Infotainment, Fahrassistenzsysteme, Hardware – die Zahl elektronischer Komponenten im Fahrzeug nimmt fortlaufend zu und damit auch die Zahl elektrischer Ströme. Genau das kann zu Problemen führen, da jedes elektrische System elektromagnetische Störungen aussenden und auch empfangen kann. Deshalb ist es wichtig, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) eines elektrischen Systems frühzeitig in der Produktentwicklung zu berücksichtigen. Besonders wichtig ist das bei Sensoren, da diese oftmals stark auf elektromagnetische Interferenzen reagieren.

Elektromagnetische Abschirmung über Faradayschen Käfig

Bild 1: Magnetischer Rotorlagesensor innerhalb der Hohlwelle eines Motors platziert.

Bild 1: Magnetischer Rotorlagesensor innerhalb der Hohlwelle eines Motors platziert. Swoboda

Eine mögliche Lösung ist die allgemein bekannte Abschirmung elektronischer Komponenten gegen elektromagnetische Effekte. Allerdings hängt dabei die Wirksamkeit davon ab, ob die Störungen elektrischer oder magnetischer Natur sind, und wie hoch die Frequenz ist. Bei statischen und niederfrequenten elektrischen Störfeldern funktioniert eine Abschirmung nach dem Prinzip der Influenz oder des Faradayschen Käfigs. Sie erfolgt über elektrisch leitfähige Schirmmaterialien wie etwa Metallbleche oder lackierte Kunststoffgehäusen mit Leitlack-Schichten, die mit der Fahrzeugmasse verbunden sind. Ebenso wirken bei statischen und niederfrequenten magnetischen Störfeldern weichmagnetische Werkstoffe bzw. ferromagnetische Materialien mit hoher Permeabilität und geringer Remanenz wie etwa Mu-Metall. Ist die magnetische Abschirmung hinreichend leitfähig, wirkt sie auch zugleich elektrisch abschirmend.

Magnetische Rotorlagesensoren in Elektromotoren verfügen über so eine elektrische und magnetische Abschirmung. Der Sensor misst das rotierende magnetische Feld, das ein Magnet erzeugt, der an einem Rotor befestigt ist. Vorzugsweise sind Magnet und Sensor innerhalb der Hohlwelle des Motors platziert, sodass der Sensor von den von dem Motor erzeugten magnetischen Störfeldern abgeschirmt ist (Bild 1).

EMV-Lösungen mit Hall-Sensoren

Jedoch ist es nicht immer möglich, eine solche Abschirmung einzusetzen. Gründe dafür können zu enge Bauräume oder zusätzliche Kosten sein. In solchen Fällen ist es notwendig, das Nutzsignal von der Störung elektrisch zu differenzieren. Dafür lassen sich beispielsweise Hallsensoren verwenden, die oft das Feld-Gradient-Messprinzip nutzen. Dabei werden zwei Hall-Elemente in einem bestimmten Abstand zueinander platziert, sodass die Messung durch eine differenzielle Auswertung der Hall-Elemente-Signale robust gegenüber homogenen Störfeldern ist.

Induktiver Ansatz für EMV

Weiterhin lässt sich das Nutzsignal von der Störung differenzieren, indem man das Messprinzip in einen bestimmten Frequenzbereich umwandelt. Diesen Ansatz macht sich die induktive Technologie zunutze. Hier sendet eine Spule als Bestandteil eines Schwingkreises ein magnetisches Feld aus. Die Lage des zu messenden leitfähigen Objekts, relativ zu der Spule, verändert die Amplitude des Schwingkreises, sodass sich Rückschlüsse über den Winkel, Wege, Abstände oder Geschwindigkeiten des Objekts ziehen lassen. Bei der Signalauswertung hilft ein Bandbreitenfilter, um das Nutzsignal im Frequenzbereich des Schwingkreises zu filtern. So lassen sich Störfrequenzen sperren.

Entwicklern stehen viele Lösungen zu Auswahl, um Sensoren störrobust zu machen. Die Anwendungsanforderungen und -bedingungen müssen sie aber frühzeitig in der Produktentwicklung berücksichtigen, um die passende Lösung einzusetzen. Sensorhersteller Swoboda bietet Entwicklern dafür verschiedene Lösungen wie etwa induktiven Rotorlagesensoren für eine gegen Fremdfeldeinwirkung robuste und genaue Winkelerfassung des Rotors oder Fahrwerksensorik für eine direkte lineare Messung des Federwegs des Stoßdämpfers.

Der Artikel basiert auf Unterlagen von Swoboda.