Was beim EMV-Schutz von Gehäusen zu beachten ist

Elektromagnetische Störquellen können vielfältig sein. Mobiltelefone, Sendeanlagen, Leuchtstoff-Lampen, Notebooks, aber auch elektronische Geräte, handgeführte Elektrowerkzeuge, Schaltvorgänge, Stromquellen, Verkabelung oder elektrostatische Entladungen in der Atmosphäre können Störungen erzeugen.

Die entsprechende europäische EMV-Richtlinie (EN 55022-B) definiert elektromagnetische Verträglichkeit so: „Unter elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) wird die Fähigkeit eines Gerätes, einer Anlage (LAN) oder eines Systems bezeichnet, in einer elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten. Dieses Gerät (Anlage, Systeme) soll dabei selbst keine elektromagnetischen Störungen verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Systeme und Anlagen unannehmbar wären“. Ergänzend dazu gibt es weitere Vorgaben für das Geräte-Design und die Gestaltung des Umfeldes (ETS 300 132). Die Schirmdämpfungsmessungen von leeren Gehäusen werden nach DIN EN 61587-3 oder nach Normen aus dem militärischen Bereich geprüft, zum Beispiel nach MIL STD 285 (US) oder VG 95373 Teil 15 (GER). Auch hier gibt es unterschiedliche Fachgrundnormen, die wichtigste, weil mit weltweiter Bedeutung ist die IEC 61000. Generell wird nach Störfestigkeiten für Wohn-, Gewerbe- sowie für Industriebereiche unterschieden. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Produktnormen, zum Beispiel für Bahngeräte, Werkzeugmaschinen, Funkeinrichtungen und eben auch für elektrische Geräte, um nur einige zu nennen.

Störfestigkeit erhöhen

Das Diagramm veranschaulicht wie sehr sich die EMV- Abschirmung auf die Dämpfung des elektromagnetischen Feldes auswirkt. Heitec Elektronik

Die IEC 61000 gibt an, welche elektromagnetischen Störgrößen (und deren Grenzwerte) den Betrieb von elektrischen und elektronischen Systemen beeinflussen können und gibt Hinweise auf Maßnahmen, die diese beheben können sowie die Störfestigkeit des Systems erhöhen. Weiterhin gibt die Norm an, welche EMV-Prüf- und Messverfahren verwendet werden müssen, um die Störfestigkeit eines Systems zu prüfen und sicherzustellen.

Lücken schließen

In der Konsequenz bedeutet das für das betreffende System, dass es die Reduzierung von Störaussendungen sowie gleichzeitig die Erhöhung der Störfestigkeit beinhalten muss. Eine optimale Abschirmung und Eliminierung der elektromagnetischen Felder lässt sich lediglich durch eine unterbrechungsfreie leitende Verbindung aller Gehäuseaußenflächen erzeugen. Vorrangig geht es also darum, „Lücken“ zu schließen beziehungsweise abzudichten, um zu verhindern, dass elektromagnetische Wellen das Gehäuse verlassen oder in es eindringen können.

Wie sehr sich die EMV-Abschirmung auf die Dämpfung des elektromagnetischen Feldes auswirkt, wird im Diagramm veranschaulicht. So ist die Dämpfung eines Standard-Gehäuses ohne entsprechende EMV-Komponenten deutlich geringer, als die eines EMV-Baugruppenträgers. Besonders bemerkenswert ist dabei auch der Schirmfaktor (siehe Tabelle), der sich aus der Dämpfung ergibt.

Wie kann aber nun elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden? Wie lässt sich ein 19-Zoll-System/ein 19-Zoll-Baugruppenträger EMV-sicher abdichten und welche Formen von Abdichtung sind möglich?

Thema der nächsten Seite sind die Formen von Abdichtung

Erste Maßnahme ist hier, alle Komponenten leitfähig miteinander zu verbinden, sodass die Kontinuität des Stromflusses erhalten wird (dies entspricht elektromagnetischer Abdichtung, da Hochfrequenz-durchlässige Stellen so abgedichtet werden), was durch EMV-Dichtungen realisiert werden kann, die die einwandfreie Schirmwirkung von Gehäusen gewährleisten. Die Schirmwirkung des Gehäuses sinkt mit steigender Frequenz insbesondere durch Öffnungen in der Gehäuseoberfläche. Dabei gilt: je kleiner die Öffnung ist, umso höher ist die Schirmwirkung. Die bereits erwähnte schlitzfreie, elektrisch leitfähige Verbindung aller Gehäuseaußenflächen ist also das Ziel, zumindest soweit dies möglich ist.

Häufig fordert die Realität dann doch ihren Tribut und eine vollständig „nahtlose“ Umsetzung ist ganz einfach unerreichbar: Je nach Gehäuseart müssen Wände und andere Elemente leicht abnehmbar beziehungsweise das „Innenleben“ schnell zugänglich sein, da beispielsweise die Elektronik aufgrund der Anforderungen der Applikation modular gehalten ist oder die Wartung es notwendig macht. Klappen und Türen müssen sich unter Umständen jederzeit öffnen lassen und Auslassungen für Lüfter, Displays oder andere Einbauten können ebenfalls erforderlich sein. Auch müssen die Umgebungsbedingungen und andere Vorgaben beachtet werden, wie vom Kunden gewünschte Beschichtungen oder Korrosionsschutz von Metallgehäusen bei Feuchte, um nur einige Beispiele zu nennen.

Die geschlossene Kontaktfeder verfügt über gute Kontakteigenschaften und ist sehr robust gegenüber Beschädigungen. Heitec Elektronik

Welche unterschiedlichen Abschirmmaterialien können aber nun zur EMV-Abdichtung verwendet werden? Alle Materialien müssen leitfähig und mechanisch gut formbar sein, außerdem benötigen sie eine gute Resistenz gegenüber funktionellen Beanspruchungen. Das entscheidende Kriterium hierbei ist eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit.

Als Beispiel können hier Kunststoffgewebedichtungen genannt werden, welche einen Schaumstoffkern mit einer Ummantelung aus leitfähigem Gewebe mit Metallisierung besitzen. Der Vorteil solcher Dichtungen liegt in ihrer hohen Kompressionsfähigkeit bei guter Leitfähigkeit, der Nachteil besteht in einer starken Beschädigungsneigung, wie etwa das Ausfransen des Gewebes, was auch dazu führen kann, dass angrenzende Bauteile und Baugruppen durch Faserreste beschädigt werden (Stichwort Kurzschlüsse). Ein weiterer Nachteil ist die kurze Lebensdauer bei stetem Gebrauch. Außerdem werden diese Dichtungen geklebt, was zu einer Reduzierung der Temperaturbeständigkeit führt. Darüber hinaus lässt sich feststellen, dass diese Form von Dichtungen über eine geringere Leitfähigkeit verfügen als Metallfedern.

Metallfedern aus Edelstahl

Bei der segmentierten Kontaktfeder werden durch gute Formbarkeit optimale Kontakteigenschaften geschaffen. Heitec Elektronik

Der Vorteil von Metallfedern aus hochwertigem Edelstahl liegt zum einen in der geringen Korrosionsanfälligkeit bei hoher Stabilität, zum anderen in einer sehr guten Leitfähigkeit. Bei entsprechender Formgebung ist die Beschädigungsneigung nahezu null und garantiert so eine besonders hohe Lebensdauer.

Heitec verfügt über eine große Auswahl an unterschiedlichsten Kontaktfedern, die nachfolgend kurz vorgestellt werden sollen. Zunächst ist die vertikale Kontaktfeder zu nennen, die den EMV-Schutz zwischen Baugruppenträger-Seitenwand und Front- beziehungsweise Rückplatten gewährleistet. Diese gibt es in zwei Ausführungen: Zum einen die geschlossene Kontaktfeder, die über gute Kontakteigenschaften verfügt und sehr robust gegenüber Beschädigungen ist; zum anderen die segmentierte Kontaktfeder, bei der durch gute Formbarkeit optimale Kontakteigenschaften geschaffen werden. Für den EMV-Schutz zwischen den Profilschienen und dem Baugruppenträger-Deckblech können die Kontaktfedern für Deckbleche eingesetzt werden.

Horizontale Kontaktfedern

Für den EMV-Schutz zwischen den Profilschienen und dem Baugruppenträger-Deckblech können die Kontaktfedern für Deckbleche eingesetzt werden. Heitec Elektronik

Last but not least sind horizontale Kontaktfedern erhältlich. Diese wiederum stellen den EMV-Schutz zwischen Profilschiene und Front- beziehungsweise Rückplatten sowie einzelnen Steckbaugruppen sicher. Was auf den ersten Blick als „einfacher“ Baugruppenträger daherkommt, stellt sich bei näherer Betrachtung doch als ein recht komplexes System heraus, bei dem eine Vielzahl von Normen und

Horizontale Kontaktfedern stellen den EMV-Schutz zwischen Profilschiene und Front- beziehungsweise Rückplatten sowie einzelnen Steckbaugruppen sicher. Heitec Elektronik

gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden müssen. Dennoch können mit den vorhandenen Möglichkeiten gute Lösungen erarbeitet werden. Heitec bietet zudem spezielle EMV-konforme Gehäuse an. Weitere Gesichtspunkte sind dann beim Systemdesign zu beachten, wie die Anbringung der Elektronik und störaussendender Komponenten, die intelligente Nutzung von Potenzialausgleichsflächen sowie eine intelligente Kabelführung und Verschraubung. Für besonders sensitive und anspruchsvolle Anwendungen empfiehlt sich außerdem unbedingt die Überprüfung der EMV-Festigkeit des fertigen Systems bei laufendem Betrieb. Hier lohnt es sich, insbesondere im Hinblick auf Schadensvermeidung, mit einem erfahrenen Systemspezialisten wie Heitec zu arbeiten.

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