HF-Einkopplung für Störfestigkeitsprüfungen mit Nahfeldsonden

Die Nahfeldsonden des RF Basic Sets sind jetzt für die HF-Einkopplung spezifiziert. Für jede Sonde werden die maximale Leistung für die kontinuierliche Einkopplung über einen längeren Zeitraum sowie der Sondenfaktor gemäß IEC 62132-9 angegeben.

Die neuen Störfestigkeitsparameter betreffen die Sonden RF-R 400-1, RF-R 3-2, RF-B 3-2, RF-U 2.5-2, RF-E 02 und RF-E 05. Damit können die Sonden nicht nur zur Nahfeldanalyse, sondern auch gezielt für reproduzierbare HF-Einkopplungen in Störfestigkeitsuntersuchungen eingesetzt werden.

Ein Gastbeitrag von Dr. Min Zhang: Ein Praxisbeispiel zur Entstörung

Dr. Min Zhang ist EMV-Berater in Großbritannien und Gründer von Mach One Design. Seine Schwerpunkte liegen in EMV-gerechtem Design, Fehlersuche und praxisnahen Schulungen. Im Beitrag wird die Fehlersuche bei sporadischem Bildausfall einer Mensch-Maschine-Schnittstelle in einem großen industriellen Antriebssystem beschrieben.

Da der Fehler nur sporadisch auftrat, wurde ein EMV-bedingtes Problem vermutet. Das untersuchte System war ein dreiphasiges, bidirektionales leistungselektronisches System. Bereits zu Beginn der Analyse wurde angenommen, dass die Störquelle innerhalb des Systems entsteht und nicht von außen eingekoppelt wird.

Schritt 1: Fehler reproduzieren

Der erste Schritt der systematischen Fehlersuche bestand darin, den Displayausfall gezielt zu reproduzieren. Dafür wurde eine Störquelle in unmittelbarer Nähe des Rechnermoduls eingebracht. Zum Einsatz kam ein Langer E1 set mit dem Burstgenerator SGZ 21, der hochenergetische Burstimpulse mit zwei wählbaren Anstiegszeiten erzeugt. Die Pulsamplitude kann eingestellt werden, sodass der eingekoppelte Störpegel gezielt variiert werden kann.

Für die Störeinkopplung wurden magnetische und kapazitive Methoden betrachtet. Eine niederohmige Schleifenstruktur reagierte empfindlich auf magnetische Einkopplung mit der Magnetfeldsonde BS 02. Bereits bei geringer Anregung wurden etwa 6 V Spitze-Spitze gemessen. Eine hochohmige Struktur wurde mit einem 10:1-Tastkopf und dem 1-MΩ-Eingang eines Oszilloskops simuliert. Bei kapazitiver Einkopplung über die Sonde ES 02 traten Störspitzen von über 10 V auf.

Schritt 2: Störpfade untersuchen

Der Fehler ließ sich reproduzieren, wenn die Magnetfeldsonde BS 02 seitlich am Rechnermodul positioniert wurde. Zusätzlich wurden die angeschlossenen Leitungen untersucht. Dafür wurden die Ausgangsklemmen des Generators praktisch kurzgeschlossen, sodass die Impulse durch einen Draht flossen. Dieser Draht wurde um die zu untersuchenden Kabel gewickelt, wodurch eine starke magnetische Kopplung zwischen Generator und Leitung entstand.

Die Untersuchung zeigte, dass die Versorgungsleitungen vergleichsweise robust waren. Die Ethernet-Leitungen erwiesen sich dagegen als die empfindlichsten Schwachstellen. Damit rückte die detaillierte Analyse des Störpfades am Rechnermodul in den Mittelpunkt.

Schritt 3: Emissionsanalyse im Schaltschrank

Zur Analyse wurde das Langer LF1 set eingesetzt. Dieses Emissions-Fehlersuchsystem ist für die Erfassung niederfrequenter Störungen ausgelegt und besitzt eine hohe Empfindlichkeit. Leistungselektronische Systeme erzeugen typischerweise Störungen im Bereich von wenigen kHz bis in den zweistelligen MHz-Bereich. Zusätzlich treten durch Schaltvorgänge, beispielsweise Relais oder Schütze, transiente Störungen auf.

Da es sich um ein Hochspannungssystem handelte, wurden die Messungen mit Sicherheitsabstand durchgeführt. Die Sonde LF-R 400 wurde an einem isolierten Rettungsstab befestigt, um sichere Messungen im Schaltschrank zu ermöglichen. Die Ergebnisse zeigten ein hohes Störniveau im Bereich des Rechnermoduls. Neben kontinuierlichen Störungen wurden auch transiente Ereignisse beim Ein- und Ausschalten beobachtet.

Empfohlene Maßnahmen

Aus Störfestigkeitsuntersuchung und Emissionsanalyse wurden zwei Maßnahmen abgeleitet:

• Verlagerung des Rechnermoduls in einen nachweislich störarmen Bereich des Schaltschrankes
• Einsatz eines Ferritkerns, Material 31, am Ethernet-Kabel zur Verbesserung der Störfestigkeit

Fazit zum Praxisbeispiel

Durch den gezielten Einsatz geeigneter Messtechnik und praktischer Erfahrung konnten die relevanten Störkopplungsmechanismen identifiziert und wirksame Gegenmaßnahmen umgesetzt werden. Das Beispiel zeigt, dass sich auch intermittierende EMV-Probleme durch strukturiertes Vorgehen und gezielte Messungen klar eingrenzen lassen.

Rückblick auf die EMV Köln 2026 in Köln, Deutschland

Die EMV Köln 2026 war für Langer EMV-Technik erneut eine Plattform für fachlichen Austausch und technische Diskussionen aus der Praxis. Im Mittelpunkt des Messeauftritts stand der direkte Dialog mit Kunden, Entwicklern und Konstrukteuren.

Am Live-Beratungsplatz wurden reale EMV-Probleme gemeinsam analysiert und praxisnahe Lösungsansätze diskutiert. Ergänzend wurden Demonstrationen des entwicklungsbegleitenden Messequipments an konkreten Prüflingen und Demo-Boards gezeigt, um typische Störphänomene und deren gezielte Beeinflussung im Entwicklungsprozess nachvollziehbar zu machen.

Ein besonderer Fokus lag auf dem neuen E2 set TS 23 Entwicklungssystem Störfestigkeit, mit dem reproduzierbare Störszenarien gezielt erzeugt und für Fehleranalyse sowie Designoptimierung genutzt werden können. Zusätzlich wurde die erweiterte Möglichkeit der HF-Einkopplung mit Nahfeldsonden der Langer EMV-Technik GmbH vorgestellt.

Die Gespräche auf der Messe zeigten den Bedarf an frühen, praxisorientierten EMV-Analysen. Dazu zählen EMV-Experimentalseminare, entwicklungsbegleitende EMV-Beratung und EMV-Tools für Analyse und Optimierung. Langer EMV-Technik bedankt sich bei allen Besuchern für den offenen Austausch und die fachlich wertvollen Gespräche.