Lernfeld 3 · Prüfung Teil 1

Elektromagnetische Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit an Maschinen: Störquellen, Kopplungsarten, Schirmung, Erdung, Netzfilter und EMV-Richtlinie 2014/30/EU.

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Darum geht es

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) heißt: Ein Betriebsmittel arbeitet in seiner Umgebung einwandfrei und stört dabei andere nicht. Die EMV-Richtlinie 2014/30/EU verlangt dafür begrenzte Störaussendung und ausreichende Störfestigkeit; der Hersteller bestätigt das mit Konformitätserklärung und CE-Zeichen. Typische Störquellen in Maschinen sind Frequenzumrichter, Schaltnetzteile und unbeschaltete Spulen von Schützen und Ventilen, empfindliche Störsenken sind Analogsignale, Sensoren und Busleitungen.

Jede Störung braucht einen Kopplungsweg. Galvanisch koppelt sie über einen gemeinsamen Leiter, etwa einen gemeinsamen 0-V-Rückleiter: Der Laststrom erzeugt daran einen Spannungsfall, der sich zum Messsignal addiert. Kapazitiv koppeln schnelle Spannungsflanken über das elektrische Feld zwischen benachbarten Leitern ( $i = C \cdot d u / d t$ ), induktiv schnelle Stromänderungen über das Magnetfeld in Leiterschleifen. Bei hohen Frequenzen breiten sich Störungen auch als Welle aus.

Gegenmaßnahmen setzen am Kopplungsweg an: Leistungs- und Signalleitungen getrennt verlegen und rechtwinklig kreuzen, Signaladern verdrillen, Last- und Signalrückleiter getrennt führen. Geschirmte Motor- und Signalleitungen wirken nur, wenn der Schirm großflächig rundum mit Schirmschelle oder EMV-Verschraubung auf blankes Metall aufgelegt ist; ein langer Beidraht ist für hohe Frequenzen wirkungslos. Netzfilter sitzen nah am Umrichter auf der blanken Montageplatte, Spulen erhalten Freilaufdiode, RC-Glied oder Varistor.

Das solltest du dir merken

Störquelle, Kopplungsweg und Störsenke bestimmen jede EMV-Störung.
Leistungs- und Signalleitungen getrennt verlegen, Kreuzungen im rechten Winkel.
Schirme großflächig rundum auflegen, nicht über lange Beidrähte.
Netzfilter auf blanke Montageplatte, Ein- und Ausgangsleitung getrennt führen.
Je 20 dB Dämpfung sinkt eine Störspannung auf ein Zehntel.

Formeln

Kapazitiver Störstrom: $i = C \cdot \frac{d u}{d t}$; $C$ Koppelkapazität in F, $d u / d t$ Flankensteilheit in V/s, $i$ in A
Spannungsfall an gemeinsamer Impedanz: $U_{St} = I_{Last} \cdot R_{gem}$; $I_{Last}$ Strom im Lastkreis in A, $R_{gem}$ Widerstand des gemeinsamen Leiters in $Ω$
Dämpfung in Dezibel: $a = 20 \cdot l g \frac{U _{1}}{U _{2}}$; $U_{1}$ Störspannung ohne, $U_{2}$ mit Maßnahme, $a$ in dB

Typische Fehler in der Prüfung

Den Schirm der Motorleitung über einen langen Beidraht an PE gelegt.
Sensorleitung im selben Kanal wie die Motorleitung des Umrichters verlegt.
Bei der Einheit kV/µs die Zehnerpotenzen falsch umgerechnet.
Die Dezibelangabe einer Spannung mit dem Faktor 10 statt 20 umgerechnet.

Tipps aus der Werkstatt

Bei EMV-Aufgaben zuerst den Kopplungsweg bestimmen: gemeinsamer Leiter heißt galvanisch, steile Spannungsflanken kapazitiv, großer Strom in der Nähe induktiv. Beim Störstrom pF mal kV/µs ergibt direkt mA. Und ein Schirm wirkt nur, wenn er großflächig rundum aufliegt, nicht über einen langen Beidraht.

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14 Aufgaben zu „Elektromagnetische Verträglichkeit“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in (1998, Fassung 2018), Lernfeld 3; Richtlinie 2014/30/EU; DIN EN IEC 61000-6-2 und -6-4. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.