliche Hilfe gewährleisten. Zusätzlich stehen den Patienten noch Komfortfunktionen wie Radio, Fernsehen und Telefon zur Verfügung.
Nun kommt mit dem Produkt VISOCALL Plus eine Weiterentwicklung des bewährten VISOCALL MP2 Systems auf den Markt. Das neue System wurde vom Österreichischem Forschungszentrum Seibersdorf in Zusammenarbeit mit der burgenländischen Elektronik- und Kommunikationssystem GmbH in sehr kurzer Zeit entwickelt. Eine kurze Entwicklungszeit erfordert schon in der Planungs- und Definitionsphase eine genaue Auseinandersetzung mit Fragen der EMV. Hier empfiehlt sich die enge Zusammenarbeit der Entwicklungsingenieure mit den EMV-Spezialisten eines akkreditierten EMV-Prüfzentrums.
Der Auftraggeber und der Auftragnehmer formulieren gemeinsam in einem Pflichtenheft die Anforderungen des zu entwerfenden Gerätes. Die EMV-Spezialisten sollten bereits in dieser Phase eine beratende Funktion übernehmen und auf mögliche Schwierigkeiten hinweisen. Mögliche Diskussionsthemen in dieser Phase sind z. B.:
• ob nicht doch anstelle eines Kunststoffgehäuses ein Metallgehäuse wegen der besseren Schirmwirkung verwendet werden kann, oder
• ob nicht ein teureres mehrlagiges Leiterplattenkonzept besser geeignet wäre.
Speziell bei dieser Diskussion sollte auch ein Softwaretechniker eingebunden werden, da hinsichtlich der EMV die kleinstmögliche Taktrate mit geringster Flankensteilheit gefordert wird, der Softwaretechniker jedoch wegen der höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit genau das Gegenteil fordert.

Der richtige Zeitpunkt?
Bild 1 zeigt, dass die Möglichkeiten, kostengünstig EMV-Maßnahmen einzubauen mit steigender Entwicklungsreife des Produktes abnehmen. Je später auf einzelne Maßnahmen, wie Gehäuseschirmung, Printplattenlayout, Verkabelung, Filter usw. Rücksicht genommen wird, um so höher werden die Kosten. Änderungen nach abgeschlossener Entwicklungsphase ziehen immer Projektverzögerungen und erhebliche Schwierigkeiten nach sich. Es gilt: Je später desto teurer! Es sollten daher möglichst viele EMV-Maßnahmen beim Entwurf am Print vorgesehen werden. Stellt sich bei den „Precompliance“-Messungen heraus, dass diese nicht benötigt werden, so braucht man sie in der Produktion nicht zu bestücken.
Ist die Planungs- und Definitionsphase abgeschlossen, kann mit der Entwicklung eines Prototypen begonnen werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte auch ein Layouter in die EMV-Planung mit einbezogen werden. Das Wissen um die richtige Platzierung der einzelnen Bauteile am Print, und die Verlegung von Leiterbahnen ist hier von entscheidender Bedeutung. Schon die Berücksichtigung grundlegendster Designrichtlinien, wie zum Beispiel ein richtiges Massekonzept, oder auch nur die Wahl der richtigen Bauteile kann wesentlich zur Verringerung der Störabstrahlung und Verbesserung der Störfestigkeit des Gerätes beitragen. Ist der Prototyp fertig, soll durch „Precompliance“-Messungen festgestellt werden, ob die Designmaßnahmen auch ihre Wirkung erzielt haben. Dadurch werden etwaige Schwachstellen im EMV-gerechten Gerätedesign möglichst früh erkannt. Erfüllt das Gerät alle Anforderungen, beginnt die Phase der Serienfertigung. Hier ist zu beachten, dass nur Bauteile bestückt werden dürfen, die auch firmenintern hinsichtlich ihrer EMV-Eigenschaften freigegeben wurden. Gerade in der heutigen Zeit ist die termingerechte Bauteilbeschaffung ein großes Problem geworden. Viele Fertigungsfirmen sind gezwungen, auf alternative Bauteile auszuweichen, die kürzere Lieferzeiten aufweisen oder kostengünstiger zu beschaffen sind. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass z. B. schnellere Bauteile eine erhöhte Störabstrahlung verursachen bzw. Abblockkondensatoren mit weniger hochwertigem Dielektrikum ein breitbandig niederimpedantes Versorgungssystem am Print nicht mehr gewährleisten können. Findet all dies Beachtung, so sind bei der normgerechten Abnahmeprüfung keine Probleme mehr zu erwarten.

Normative EMV-Anforderungen
Für informationstechnische Einrichtungen (ITE), wie das Lichtrufsystem, ist für die Bewertung der Emissionseigenschaften die Produktfamiliennorm EN 55022 anzuwenden. Sie unterscheidet zwei Umgebungsklassen: Klasse B für Geräte, die für den Betrieb im Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereich sowie Kleinindustrie vorgesehen sind, Klasse A für Geräte, die in Industrieumgebung betrieben werden. Dabei legt Klasse B die strengeren Emissionsgrenzwerte fest. Weiters müssen ITE-Geräte ab dem 1.1.2001 auch die Normen für die Netzrückwirkungen einhalten. Diese legen Grenzwerte für Oberschwingungsanteile des Eingangsstromes (EN 61000-3-2) und für Spannungsschwankungen und Flicker (EN 61000-3-3) fest. Für die Konformitätsbewertung hinsichtlich Störfestigkeit sind die Fachgrundnormen EN 50082-1 (Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe) und EN 50082-2 (Industriebereich) bzw. ab 1.7.2001 die Produktfamiliennorm EN 55024 anzuwenden. Die Fachgrundnorm für den Industriebereich stellt höhere Anforderungen an die Geräte als jene für den Wohnbereich, Geschäfts- und Gewerbebereich sowie die Kleinindustrie. Die Produktfamiliennorm EN 55024 regelt die Störfestigkeitseigenschaften aller ITE-Geräte, die Unterscheidung in Umgebungsklassen entfällt. Kommt für die Emissionsbeurteilung und für die Störfestigkeitsprüfung jeweils jene Fachgrundnorm zur Anwendung, die die höheren Anforderungen an den Prüfling stellt, so ist der allgemeine Einsatz des Gerätes ohne Einschränkung auf eine Umgebungsklasse möglich.
Da das Lichtrufsystem VISOCALL PLUS auch nach dem Ablauf der oben genannten Übergangsfristen in Verkehr gebracht werden soll, wurde dieses Produkt im akkreditierten EMV-Prüfzentrum Seibersdorf bereits nach den neuen Standards geprüft (siehe Bild 2). Prüfberichte eines akkreditierten Prüflabors werden im ganzen EWR anerkannt und stellen somit eine solide, rechtlich abgesicherte Basis für die Konformitätserklärung durch den Hersteller dar.
Durch die Berücksichtigung der elektromagnetischen Verträglichkeit von der Designphase bis zur normkonformen Abnahmemessung ist es gelungen, in sehr kurzer Zeit ein Lichtrufsystem für die Krankenhauskommunikation zu entwickeln, das sämtlichen derzeit geltenden und in naher Zukunft zu erwartenden EMV-Anforderungen entspricht.
Autoren: Dipl.-Ing. Bernd Deutschmann und Dipl.-Ing. Kurt Lamedschwandner beide Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf

Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf
Tel. (02254) 780-2805
kurt.lamedschwandner@arcs.ac.at
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