CE und EMV-Test in der Praxis

 
Elektromagnetische Verträglichkeit

Ohne daß wir sie körperlich wahrnehmen, sind elektromagnetische Wellen fester Bestandteil des täglichen Lebens. Radio, Fernsehen und Handys sind nur drei Anwendungen, die sich ihrer bedienen. So groß der Nutzen elektromagnetischer Wellenausbreitungen auch ist, so gefährlich können sie dann sein, wenn sie andere, lebenswichtige Geräte aus dem Gleichgewicht bringen. Nicht umsonst ist die Handybenutzung in Krankenhäusern und Flugzeugen untersagt. Zur Einhaltung der Vorschriften und Richtlinien bedient man sich der speziellen EMV-Messtechnik, die in der Regel stark von den üblichen "Allzweck-Messgeräten" abweichen. Ein umfassendes, technisches Wissen im Hinblick auf Hochfrequenzausbreitungen und Störstrahlungseigenschaften von Komponenten und Schaltungen sowie ein komplett ausgerüsteter EMV-Messpark sind heute unerlässlich für ein EMV-gerechtes Schaltungsdesign. Die Entwicklung von Hardware ist heutzutage einem enormen Zeit- und Kostendruck unterworfen. Designfehler oder EMV-technisches Unwissen verzögern die Markteinführung eines Produkts und erhöhen die Entwicklungskosten. Fakt ist: Je früher die elektromagnetische Verträglichkeit einer neuen Schaltung überprüft wird, umso erfolgreicher kann sie kurzfristig am Markt plaziert werden. 

Die CE-Kennzeichnung wurde als wichtiges Instrument für das Funktionieren des freien Warenverkehrs innerhalb des europäischen Binnenmarktes eingeführt. Mit dem Anbringen des CE-Zeichens an einem Produkt wird durch den Hersteller die Übereinstimmung mit allen für dieses Produkt anzuwendenden Richtlinien der Europäischen Union (EU) bestätigt. Die EMV-Richtlinie legt für alle elektrischen Geräte, je nach Anwendungsgebiet, bestimmte Grenzwerte fest. Dies betrifft sowohl die EMS Strahlung, die von dem Gerät ausgeht, als auch jene EM-Felder, die das Gerät aushält, ohne daß Funktionsstörungen auftreten. So soll verhindert werden, daß zum Beispiel Küchengeräte, Staubsauger, Fernseher, Handys und Computer sich gegenseitig stören. 


Bild oben: Leitungsgebundene EMV-Prüfung (schnelle Transienten) mittels kapazitiver Koppelstrecke
Hersteller (und natürlich insbesonders Entwickler von Elektronikbaugruppen und Systemen aller Art) müssen also mehr denn je, nicht zuletzt aus Kostengründen, umfassende Kenntnisse besitzen, wie störfest ihre Geräte sind bzw. welche Störungen sie verursachen können. Dabei verdichten sich die Grundkenntnisse auf Bereiche wie: Hochfrequenztechnik, Impulstechnik, Erdungstechnik und Nieder.- bzw. Hochvolttechnik z.B. bei Stromversorgungen. Eigene entwicklungsbegleitende Messungen, sowie die optimale Nutzung von Dienstleistungsprüflabortorien, stellen dabei die richtige Kombination dar. Neben gestrahlten EM-Störfestigkeitsprüfungen, sollten ESD-, Surge- und Burst-Prüfungen (falls kein eigenes Equipment zur Verfügung steht) sicherheitshalber von nur Fachleuten durchgeführt werden.

Allgem. Begriffe betreffend EMV

Anlagen
die erst am Betriebsort zusammengesetzt werden (sowie Netze) bedürfen i.d.R. keiner EG-Konformitätsbeschreibung oder Kennzeichnung. Soweit Anlagen, oder Teile davon, mit CE-gekennzeichneten Geräten errichtet, oder durch entsprechend konforme Komponenten erweitert werden, gilt die Konformitätsvermutung in so weit, dass den gesetzlichen Anforderungen entsprochen wurde. Gleichsam gilt jedoch ebenso: Normenkonformes Produzieren führt nicht automatisch zu einem rechtskonformen Produzieren. Somit kann unter bestimmten Umständen (z.B. bei erheblichen EMV-Störungen einer benachbarten Anlage, oder bei Sicherheitsmängeln...) eine Nachprüfung nach Norm erforderlich sein. Quelle: EMVG, GPSG. Doch auch diese strikte Vorgehensweise ist immer noch kein Garant für absolut störungsfreie und sichere Anlagen. Weitere Informationen finden Sie hierzu u.a. bei: http://www.eu-richtlinien-online.de und http://www.newapproach.org

Ergänzung hinsichtlich angewandter Normen:
Zitat "Während die in den Richtlinien festgelegten grundlegenden Anforderungen erfüllt sein müssen, damit Produkte im europäischen Binnenmarkt in Verkehr gebracht werden dürfen, haben Normen keinen verpflichtenden Charakter, ihre Anwendung ist freiwillig. Es ist grundsätzlich möglich, das von der Richtlinie geforderte Sicherheitsniveau auch auf andere Weise zu gewährleisten. Bei nach harmonisierten Normen hergestellten Produkten wird jedoch davon ausgegangen, dass auch die Anforderungen der betreffenden Richtlinie(n) erfüllt sind." Siehe DIN- Fundstelle

CDN
Koppel-/Entkoppelnetzwerk. Dient zur leitungsgebundenen Einkopplung von schmalbandigen, hochfrequenten Störungen auf den Prüfling.
(engl. Coupling / Decoupling Network). Siehe auch: CDN-Koppler.jpg

CE 
ist die Abkürzung für Conformite Europeen (europäische Normierung). Das CE-Zeichen muß seit 1.Jan.1996 auf allen elektrischen Geräten sichtbar angebracht werden. Damit erklärt der Hersteller oder Verkäufer, daß dieses Gerät den Richtlinien der Europäischen Union entspricht. Im besonderen handelt es sich dabei um die sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Die Schwäche: Jeder Elektrofabrikant kann behaupten, daß seine Geräte CE-konform sind, ohne sie testen zu müssen. Probleme bekommen Hersteller nur, wenn die Nichterfüllung der EMV-Normen nachgewiesen werden kann. Vor allem der steigende Anteil an Elektroniksystemen im Automobil und die rasant wachsende PC- und EDV- Gerätedichte in Heim und Büro sorgen dafür, daß die elektromagnetische Verträglichkeit auch weiterhin ein brisantes Thema bleibt.

CISPR
= Comite International Special Pertubations Radioelectriques. Dies ist eine internationale Sonderkommission für Funkstörungen aller Art. Sämtliche Publikationen beziehen sich (auch heute noch) auf diese Erkenntnisse. Sie führte als erste Kommission ebenso Grenzwertuntersuchungen durch. Nach 1946 war sie ein Unterkomitee der IEC. Auf Basis der CISPR-Publikationen führten später die CENELEC (Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique) in Zusammenarbeit mit den EFTA-Staaten Normungen durch. Diese sind heute im EWG massgebend und werden durch DKE, VDE, sowie andere Verlage, (leider nur) kostenpflichtig publiziert. Nach 1996 wurden Normen und Richtlinien (beginnend mit 89/336/EWG) gem. dem EMVG für alle Konformitätserklärungen und CE-Kennzeichnungen in der EU verpflichtend. Aktuelle Fassung ist: 2004/108/EG.

Elektromagnetische Störung
ist jede elektromagnetische Erscheinung, die die Funktion eines Gerätes beeinträchtigt. Siehe auch: Wikipedia-EMV

Elektromagnetische Verträglichkeit
ist die Fähigkeit eines Gerätes, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere in dieser Umwelt vorhandenen Geräte unannehmbar wären.

Geräte 
die als Zulieferteile oder Ersatzteile zur Weiterverarbeitung durch Industrie, Handwerk, oder sonstige auf dem Gebiet der elektromagnetischen Verträglichkeit fachkundigen Betriebe hergestellt und bereitgehalten werden, brauchen weder die Schutzanforderungen gemäß §4 Abs.1 einzuhalten noch bedürfen sie einer EG-Konformitätsbescheinigung und einer Kennzeichnung - vorausgesetzt es handelt sich dabei nicht um selbständig betreibbare (End-)Geräte. Ersatzteile sind so zu gestalten, dass sie bei sachgerechtem Einbau keine EM-Störungen verursachen.

Kopplungsmechanismen
Als Kopplungsmechanismen werden systematische Zusammenhänge und Vorgänge bezeichnet, durch welche eine von der Störquelle (Sender) erzeugte Störung zur Störsenke (Empfänger = gestörtes Gerät) gelangt. Ausbreitungsmedium und Kopplungswege können verschieden sein.

Beispiel: Kapazitive Kopplung entsteht durch
- hochohmige Störsenke
- parallel geführte Leitungen (insbesonders bei fehlender Abschirmung)
- schneller Spannungsanstieg du/dt

Beispiel: Induktive Kopplung entsteht durch
- Leiterschleifen (insbesonders bei fehlender o. falscher Abschirmung, z.B. bei Masseschleifen)
- schneller Stromanstieg di/dt

Störfestigkeit
ist die Immunfähigkeit eines Gerätes, während einer EMV-Störung ohne nennenswerte Funktionsbeeinträchtigung weiter zu arbeiten. Unter gewissen Umständen wird eine Funktionsbeeinträchtigung geduldet. Erlaubte Auswirkungen sind in Stufen gestaffelt und in der jeweiligen Norm hinterlegt.

Störungsvermeidung
Zitat: "Zur Vermeidung von Störungen dient eine EMV-gerechte Auslegung von Anlagen oder Geräten. Zu den bekannten Maßnahmen zählen die Schirmung, die Filterung elektrischer Schaltungen, das Verdrillen, die Verwendung symmetrischer Signale und einige weitere Maßnahmen. Häufig lassen sich Störungen durch eine geeignete Massegebung und die Vermeidung weitläufiger Störstromschleifen vermeiden. Wirksam sind je nach Störsituation entweder das Unterbrechen oder das Zusammenschließen elektrischer Massen, etwa zur Vermeidung der o.g. galvanischen oder Impedanzkopplung. Durch die Auswahl geeigneter Taktfrequenzen lassen sich Störeinflüsse auf nahe liegende bandbegrenzte Funkempfänger vermeiden." (Auszug aus Wikipedia)

Weitere Erklärungen und Hintergrundinformationen finden Sie hier:http://www.demvt.de/wissen-fachlexikon/mn_1602
Grundlagen zum Thema EMV finden Sie hier:http://www.demvt.de/themengebiete/emv-grundlagen/mn_42449
Gute EMV-Literatur finden Sie unter:https://www.vde-verlag.de/buecher/603094/emv.html
Eine umfangreiche Link-Liste finden Sie unter: http://www.habiger.com/index.php/fachwissen_emv.html


Fotos zu EMV-Messungen in der Praxis:

Prüfung: HF-Feld und Transienten auf einzelne Leitungen

Bild: Eigenes Prüf- & EMV-Messlabor
mit R&S Messempfänger und Schwarzbeck-Antennen

Bild: Kalibrierte Messgeräte zur EMV-Messung

Bild: ESD-Pistole 
Test an USB-Modulen und PCI-Karten

Bild oben:
Typischer Aufbau zur EMV - Störstrahlmessung

Industrie-Messkarten-PC und VModule im Schaltschrank
Messbreich: 30(80) - 1000 MHz gem. Klasse B

Einstrahlung 30(80)...1000 MHz und 1 GHz...2700 MHz

Surge-Test bis typisch 2 kV
1 kV (2kV) Bust-Test mit 5/50ns Störimpuls

ESD-Prüfung 4 kV und 8 kV mit HCP und VCP

Bild oben:
Messen von Störaussendung mit Quasi-Peak Bewertung
Messbreich: 30 - 1000 (2700) MHz
Störfestigkeitsprüfung mit 3 V/m von 4 Seiten, hier bis 2.7 GHz.
Hornstrahler von allen 4 Seiten bestrahlen
(über Drehtisch)

Die Wichtigkeit zur Einhaltung aller Vorschriften des Gesetzes über die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMVG) von Geräten wird schon aus der Begriffsdefinition "Gerät" des EMVG deutlich: Demnach sind "Geräte" alle elektrischen und elektronischen Apparate, die elektrische oder elektronische Bauteile enthalten. Insbesondere sind hierunter zu verstehen: Computer, Rundfunk- und TV-Empfänger, mobile Industrieausrüstungen und Funkgeräte, informationstechnische Geräte, Haushaltsgeräte und elektronische Haushaltsausrüstungen, Telekommunikationsgeräte, sowie alle Arten kommerzieller Funktelefone. Das Zeichen richtet sich als Nachweis für die Richtlinienkonformität an die zuständigen Überwachungsbehörden. Die EG-Richtlinien beschreiben die Produkteigenschaften in Bezug auf die Gerätesicherheit und die Vermeidung von Gefahren. Es sind verbindliche Rechtsvorschriften der Europäischen Union (EU), das heißt, daß die Erfüllung der Anforderungen eine gesetzliche Voraussetzung für die Vermarktung der Artikel innerhalb der EU ist. 

Die europäische Gesetzgebung trägt damit der Bedeutung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Geräten und Systemen als wesentliche Voraussetzung für das fehlerfreie Arbeiten mit Meßsystemen und anderen technischen Anlagen Rechnung. Alle eigenständige Geräte fallen, so weit jeweils für die entsprechende Nutzergruppe (bsp. Privat oder Industrie) zutreffend, zum heutigen Zeitpunkt in den Geltungsbereich der 89/336/EWG (jetzt RL 2004/108/EG) Richtlinie. Da unsere Produkte jedoch nur im Industriebereich als Sub-Komponenten Einsatz finden, prüfen wir die Störstrahlung seit 2005 "nur" noch nach EN 61000-6-4 bzw. VDE 0839-6-4. Dies hat jedoch zur Folge, das die Störfestigkeit (siehe Fachgrundnorm für Industrie: EN 61000-6-2:2005, VDE 0839-6-2) weitaus härter geprüft und bewertet wird. Die Unterschiede der Störpegel "Class A" zu "Class B" finden Sie u.a. in der CISPR22: EN55022.

Die allgem. anzuwendenden Normen finden Sie unter: http://www.kolter.de/emvnormen.htm
 

Bild oben: Leitungsgebundene Prüfung mittels Messempfänger
und Netznachbildung von 9 kHz bis 30 MHz
Eingestömte HF auf Leitungen mittel CDN.
Bild oben: EMV-Prüfung von VModulen (schnelle Transienten) 
CDN mit induktiver Kopplung auf Datenleitungen

Bild: Störfestigkeitsprüfung von Modulen mittels Pulsgenerator
und kapazitiver Koppelstrecke

Bild oben: EMI-Prüfung mit 10V/m Strahlungstest bis 1 GHz
Bild unten: breitbandiger Hornstrahler für EMI-Test

Bild oben: ESD-Prüfung mit PCI-Karten, 8 kV Beaufschlagung 
u.a. auf jede einzelne Leitung während Betrieb
Breitband Horn-Antenne für Störfestigkeitsprüfungen hoher Leistung.

Implizieren leitungsgebundener Störung mittels Koppelstrecke

Einstrahlung mit hoher Leistung über LPDA-Antenne (10 V/m)
10 V/m Störfestigkeitsprüfung. Feldstärke-Kontrolle mittels isotrope Feldsonde der Fa. Narda.
Eingestrahlte HF-Felder mit hoher Leistung bis 3 GHz
EM-Felder Rückkopplung über isotrope E-Feld Meßsonde



Netzteile und Filter EMV-gerecht anwenden

230 Volt AC Netzspannung
Neben Frequenzschwankungen, Spannungseinbrüchen, Überspannungen, Stoßspannung und anderen, phasenverändernden Überlagerungen, sind schnelle Transienten und Spannungsunterbechungen oft das größte Übel. Die Netzqualität nimmt zudem stetig ab, da immer mehr hochfrequente Schaltregler das Netz verseuchen. Eine der Ursachen liegt sicher in den Händen der Gesetzgeber, die immer höhere Energieeffizienz fordern, jedoch keine praxisgerechten Vorschläge zur dessen Umsetzung anbieten. Ergo werden immer agressivere Schaltregler entwickelt, die den Wirkungsgrad zwar steigern - jedoch auf Kosten der Netzqualität. Energiesparlampen und Frequenzumrichter verschärfen die Probelmatik zusätzlich.

Weitere, allgemeine Informationen betreffend Netzqualität finden unter: 
http://www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/emv...
http://www.demvt.de/publish/viewfull.cfm?objectID...
http://schaffner.com/de/downloads/file-download/file/building-technology...
http://www.horiba.com/de/automotive-test-systems/support-and-service/emc...

Foto: Verschiedene Netzteile, Filter und EMV-Bauteile...
Burst in der Praxis
Der Burst-Test zählt neben SURGE und ESD zu den wichtigsten und härtesten EMV-Prüfungen, die ein Prüfling in einer typischen Umgebung absolvieren muss. Die hier kapazitiv (und z.T. über den Rückleiter induktiv) eingeströmten Störimpulse mit nur 5 ns Anstiegszeit, können bei fehlender bzw. falscher Schirmung oder Erdung schnell zum Ausfall der gesamten Baugruppe führen. Die wiederkehrenden Impulspakete (schnelle Transienten mit sehr breitbandigen Störspitzen bis zu 400 MHz) mit je 15 ms Dauer, 5 oder 100 kHz Spikefrequenz, und 300 ms Burstperiode (siehe EN 61000-4-4) repräsentieren somit einen guten Mix mit reichlich Störpotential. Der Burst-Test ist, wie auch andere EM-Prüfungen, in verschiedene Prüfgrade unterteilt und simuliert i.d.R. die in der Praxis vorkommenden elektromagnetischen Störungen, welche als EM-Felder auf Leitungen (auch auf abgeschirmte Koaxleitungen), oder über die Stromversorgung (Netz-Kopplung) erheblich einwirken können. In der Praxis entsprechen diese Störfaktoren beispielsweise sporadischen oder rythmischen Schalthandlungen mit Funkenabriss bei Relais wie Motor-Schützen ohne ZCD-Schutz  (ZCD = Nullspannungsdetektor). Jedoch sind auch mangelhafte, oder falsch dimensionierte und leider viel zu oft aus Kostengründen fehlende Schutzmaßnahmen (wie Netzfilter, Gas-Ableiter, Y-Entstörkondensatoren, TZ-Dioden, RC-Dämpfungsglieder, Varistor u.a. Bauelemente zur Funkenlöschung, sowie EMK Freilauf-Dioden u.s.w.) für Störungen und Ausfälle mit verantwortlich.
Kapazitive Koppelstrecke gem. IEC/EN 61000-4-4:2012 ED3
Foto: Unser alter Burst-Prüfstand mit kapazitiver Koppelstrecke gem. IEC/EN 61000-4-4 und Schaffner NSG bis +/- 2,5 kV
Siehe auch: neue Prüfeinrichtung mit NSG-2025

Weitere Fehlerquellen sind ebenso: unzureichende Schirmung (bsp. Nahfeldkopplung von Leitern und ungünstige Koppelpfade durch falsche Kabelverlegung und/oder Baugruppenanordnung), Probleme mit Erdschleifen, hochohmige Erdung (dabei helfen oft schon ganz triviale Dinge wie Flachbanderder an der richtigen Stelle) bzw. fehlerhafter Potentialausgleich -> TN-C zu TN-S System, sowie schalten von induktiven Verbrauchern (bsp. Pumpen oder Neonlampen mit Vorschaltgeräten), betreiben von Frequenzumrichter und drehzahlgeregelter Power Drive Systeme ohne entsprechende Filter, oder schalten von anderen Verbrauchern (z.B. Relais-Spulen, Magnetventile...) mit Störpotential. 

Hinweise zur Schirmung:
http://www.demvt.de/themengebiete/schirmung/mn_1867

Eine empfehlenswerte Dissertation über EMV-Probleme bei niederfrequenten Störquellen:
http://www-brs.ub.ruhr-uni-bochum.de/netahtml/HSS/Diss/WuerflingerKlaus/diss.pdf

Allgemeine Infos unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzdiode
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzbeschaltung
http://www.springer.com/cda/content/document
Problem Stromversorgung
Bei Netzteilen scheiden sich ebenso die Geister. So gibt es beispielsweise DIN-Schienen-Netzteile die bereits bei 1..2 kV Burst, hochfrequente Anteile der schnellen Transienten auf nachfolgene Schaltungen (unerlaubt) weiterleiten, wo hingegen (meißt etwas teurere) Netzteile bei +/- 4 kV überhaupt keine Probleme verursachen. Hochpreisige Netzteile beinhalten jedoch keine generelle EMV-Garantie, aus der hervorgeht, dass ausreichende Maßnahmen zur Entstörung seitens der Hersteller unternommen wurden. Diese lassen sich erst im praktischen Test mit einer gestaffelt scharfen Burstprüfung unter Anbringung weiterer Komponenten praxisnah und verlässlich nachweisen.
Netzfilter
Auch vorgeschaltete Netzfilter können helfen, vollbringen jedoch i.d.R. keine Wunder. Ein ordentliches Massekonzept mit klaren Massepfaden und (nur ein) Erdungspunkt (wie im Foto rechts zu sehen) ist da eher zielführend und gleichzeitig kostengünstiger. Die Skala reicht hier von "Totalversagen" über "beeinflussbar" bis "ohne jegliche Beeinflussung". Falls Bedarf an solchen Netzteilen und professionellen Filtern besteht, helfen wir gerne bei der Beschaffung. Weiterhin können wir bei uns im Labor (gegen Gebühr) Ihr Netzteil entsprechend am NSG2025 Burst-prüfen und feststellen, in wie weit die hierzu notwendigen EMV-Kriterien (beipielsweise an typischen 24 VDC MSR- und E/A-Modulen) tatsächlich in der Praxis eingehalten werden.

Wichtiger Hinweis: Unter Umständen können bei dieser Prüfung, Netzteil, oder Folgeschaltungen geschädigt werden.

Netzseitiger Burst-Test mit je +4 kV und -4 kV auf PE, N und L1: Die EMV-Prüfung wurde bestanden.
Weiter zu unserem Angebot: EMV-PreCheck...
Allgemeine Info zu Netzfilter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Netzfilter

Gute Aufbaurichtilinien:
http://www.ifm.com/obj/emv_pocket_guide_de.pdf
http://www.vdw.de/bin/load_file_inter.pl...

5 kHz vs. 100 kHz Burst
Die neuen Prüfungen mit 100 kHz sind nicht viel anders, als mit 5 kHz Burstfrequenz. Netzteile mit integrierten Netzfilter haben es teilweise etwas leichter, da mit steigender Frequenz die Filterwirkung i.d.R. zunimmt. Bei Störfestigkeitsprüfungen mit der kapazitiven Koppelstrecke verhalten sich die Prüflinge nahezu identisch. Bei breitbandigen, hochohmigen und somit empfindlichen Messeingängen (ganz gleich ob digital oder analog) ist jedoch auf Grund physikalischer Zusammenhänge (kapazitive Kopplung bei steigender Frequenz...) eine Zunahme der Störempfindlichkeit zu beobachten. Somit liegt hier der Fokus umso mehr auf eine ausreichende, räumliche Trennung von Leistungs- und Steuerungselektronik, richtig angewendeten Schirmungmaßnahmen, niederohmige Erdung unter Vermeidung von Erdschleifen, sowie EMV-gerechte Massung und Verkabelung, insbesonders an allen Ein- und Austrittstellen von Schaltschränken. Ein Kabel-Ferrit mit ausreichend hoher Permeabilität (oft auch HF-Mantelsperre genannt) unmittelbar vor der USB-Eintrittstelle montiert, hilft oftmals Störungen zu eliminieren. Ebenso reagiert die Host-Seite am PC nunmehr auf 100 kHz empfindlicher, so dass auch hier in manchen Fällen Entstörmaßnahmen am USB-Port ergiffen werden müssen.

USB richtig anschließen
Um eine richtige Masseverbindung der USB-Buchse mit der EMV-Masse des Schaltschranks herzustellen, sollte zumindest der äußere Schirm des Kabels mögl. kurz an der Eintrittstelle (elektrisch vollflächig-massiv) verbunden sein. Idealerweise kann hier gleich ein USB-Filter unerwünschte Störungen unterdrücken und somit reproduzierbare Ergebnisse liefern. Bei DIN-Rail-Systemen (kl. IPC-Rechner für DIN Schienenmontage), wird der Filteradapter nicht benötigt, da das USB-Kabel im Schaltschrank verweilt. Hier sind i.d.R. keine weiteren Entstörmaßnahmen erforderlich, falls eine EMV-gerechte Verkabelung mit strikter Trennung zwischen Stromversorgung, Leitstungs- und Steuerkreis gem. den allgemeinen Aufbauregeln für SPS-Steuerungen praxisnah umgesetzt wird.

Hier finden Sie weiter Infos zur Schirmung:
http://www.demvt.de/themengebiete/schirmung

Sehr gute Praxis-Tips vom VDW: EMV im Maschinenbau
Sehr guter Leitfaden von RITTAL: EMV-gerechter Schaltschrankbau

Reale Bedingungen - Fazit
HF-technisch betrachtet versteht es sich von selbst, das sämtliche Aufbauten in der Industrie-Automation nur in geschirmten Schaltschränken stattfinden. Offene Aufbauten, "fliegende" Verdrahtung und Kunststoffkästen, wie man sie z.B. für FI-Schalter nutzt, haben hier nichts zu suchen und sind die häufigste Ursache bei EMV-Problemen. Den besten Schutz, sowohl gegen unerwünsche Abstrahlung, als auch gegen unerwünschte Beeinflussung durch Störeinstrahlung, bietet nunmal ein metallisch dichtes, d.h. rundum geschlossenes Metallgehäuse. Somit gibt der oben dargestellte Aufbau immer noch ein relativ schlechtes Beispiel ab, da die betreffenden Baugruppen nicht allseitig geschirmt (wie in einem echten Schaltschrank) eingehaust wurden. Ein relativ "schlechter" aber praxisnaher Test-Aufbau hilft uns jedoch wiederum bei der Prüfung, Schwachstellen zu erkennen und entsprechende EMV-Maßnahmen auf ihre Wirkung hin real zu testen und zu bewerten (Ermittlung von Störschwellen). Es nutzt dem Anwender später wenig, alle nur erdenklichen Maßnahmen im Vorhinein zu treffen (was zudem sehr teuer wird), nur um eine Prüfung zu bestehen, oder mit exorbitanten Prüfergebnissen zu werben. Somit schadet es nicht, Schaltungen entsprechend härter und normgerecht zu prüfen, als diese dem Umfeld später anvertraut werden. Regelmäßige Konformitätskontrollen erhöhen zudem die Produktsicherheit hinsichtlich aktueller Normen und Rechtsvorschriften. Zusammenfassend kann man feststellen, dass ungeschirmte Schaltungen und Geräte immer mit zusätzlichen Risiken behaftet sind. Eine ausreichende Störfestigkeit (vor ungewollter Feldeinkopplung) erzielt man grundsätzlich nur mit einem durchdachten Massekonzept, sowie abgeschirmten Leitungen und Geräten in Metallgehäusen o. Schaltschränken.

Gute Praxis-Tips vom DEMVT: Schaltschrank-Planung
Gute Praxis-Tips vom DEMVT: Schaltschrank-Montage

Hier finden Sie gleich die richtigen 
EMV-Kabel von http://www.helukabel.de und entsprechende 
Verschraubungen von http://www.pflitsch.de

Sehr gute DIN-Rail Netzfilter von Firma Schaffner

Weitere Links zu Schaltschränken: 
Lierferprogramm Schaltschränke
EMV Teile und Zubehör


EMV und OEM-Produkte
Das EMV-Gesetz umfasst i.d.R. alle selbstbetreibbaren Geräte, die insbesonders für den Endmarkt (Endverbraucher) hergestellt werden. Von der mikroprozessorgesteuerten Kaffeemaschine über die ABS-Elektronik im Auto bis hin zum PC, Monitor oder Handy muß jedes Gerät "in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere in dieser Umwelt vorhandene Geräte unannehmbar wären" - so das EMVG. Keine Konformitätserklärung bzw. CE-Kennzeichnung ist für Produkte erforderlich, die nicht allgemein im Handel erhältlich, nicht selbständig betreibbar und damit ausschließlich für die Verarbeitung bzw. Weiterverarbeitung durch Industrie oder sonstige fachkundige Betriebe bestimmt sind. Diese brauchen weder die Schutzanforderungen gemäß § 4 Abs. 1 einzuhalten noch bedürfen sie einer Konformitätsbescheinigung oder Kennzeichnung (vorausgesetzt, es handelt sich dabei nicht um selbständig betreibbare Geräte). Nicht kennzeichnungspflichtige Kompontenten sind beispielsweise alle Arten von OEM-Baugruppen, spezielle PC-Karten, Maschinensteuerungen oder Controller-Boards, die ausschließlich an Unternehmen zur Weiterverarbeitung (also zum direkten Einbau in größere Systeme) geliefert werden. In diesem Fall ist der Weiterverarbeiter Hersteller und für die Einhaltung der EMV-Vorschriften eigenverantwortlich. Doch dieser wird natürlich dafür sorgen, daß sein Zulieferer keine "strahlende" Platine, beispielsweise zum Einbau in ein Kopiergerät, liefert. Aus diesem Grund kontrollieren wir neben den üblichen Prüfungen eines unabhängigen EMV-Dienstleisters, unsere hergestellten Produkte sukzessiv auf EMV-Konformität. Hierzu besteht jedoch keine Prüf- und Kennzeichnungspflicht.

Nicht alle Produkte unterliegen der Konformitätskennzeichnungspflicht

Daher gelten lt. EMVG folgende Einschränkungen:
- Geräte und Systeme, ausschließlich zur Verwendung in eigenen Laboratorien
- oder in Werkstätten und Räumen hergestellt sind (bsp. Prüfautomaten & spez. Messgeräte...)
- Darunter fallen auch Geräte, die nicht weiter in den Vertrieb gelangen (bsp. Baugruppen für die Forschung) 
- Anlagen, die erst am Betriebsort zusammengesetzt werden (gilt nur für 89/336/EWG - jetzt 2004/108/EG)
  (ortsfeste Anlagen benötigen keine zusätzliche CE-Kennzeichnung, müssen jedoch die Grenzwerte einhalten) 
- Amateurfunkgeräte (Selbstbau), sowie Netze
- Komponenten die zur EMV-Entstörung von Geräten oder Baugruppen dienen (bsp. HF-Filter)

Diese Ausnahmen bedürfen i.d.R. keiner weiteren Konformitätserklärung und keiner CE-Kennzeichnung, müssen aber die allgem. Anforderungen der EMV-Richtlinie erfüllen. Werden EMV-geprüfte Komponenten zu einer Anlage/System zusammengefügt, kann auch hier die Konformität vermutet werden, sodaß eine weitere Prüfung entfallen kann. Für selbst hergestellte, nicht im Handel erhältliche Funkgeräte, die von Funkamateuren im Sinne des Amateurfunkgesetzes verwendet werden, sind die Bestimmungen nicht anzuwenden. Bei auftretenden elektromagnetischen Unverträglichkeiten können zu deren Behebung die anwendbaren Normen zur Bewertung herangezogen werden. Werden Geräte, die nach den Bestimmungen dieses Gesetzes in Verkehr gebracht wurden, in einer Weise verändert, umgebaut oder angepasst, die die elektromagnetische Verträglichkeit verändert oder ggf. verschlechtert, so sind sie wie neue Geräte zu behandeln und erneut zu prüfen. Weitere Einschränkungen, Normen und Verordnungen entnehmen Sie bitte dem aktuellen EMVG.

Fazit:
Jeder Entwickler einer elektronischen Schaltung, die später weiterverarbeitet oder eingebaut, kommerziell in den Handel gelangt, muß bereits im Entwicklungsstadium die EMV-Problematik berücksichtigen. Nicht zuletzt auch desshalb, um nachhaltige Designänderungen und damit unnötige Kosten, vorzubeugen. Da heutzutage "Time to market" ein entscheidender Faktor ist, müssen bereits im Entwicklungsstadium sogenannte precompliance-Messungen durchgeführt werden, um eventuelle Problemstellen möglichst frühzeitig zu erkennen. Wer als klein- oder mittelständisches Unternehmen nur geringes EMV-Know-how besitzt, sollte sich daher zunächst an einen erfahrenen EMV-Dienstleister wenden.
Wir selbst arbeiten mit dem TÜV-Rheinland® (Köln), sowie weiteren EMV-Dienstleistern in unserer näheren Umgebung zusammen, können jedoch auch viele eigene Prüfungen (z.T. 100% normkonform) hausintern vornehmen.

Weitere Links:
Wirkungen elektromagnetischer Felder und deren Berechnung finden Sie unter:
http://www.elektrosmoginfo.de
http://www.emf.eei.uni-erlangen.de/

Bundesamtes für Strahlenschutz
http://www.bfs.de/

Weitere Links zum Thema EMV:
http://www.eit.uni-kl.de/weiss
http://www.et1.tu-harburg.de/de_DE
http://www.elektrosmoginfo.de
http://www.emv-services.de
http://www.emc-test.de
http://www.de.tuv.com
http://www.emv.ing.tu-bs.de/institut

Sehr nützliche EMV-Bauteile:
http://www.mtc.de
http://www.rittal.com
http://www.icotek.de
http://www.wuerth.de
http://www.eco-messtechnik.de

Gute Folien, Vorträge oder Seminarunterlagen zu EMV
http://www.elektrogemeinschaft-halle.de/Vortrag/vds/emv.pdf
http://www.sibalco.ch/images/stories/docs/nkl/seminar1.pdf
http://www.ifr.ing.tu-bs.de/static/files/lehre/vorlesungen/emv/Folien_EMVF_Teil3.pdf
http://www.hs-lausitz.de/groups/fileadmin/user_upload/groups/40...pdf
http://albinotroll.nerx.net/files/htlstp/4aheli/4aheli_emv.pdf
http://www.elab-juelich.de/Kern/Forschungsprojekte/p1/EMV.PDF

Weiterbildungsmöglichkeiten gibt es beispielsweise bei der DEMVT: 
http://www.demvt.de/publish/binarydata/seminare_2014/infomaterial-emv-fachmann-stufe-1-2.pdf

Schöner EMV-Vortrag mit Bilder zu stromkompensierenden Ferrit-Drosseln:
http://www.magnetec.de/fileadmin/pdf/emv.pdf

Grundsätzliche Informationen zu EMV:
RegTP_Info_EMV_Geraete.pdf
EMV-Leitfaden.pdf
http://www.emv-kompetenznetzwerk.de/thema_emv

Weitere Auskünfte erteilt Ihnen die Bundesnetzagentur (vormals RegTp):
Postfach 80 01
55003 Mainz 
Telefon 06131/18-5600
http://www.bundesnetzagentur.de


Nachtrag zur neuen EMV-Richtlinie
Die neue EMV-Richtlinie 2004/108/EG bietet eine Übergangsfrist bis zum 20.Juli 2009. Die bestehende RL 89/336/EWG wird danach aufgehoben, jedoch gelten die harmonisierten Normen in ihr weiter, da diese in die neue RL übernommen wurden. Somit wird keine Nachprüfung erforderlich. Alte Konformitätserklärungen müssen fortan (spätestens ab 20.Juli 2009) einen Verweis auf die neue RL 2004/108/EG beinhalten. Neu ist auch, dass der Hersteller nun selbst eine Konformitätserklärung ausstellen kann, ohne die zuständige Stelle für seine Bewertung einzuschalten. Dabei ist er jedoch verpflichtet ein technisches Handbuch zu erstellen, um die EMV-Konfomität gem. der gültigen Richtlinie zu begründen.

Weitere Informationen finden Sie hierzu unter:
http://lga.de/tuv/de/produkte/produkte_emv.shtml
http://www.stmwivt.bayern.de/pdf/europa..
http://www.elektroniknet.de/home/messentesten...
http://www.mikes-testing-partners.com
http://www.ce-zeichen.de

Anmerkung zu ortsfesten Anlagen:
Zuletzt geändert durch Art. 1 G v. 20.4.2012 I 606. Gem. dem EMVG müssen ortsfeste Anlagen zusätzlich zu den Anforderungen nach Absatz 1 nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik installiert werden. Die zur Gewährleistung der grundlegenden Anforderungen angewandten allgemein anerkannten Regeln der Technik sind zu dokumentieren. 

Leitfaden: Ortsfeste Anlagen

Siehe auch: 
http://www.demvt.de/publish/...Montage.pdf
http://www.demvt.de/...Schaltschrank.pdf


NEU: EMV-Messungen (gestrahlte Störaussendung) jetzt bis 6 GHz 
 
Die neue EN55022 gibt nun Grenzwerte bis zu 6 GHz vor. Es handelt sich hierbei jedoch um ein bedingtes Messverfahren, das von der höchsten internen Taktfrequenz des zu untersuchenden Prüfobjektes abhängig ist. Da die höchste Oszillatorfrequenz bei unseren Produkten lediglich 66 MHz beträgt, sind diese Schaltungen nicht davon betroffen. Ab Oktober 2011 gilt die neue Norm entsprechend anzuwenden. Mittels Spectrumanalyzer haben wir die techn. Voraussetzung, auch kleinste Pegel bis zu 18 GHz mittels Feldsonden, Messdipol o. LPDA-Antennen direkt am Prüfling nachzuweisen. So lassen sich Messergebnisse unter Einbezug realer Messpegel, welche z.B. während einer Vollabnahme EMV-konform aufgenommen wurden und als Referenz dienen, leicht abbilden. Da alle unsere Schaltungen bereits ab ca. 380 MHz je Oktave um gut 6 dB im Pegel (1) kontinuierlich abfallen (2), wird keine Störpegelgrenze der neuen Norm überschritten. Ab 1000 MHz treten kaum noch relevante Pegel auf (selbst im Nahfeld < 15 dBµV). Voraussetzung für ein dämpfendes Abklingverhalten bei steigender Frequenz, ist jedoch immer eine sorgfältige Gesamtkonzeption unter Einbeziehung von Filterelementen wie Blockkondensatoren, sowie händisch zeitaufwendig, ausgeführte Leiterbahnführung. Amateurfunker mit jahrzehntelanger, praktischer VHF/UHF/SHF-Erfahrung haben es da leichter. Auto-Router sind dazu in der Regel nicht fähig. Simulationen (betreffend EMF, mit parametrierbaren Feldbetrachtungen) sind auf Grund ihrer Komplexität und Falschbewertung von Rohdaten oft fehlerbehaftet und daher nur als "first step" begrenzt in der Entwicklungsphase anwendbar. 
High End EMC-Spectrum-Analyzer 100 Hz ... 8 GHz

(1) auf Grund günstiger Massung, verwendeter Block-Kapazitäten, Layout Leiterbahnführung wie unter Einbezug dämpfender Impedanzen...
(2) ungerade und gerade harmonische (Oberwellen) Frequenzen wie deren Mischprodukte (Spieglfrequenzen)...

Tabelle für Frequenzbereich // anzuwendender Messbereich gem. EN55022:

   0...108  MHz   ->   bis (30)80...1000 MHz
 108...500  MHz   ->   bis 2 GHz
 500...1000 MHz   ->   bis 5 GHz
 ab 1000 >  MHz   ->   z.Zt. bis 6 GHz


Kalibration einer Schirmkabine (Absorberkammer) für EMV-Störfestigkeitsprüfungen
Geschirmte Absorberkammern (auch kleiner Bauart) lassen sich rel. leicht mit isotropen X-Y-Z-Feldsonden einmessen. Dazu wird zunächst, auf verschiedenen Frequenzen (oder als ganzer Sweep) bei konstanter HF-Leistung, eine räumlich abgesteckte Messfläche bestrahlt, um die dort erzeugten Felder Lageunabhängig zu erfassen. Diese Messung wiederholt man später an insgesamt 16 Stellen, wovon min. 12 Meßstellen die erforderliche Feldstärke von min. 3 V/m (für Konsumerware) bzw. 10 V/m (Industrieartikel) erfüllen müssen -> siehe DIN EN 61000-4-3 Anhang H. Diese Messungen sind natürlich extrem Zeitaufwendig, da man immer nur eine der 16 Positionen erfassen kann und dabei das ganze Spektrum für die jeweilige Norm abdecken muss. Anschließend wird die Abweichung der Feldstärke über jede Frequenz mit einem Korrekturfaktor (CAL-Tabelle) versehen, um später bei allen Inkrementen den notwendigen Störpegel herzustellen. Sporadische Kontrollmessungen (bei verschiedenen Frequenzen und Pegeln) schließen die Kalibration ab -> siehe Wiederholpräzision, betr. Messunsicherheit gem. EN 61000-4-3 J.2.3. 

Alternativ darf die Validierung einer Prüfkammer auch unmittelbar über eine isotrope Feldsonde in unterschiedlichen Abständen zur Antenne stattfinden -> siehe EN 61000-4-3 I.4.2.4. Diese Messungen erfolgen immer ohne jegliche Modulation. Die Prüfung erfolgt später mit 80% 1 kHz amplitudenmoduliert. Hierbei muss der nahezu ober- und nebenschwingungsfreie Leistungsverstärker noch genügend Reserven in der Aussteuerung bieten, um das HF-Signal mögl. sättigungsfrei (> 3.1 dB) zu übertragen. Dazu nutzt man lineare A- oder AB- Leistungsverstärker mit mögl. kleinen Intermodulationsprodukten, sowie nebenwellenfreie, IEEE-programmierbare HF-Signalgeneratoren.

Beispiel Kalibrierverfahren:
1) Aufbau zur Messung: Prog. HF-Generator -> HF-Verstärker -> Antenne -> Feldsonde -> Tabelle (f ^ V/m -> f ^ dBm Gen.)
2) Umrechung in CAL-Tabelle
3) Aufbau zur Störfestigkeitsprüfung: Prog. HF-Generator (+/-dB Diff. über CAL-Tabelle) -> HF-Verstärker -> Koppler -> Antenne -> Prüfling

Für Teil 3 benötigt man eine entsprechende Software, die den HF-Generator in Frequenz und Pegel über eine IEEE-488 GPIB steuert. Idealerweise kann durch Einschleifen einer Messbrücke (bsp. Richtkoppler) die Vorwärts- & Rückwärts-Leistung hinter dem HF-Verstärker dokumentiert werden. So können alle Störpegelwerte zur Antenne auch während der Prüfung kontrolliert werden. Hierzu eignet sich beispielsweise das URV/URY5 mit einem URY5-Z4 Koppler von Rohde & Schwarz, welches sich ebenfalls am PC per IEEE-488 GPIB auslesen lässt.

Ein Tip zur Rückführbarkeit von Messmitteln:
Damit eigene Messmittel auch später noch verlässliche Werte liefern, haben wir uns zwei (eigentlich drei) verschiedene Feldsonden angeschafft und miteinander verglichen. Die Messprofile wurden dann bei verschiedenen Kontrollfrequenzen mit unterschiedlichen HF-Pegeln notiert. So kann man Kalibrationen auf eigene Messmittel rückführen, da man die Ausgangslage der festgestellten Messwerte bei Neuzustand kennt. Stellt man Jahre später eine Abweichung fest, kann diese sehr leicht als "Korrektur-Offset" einberechnet werden.

Eigene Emissionsmessungen
Es stellt sich immer als sehr günstig dar, wenn mathematische Berechungen (wie etwas zu sein hat) mit realen Messwerten übereinstimmt. Zieht man im Nahfeld den Antennengewinn (~ 6 dB) noch größzügig ab, addiert den Kabelverlust mit 1..2 dB dazu und rechnet den Pegelwert gemäß Abstandsgesetz auf 10 Meter (nach NSA [dB] Tabelle) bzw. dem Antennen-Kalibrierfaktor um, dürfen noch mal gut 10...20 dB vom Messwert abgezogen werden. Somit ist man beim PreCheck bereits auf der sicheren Seite, damit nachfolgende Störpegelprüfungen beim Dienstleister unterschritten werden. Bei diesem Verfahren sollte jedoch eine Messunsicherheit von +/- 6 dB immer mit berücksichtigt werden.

Mr. Borb is the copyright holder of this work.
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Abstandsgesetz

Rückführbarkeit von Messmitteln
Ideal ist der Vergleich mittels kalibrierter Referenzquelle (Kammgenerator), da nur so die Rückführbarkeit zu bereits kalibrierten Messmitteln höherer Ordnung hergestellt werden kann. Dabei darf die Messkette zum referenzierten Messnormal nicht unterbrochen werden.

Foto unten: Einmessen des Kammgenerators in einer Absorberhalle der Fa. Steep. Die somit gewonnene Referenzquelle dient zur späteren Kalibration von Messkabinen (über Alles). Bei diesem Verfahren gilt ebenso eine Messungenauigkeit von min. +/- 4 dB zu berücksichtigen. Genau genommen erfüllt diese Vorgehensweise bereits Forderungen gem. DIN EN ISO 9000. Siehe: HF-Plot

Externe Pegelmessung eines Kammgenerators in einer zertifizierten Absorberhalle.
Weitere Infos zu Messmittel, Normung und Kalibration.

Allgemeine EMV-Geräte und Messeinrichungen (zum Teil auch Selbstbau...):
http://www.appliedemtech.com/papers.html
http://www.compliance-club.com/pdf/EMCTestingPart1.pdf
http://www.sgs-cqe.de/images/stories/presse/schirmdaempfungverstehenundoptimieren.pdf

Wer mehr über Hochfrequenz, EMV und PreCheck lernen möchte, sollte diese Webseiten kennen:
http://de.wikipedia.org/wiki/EMV-Pr%C3%BCfung
http://www.rohde-schwarz.com.vn/file_15628/EMC_Precompliance_Solutions.pdf

Wissenswertes über isotrope Feldsonden:
http://doku.b.tu-harburg.de/volltexte/2004/75/pdf/Dissertation_Monien_1203.pdf

Hervorragende Arbeit!  Was man über Schwingungen generell wissen sollte: 
Studiengang Mechanical Engineering  Fundort: http://www.unibw.de/unibib/digibib / oder: http://homepage.univie.ac.at...

Richtig gute Formelsammlungen findet man hier:
http://elektroniktutor.de/fachmathematik/dezibel.html
http://www.netzmafia.de/skripten/db_or_not_db.pdf

Wer noch mehr über EMV erfahren möchte, empfehle ich die Webseite von Douglas C. Smith:
http://www.emcesd.com


Nachtrag:  Weitere Messungen unter worst-case Bedingungen
Nun wurde ein weiterer Beweis erbracht: Mit unserem neuen EMI-Spectrum-Analyzer konnten Messungen bis 6 (8) GHz bestätigt werden. Dazu wurde diesmal eine PCI-Counter-Karte in einen kommerziellen Rechner verbaut und mit einem linearen Inkrementalgeber verbunden. Die Software tastet dabei kontinuierlich den Sensor ab und zeigt das Ergebnis unter Windows in einem Yt-Chart an. Der Abstand: LPDA-Messantenne zum Prüfling beträgt 1 Meter. Gemessen wurde auf größtmögliche Störemission. Danach wurde die Karte ausgebaut und eine Vergleichsmessung vollzogen. Das Ergebnis zeigt keinen relevanten Unterschied im Pegelbild.


Foto (1) oben: EMI-Messung, Peak ohne eingebaute PCI-Karte (1 MHz RBW, 20 MHz - 8 GHz).
Die Grenzlinie beträgt 47 dBµV. Messabstand LPDA-Prüfling: 1 Meter.

Foto (2) oben: EMI-Messung, Peak mit eingebauter PCI-Karte (1 MHz RBW, 20 MHz - 8 GHz).
Ab der Pegellinie bei 1.5 GHz (welche vom Rechner selbst stammt) nur noch Rauschen.

Zur besseren Darstellung im späteren EMV-Prüfbericht:
Eine echte Hardcopy kann jetzt vom R3265A mittels spez. VD-5 Vidiodigitalisierer angefertigt werden.


Weiter zu unserem Angebot: EMV-PreCheck...


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