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Kabelabschirmung: Beseitigung elektromagnetischer Störungen (EMI) in Antriebssystemen

30 Sep 2019
Emily Blanchard

Wenn in Ihrem Antriebssystem unerwartetes Veralten oder unerklärliche Antriebsstörungen auftreten, gibt es mehrere mögliche Ursachen. So können zum Beispiel die Bewegungskonfiguration durch den Antrieb, eine mangelhafte Programmierung in der Steuerung oder eine Motor- oder Rückführungskommutierung mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad zu unbeabsichtigten Bewegungen führen. In diesem Artikel sehen wir uns Probleme an, die durch unzureichend ausgewählte und installierte Motorkabel entstehen können.

Im Hinblick auf EMI (elektromagnetische Störungen) gibt es grundsätzlich einige Regeln zu beachten. Die FCC-Vorschriften für die Klasse B, auch als EMV-Vorschriften (Elektromagnetische Verträglichkeit) bezeichnet, verlangen die Begrenzung der von uns erzeugten EMI auf eine bestimmte Amplitude. Steuerungen, Antriebe und Motoren müssen gemeinsam mit anderen Maschinenteilen minimale EMI-Aussendungen erzeugen und eine geringe Störanfälligkeit aufweisen. Maschinen müssen außerdem störfest gegen äußere EMI-Quellen im Bereich von 30 bis 300 MHz sein. Da es unmöglich ist, eine EMI-freie Umgebung zu schaffen, muss ein System (Antrieb, Kabel, Motor) ordnungsgemäß funktionieren, während es bestimmten EMI-Pegeln ausgesetzt ist. Diese Störfestigkeit sollte zum Teil konstruktionsbedingt sein. Einen weiteren Beitrag sollte die Integration in das System leisten.

Warum achten wir bezüglich der EMI auch auf Kabel? Weil ein Kabel für elektromagnetische Frequenzen wie eine Antenne wirkt. Antennen bestehen üblicherweise aus langen Metallteilen, die es ermöglichen, Funkwellen zu empfangen und zu senden. Ähnlich bestehen Kabel aus langen, dünnen Metallteilen; je länger das Kabel in Ihrem System ist, desto wahrscheinlicher empfängt es also Funkwellen. Dies ist einer der Gründe dafür, Kabellängen zu begrenzen.

Wenn wir im System ein zu hohes Signal-Rausch-Verhältnis zulassen, funktioniert die Maschine nicht wie erwartet. Es kann zu unerwartetem Verhalten kommen, z. B. stoppt die Maschine nicht an der vorgesehenen Position, oder die Maschine bewegt sich, wenn sie sich nicht bewegen soll, oder umgekehrt: stoppt, wenn sie nicht stoppen soll. Es können auch gelegentliche Fehlermeldungen zur Positionsrückführung oder Stromregelung auftreten.

Verwenden Sie abgeschirmte Kabel mit verdrillten Aderpaaren. Die Abschirmung schützt das Kabel gegen EMI, die in anderen Bereichen des Antriebssystems erzeugt werden. Die Verwendung einer magnetischen Abschirmung wird ebenfalls empfohlen, um zu vermeiden, dass Strahlung in das Kabel eindringt oder daraus austritt. (Die minimal erforderliche Abschirmung für Kollmorgen Motor- und Antriebssysteme beträgt 85 %, Kollmorgen Kabel weisen eine Nennabschirmung von 90 % auf.)

Natürlich funktionieren Abschirmungen nur, wenn sie an beiden Enden über einen Potenzialausgleich verfügen und geerdet sind.

Wenn in Ihrem System Probleme auftreten, stellen Sie sicher, der Checkliste für die Störungssuche eine Überprüfung der Kabel hinzuzufügen. Dies ist möglicherweise der einfachste Ansatz für die Entstörung, sodass Sie die Kabel auch zuerst prüfen können. Aber wonach suchen Sie dann?

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Prüfen Sie zuerst den Kabelanschluss zum Antrieb. In einem Bereich des Kabels, in dem die äußere Ummantelung entfernt und die Klemme direkt in Kontakt mit der Abschirmung ist, sollte sich eine 360-Grad-Klemme befinden. Die Klemme sollte mit dem am Antrieb angebrachten Erdungsblech verbunden sein und selbstverständlich sollte das Erdungsblech geerdet sein. Dies ist jedoch am schwierigsten zu prüfen. Oft ist das Erdungsblech am Schaltschrank geerdet. Wenn der Erdungsanschluss des Schaltschranks als blankem Metall besteht, sollte es geerdet sein. Wenn der Schaltschrank jedoch am Erdungspunkt lackiert ist, ist das Erdungsblech nicht geerdet. Ein eloxierter Schaltschrank führt ebenfalls zu einem nicht korrekt geerdeten Erdungsblech. Wenn das Blech wie ein normales Metallblech aussieht, sie jedoch eine transparente Beschichtung abkratzen können, ist es nicht vollständig geerdet. Wenn das Erdungsblech nicht ordnungsgemäß geerdet ist, sind die daran angeschlossen Komponenten ebenfalls nicht korrekt geerdet. Das bedeutet, dass die Kabellitzen innerhalb der Schirme störanfällig sind.

Bitte beachten Sie, dass eine Erdung für hochfrequente EMI nicht dasselbe ist wie eine Schutzerdung, die von elektrotechnischen Vorschriften zur Vorbeugung von Bränden oder elektrischem Schlag verlangt wird. Hochfrequente Signale tendieren dazu, auf dem Äußeren eines Drahtes und nicht durch den Kern des Drahtes geleitet zu werden. Galvanisierte Schrauben wirken als Widerstand. Lack oder dünne Materialschichten zwischen Leitern wirken eher wie ein Kondensator als wie ein Isolator. Ein fehlender niederohmiger Pfad zur Erde kann zur Ausstrahlung eines EMI-Signals führen (Aussendung über die Luft).

Die Erdung der Abschirmung hilft, die Kabel vor EMI zu schützen. Die beste Lösung ist natürlich, die EMI an der Quelle zu eliminieren. Schon oft hat ein Kabelfehler auf einer Achse dazu geführt, dass Probleme auf einer völlig anderen Achse aufgetreten sind. Die einzige Möglichkeit zur Behebung dieses Problems ist, alle Kabel außer den Kabeln für die betroffene Achse zu trennen, um die normale Funktion zu überprüfen. Schließen Sie dann das Kabel für die sekundäre Achse wieder an, bis das Problem identifiziert werden kann.

Die Fähigkeit eines Antriebs, über den Motor die erwartete Motion-Performance zu liefern, hängt direkt von der ordnungsgemäßen Funktion der Kabel ab. Wenn in Ihrem System unerwartetes Verhalten auftritt, überprüfen Sie die Phaseneinstellung, die Programmierung, aber auch die Verdrahtung.

Falls Sie weitere Informationen wünschen, finden Sie unsere Checkliste für EMI-Störungen im KDN als erweiterten Anwendungshinweis im PDF-Format. 

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Über den Autor

Emily Blanchard

Emily Blanchard - Author
Emily arbeitet seit über 10 Jahren bei Kollmorgen. Sie begann als Inside Sales Associate, war Technical Writer und ist derzeit e-Learning Instructional Designer - sie kümmert sich auch um Kollmorgens Social Media. Emily absolvierte mit BA in Kommunikation die Virginia Tech und arbeitet derzeit an ihrem Master in Bildung und Ausbildung für Erwachsene. Sie mag gut gestaltete Witze und entdeckte den Humor der Engineering- und Wirtschaftswelt nachdem sie bei Kollmorgen arbeitete. In ihrer Freizeit schaut sie gerne Filme, gibt vor gut kochen zu können, gärtnert zwischendurch, am liebsten verbringt sie jedoch Zeit mit Ihrem Mann und ihren beiden Söhnen.Sie können Emily hier erreichen: Emily Blanchard

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