Kabelverschraubungen und Kabelkanäle für EMV-Schirmkonzepte

Baut sich aufgrund von elektromagnetischer Störstrahlung das Bild im Wohnzimmer-Flat-TV nicht sauber auf, ist das unschön. Kommt es in industrieller Umgebung zu Störungen geraten Menschen in Gefahr oder der Produktionsausschuss treibt die Kosten in die Höhe.

Bessere Schirmwirkungen lassen sich erzielen, wenn das Schirmgeflecht des Kabels durchgängig bis zur Elektronik im Schaltschrank geführt wird und erst dort an Masse angeschlossen wird, wie bei den Pflitsch-Kabelverschraubungen Tri durch die 360°-Tri-Feder-Kontaktierung möglich. Pflitsch

Wenn neben EMV-Sicherheit auch Hygiene oder Design gefordert sind, ist aktuell die Blueglobe Tri Clean Plus die am besten geeignete Kabelverschraubung. Pflitsch

Nun lassen sich Schaltschränke und Gehäuse mit entsprechenden Maßnahmen schirmen. Doch dort, wo Signal- und Energiekabel durch die Gehäusewand geführt werden, entsteht jedoch eine Lücke in der Schirmung, durch die elektromagnetische Wellen einfach „durchschlüpfen“. Um diese Schirmlücke sicher zu schließen, sind geschirmte Kabel und hochwertige EMV-Kabelverschraubungen zwingend erforderlich, die den Kabelschirm optimal beim Kabeleintritt in den Schaltschrank kontaktieren und so in das Gesamt-EMV-Konzept einbinden.

Irisring- und Triangelfedern für die sichere 360°-Kontaktierung

Bei der hochwertigen Kabelverschraubung Uni Iris (eigene Schreibweise: UNI IRIS) von Pflitsch übernimmt ein innenliegender Iris-Federring die 360°-Kontaktierung des freigelegten Kabelschirmes. Beim Anziehen der Druckschraube wird er rundum sicher an das Schirmgeflecht angedrückt und sorgt für einen guten elektrischen Übergang. Dabei muss bei der Montage der Kabelschirm nicht aufgeweitet oder abgelängt werden. Seine Schirmwirkung bleibt voll erhalten. Erst unmittelbar an der bauseitig vorgegebenen Klemmstelle nahe der Elektronik kontaktiert der Kabelschirm mit der „Bezugsmasse“. So werden unnötige Verkopplungen von Nutz- mit Störsignalen vermieden.

In der Baureihe Blueglobe (eigene Schreibweise: blueglobe) setzt Pflitsch erstmals eine Triangelfeder ein. Ihre 360°-Kontaktierung erreicht noch bessere Werte. Daher ist die Blueglobe Tri (eigene Schreibweise: blueglobe TRI) zugelassen für Anwendungen mit den hohen Cat. 7_A-Anforderungen. Gemäß DIN IEC 61156-5 bis 1000 MHz werden hier mindestens -60 dB Dämpfung gefordert. Die Tri erreicht mit -65 dB deutlich höhere Werte. Selbst im hohen Frequenzbereich bis 2,5 GHz sind es typischerweise mindestens -50 dB. Noch höhere EMV-Dämpfungswerte bringt der Einsatz einer nicht magnetischen Tri-Ringfeder, da die Non-magnetic-Ausführung der Feder keine ferromagnetischen Einflüsse auf die Schirmung hat.

Auch für Anwendungen, in denen Hygiene oder Design gefordert sind, gibt es Lösungen wie die Blueglobe Tri Clean Plus (eigene Schreibweise: blueglobe TRI CLEAN Plus) in Edelstahl, designed nach dem anspruchsvollen EHEDG-Standard und nach BGN-Vorgaben.

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EMV-Kanäle verfügen über höhere Wandstärken gegen magnetische Felder und eine möglichst spaltfreie Konstruktion – zum Beispiel mit eng gesetzten Verschraubungen gegen E-Felder. Pflitsch

Neben der HF-Dämpfung ist die Stromtragfähigkeit – also die Fähigkeit eines Bauteils einen bestimmten Dauerstrom zu führen – ein wichtiges Kriterium bei einer EMV-Kabelverschraubung. Bei Fehlfunktionen, falscher Montage oder Blitzeinschlag können über den Kabelschirm und die Kabelverschraubung hohe Ströme fließen. Auch der Spannungsabfall an den Übergangswiderständen einer Kabelverschraubung erzeugt aufgrund des durchfließenden Stroms auf dem Kabelschirm eine gewisse Verlustleistung. Die dabei entstehende Wärme führt zu einem Temperaturanstieg der Kabelverschraubung, die aus Berührschutzgründen nicht über +60 °C warm werden sollte.

Da es für diesen Fall keine Prüfnorm gibt, hat das Unternehmen einen praxisnahen Prüfaufbau realisiert, bei dem ein ansteigender Strom bis maximal 100 A auf den Kabelschirm gegeben und die Temperaturentwicklung in der Kabelverschraubung bis +60 °C ermittelt wird. In der Regel erreicht die Blueglobe Tri eine höhere Stromtragfähigkeit als das geschirmte Kabel, bietet also die nötige Sicherheit. In der Praxis sollte dies in der jeweiligen Installation aber verifiziert werden.

Doppelkontaktierung für noch mehr EMV-Sicherheit

Um die sehr gute HF-Dämpfung noch weiter zu erhöhen, wurde die Blueglobe Tri in einer Sonderversion verlängert und mit zwei hintereinanderliegenden Triangelfedern ausgestattet. Das bringt 6 bis 10 dB Dämpfung mehr, wie ausführliche Tests im hauseigenen Prüflabor dokumentieren.

Mit dem geteilten EMV-Anschlussbock lassen sich dicke, starre Kabel einfach und EMV-gerecht in den Schaltschrank einführen. Pflitsch

Eine weitere Lösung ist der geteilte EMV-Adapter: Wird dieser zwischen der Gehäusewand und einer EMV-Verschraubung eingeschraubt, ergibt sich ebenfalls eine doppelte Kontaktierung mit entsprechend höheren Dämpfungswerten und höherer Stromübertragung bei minimiertem technischem und finanziellem Aufwand.

Verwendet der Anwender diesen Adapter als Gegenmutter, lassen sich sogar Standard- und Kunststoff-Kabeleinführungen kostengünstig einigermaßen EMV-tauglich machen, was in weniger kritischen Anwendungen meist ausreicht.

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Bekannt als Problemlöser rund um die sichere Kabeleinführung bedient Pflitsch auch den EMV-Markt mit besonderen kundenspezifischen Lösungen. Basis für die wirtschaftliche Umsetzung solcher EMV-Komponenten sind die beiden Kabelverschraubungsbaureihen des Herstellers. So wird aus Uni Dicht (eigene Schreibweise: UNI Dicht) und Blueglobe zum Beispiel eine EMV-Mehrfach-Variante. Denn die Miniaturisierung bringt es mit sich, dass Systeme immer kompakter werden. Jede Kabelverschraubung benötigt aber einen gewissen Einbauplatz. Möchte ein Anwender verschiedene EMV-Kabel in ein Gehäuse einführen, kann es aufgrund fehlender Montagefläche zu Engpässen kommen. Um das Problem zu lösen, nutzt das Unternehmen das Mehrfach-Konzept aus dem Uni-Dicht-Programm, durch das sich mehrere Kabel – auch mit unterschiedlichen Durchmessern – zuverlässig durch eine Kabelverschraubung führen lassen.

Durch die EMV-Mehrfach-Scheibe mit innenliegenden Tri-Kontaktfedern lassen sich mehrere Kabel platzsparend durch eine EMV-Verschraubung führen. Die Scheibe wird über eine umlaufende Iris-Feder sicher im Verschraubungskörper kontaktiert. Pflitsch

Hinter dem Dichteinsatz sitzt in der EMV-Lösung eine Scheibe aus Metall, die exakt für die verwendeten Kabeldurchmesser des Kunden angefertigt wird. In dieser Scheibe wird der Schirm jedes Kabels sicher mittels je einer Tri-Feder kontaktiert. Über einen umlaufenden Iris-Federring gelingt die zuverlässige Kontaktierung der eingesetzten Scheibe in der Kabelverschraubung. Da Uni Dicht bis zur Größe M120 gefertigt wird, ist die Integration mehrerer EMV-Kabel im Durchmesser von 5 bis 20 mm (inklusive Schirmgeflecht) möglich.

Wenn starre Kabel in den Schaltschrank müssen

Energiekabel und Leitungen mit größeren Querschnitten sind sehr starr und lassen sich daher nur mit Mühe installieren. Um diese geschirmten Kabel in einen Schaltschrank einzuführen und EMV-sicher zu kontaktieren, wurde ein teilbarer EMV-Anschluss-Bock aus vernickeltem Messing entwickelt, der die Installation vereinfacht. Denn das lästige und aufwendige Durchfädeln des Kabels entfällt.

Zunächst wird das stabile Unterteil des EMV-Bocks an der Schaltschrank-Einführung montiert, das Kabel in Position gebracht und der Kabelmantel in Höhe der Kontaktstelle entfernt, sodass das Schirmgeflecht des Kabels offen liegt. Ist das so vorbereitete Kabel im EMV-Anschluss-Bock positioniert, wird das Oberteil des Bocks aufgedrückt und mit zwei Schrauben sicher fixiert.

Dabei drückt sich die ebenfalls geteilte, nicht magnetische Tri-Feder zuverlässig rund um das Schirmgeflecht des Kabels. Den EMV-Anschluss-Bock gibt es aktuell in fünf Größen für Kabeldurchmesser von 20 bis 65 mm. Weitere Größen in M25 und M32 werden in Kürze verfügbar sein.

Mehrfachschirme sicher kontaktieren

In der modernen Elektronik erfüllt der Kabelschirm häufig mehrere Aufgaben: Zum einen bestimmt er maßgeblich die Kabelimpedanz, zum anderen soll er ein Aus- und / oder Einkoppeln von Signalen verhindern. Unangenehmerweise kann über das Schirmgeflecht noch ein ungewollter Potenzialausgleich stattfinden. Daher gibt es spezielle Kabel mit Mehrfachschirmen. Eine Herausforderung ist es nun, diese geschirmten Kabel EMV-gerecht im geschirmten Gehäuse und mit der Elektronik zu kontaktieren. Möglich ist dies mit der verlängerten Blueglobe Tri und ihren zwei hintereinanderliegenden Triangelfedern.

Über die erste Feder wird der äußere Schirm des Kabels direkt außen am Gehäuse kontaktiert, während die zweite Feder den inneren Schirm mit dem Gehäuse niederimpedant verbindet. Der mögliche dritte Schirm lässt sich dann bis zum Massesternpunkt im Schaltschrank weiterführen und dort auflegen. Diese Lösung erreicht eine Schirmwirkung von besser -80 dB bei Frequenzen bis über 1 GHz. Des Weiteren verdoppelt sich die Stromtragfähigkeit, wichtig zum Beispiel bei Frequenzumrichtern und im Bereich der Elektromobilität: Hier sind hochfrequente Schirmströme von mehr als 25 A nichts Außergewöhnliches.

EMV-Kanäle – applikationsspezifisch auf E- und H-Felder auslegen

In anspruchsvollen Anwendungen müssen Leitungen EMV-sicher in einer Anlage oder Räumlichkeit installiert werden. Mit dem EMV-Kabelkanal auf Basis des bewährten Industriekanals hat das Unternehmen eine Lösung geschaffen, die bereits bei der Kabelführung zum Beispiel für Maschinen- und Anlagenbauer, Prüflabore und Testzentren, Telekommunikation und Medizintechnik mehr EMV-Sicherheit bringt.

Die Grafik zeigt das Messprinzip.

Pflitsch

Anders als bei Kabelverschraubungen ist jede EMV-Kabelkanal-Baugruppe ein Unikat und wird speziell auf die Kundenanforderungen angepasst. Dazu ist eine Analyse des Installationsumfeldes notwendig. Auch wichtig für die Auslegung sind die auftretenden Störfelder: Magnetfelder im Umfeld von Elektromotoren oder Frequenzumrichtern lassen sich zum Beispiel durch die Erhöhung der Wandstärke eines Kanals dämpfen, während bei E-Feldern darauf zu achten ist, den Kanal möglichst spaltfrei auszulegen. Unter Umständen müssen Formteile dazu sogar „aus dem Vollen“ gearbeitet werden.

Aufgrund einer flexiblen Fertigung mit Baugruppenservice und einem über 20-jährigen Know-how in Sachen EMV kann Pflitsch diese kundenspezifischen EMV-Kanäle und ihre Komponenten realisieren. Diese besonderen Baugruppen bestehen aus 2 mm starkem Blech gegen magnetische Felder. Um E-Felder fernzuhalten, erhalten sie entlang der Kanalkomponenten Bohrungen im Abstand von maximal 50 mm, um Korpus und Deckel sowie die benötigten Formteile spaltfrei und dicht am Kanalkorpus verschrauben zu können. Zusätzlich können Dichtungen aus Kupfer-Beryllium eingebracht werden, wie sie bei Schutztüren zum Einsatz kommen. An den Nahtstellen der Kanalteile werden spezielle Verbindungselemente eingesetzt.

So ausgerüstet können nur wenige Störwellen aus dem Kanal austreten beziehungsweise in ihn eindringen. Im Test erreicht diese EMV-Ausführung eine magnetische Schirmdämpfung von -18 dB verglichen mit einer ungeschützten Verlegung der Kabel und Leitungen. Ein Standard-Kabelkanalsystem erreicht bereits rund -10 dB Dämpfung.

Zu jeder kundenspezifischen Baugruppe wird eine positionierte Stückliste inklusive Zeichnung erstellt, die das Installieren der gesamten Anlage erleichtert sowie auf Wunsch einen offiziellen Prüfbericht der Dämpfungswerte.

(ah)