Grundlagen – Was ist EMV?

Was sind die Ursachen? Wer ist wofür verantwortlich? Wer macht was?

Grundlagen für Entscheider, Projektleiter, Systemingenieue und Entwickler

Fragezeichen

Wie entstehen elektromagnetische Störungen?

Um zu verstehen wie EMV-Störungen entstehen, muss man einige wenige Prinzipien verstanden haben.
Wichtig ist eine strukturierte Vorgehensweise – wie bei nahezu allen Entwicklungsdisziplinen.

Wann mit der EMV beginnen?

Mit dem Schaltplan? Mit dem Layout? Oder erst mit Beginn der Tests?
Alles zu spät! Eine erfolgreiche EMV-Entwicklung beginnt mit Projektstart. Am Ende spart dies viel Zeit, Geld und Ärger.

Wie kommen Sie an das notwendige Knowhow? Den goldenen Weg gibt es nicht. Abhängig von Ziel und Basis empfehlen sich verschiedene Wege.

Wer hat welche Aufgabe in der EMV?

Wer macht was? EMV ist nicht nur eine Aufgabe des Schaltungsentwicklers. EMV ist Teamarbeit.

10 falsche Glaubenssätze stehen der erfolgreichen EMV immer wieder im Weg.

Antworten auf all dies finden Sie in diesem Artikel.

Die Zusammenhänge als Podcast

Sie wollen die Zusammenhänge gerne hören. Ich habe mich mit Jörg Walter über das wie und wann unterhalten.
hier geht’s zu den 2 Episoden

Werkzeug

Was ist EMV?

Einige grundsätzliche Überlegungen

Für die EMV-Entwicklung braucht’s weder Feldtheorie noch Maxwell’sche Gleichungen.

Ein Mix aus grundlegenden Überlegungen und richtigen Abläufen ebnet einen Weg, der meist für das erfolgreiche Bestehen von EMV-Tests ausreicht.

Hochfrequenztechnik – und trotzdem kein Hexenwerk

Entwickler sind meist keine Hochfrequenztechniker. Die wenigsten Produkte, die emv-relevanten Anforderungen unterliegen, beinhalten bzgl. ihrer Funktionen Hochfrequenz-Anwendungen. Bei der Schaltungsentwicklung bewegt man sich mehrheitlich auf Spannungsebenen.

EMV bedeutet zwangsweise sich mit hochfrequenten Strömen zu beschäftigen. Es bedeutet HF-Ströme zu beeinflussen, über Felder und Wellen nachzudenken. Man muss sich nicht in Feldtheorie verlieren – es sei denn man will bis ins Detail voraussagen, was passieren wird. Für eine klassische Produktentwiklung ist letzteres jedoch nicht notwendig.

Stromlaufpläne werden eher spannungsorientiert gezeichnet. Der Stromfluss (insbesondere der Rückpfad) ist nicht sofort zu erkennen, geschweige denn parasitäre Strompfade.

So überrascht es nicht, dass viele Software- oder Mechanik-Entwickler von der falschen Annahme ausgehen ihre Arbeit hätte nichts mit EMV zu tun.

Weit verbreiteter Irrglaube

Selbst im höheren Management wird oft eine Annahme als scheinbarer Fakt akzeptiert. EMV könne man erst nachhaltig entwickeln, wenn Probleme konkret sichtbar werden. In der Folge werden die Entwickler mit dem Thema allein gelassen.

Man wird erst aktiv, wenn das Kind im Brunnen liegt. Leider bleibt es dann oft dabei zusätzlichen Druck aufzubauen. Die eigentliche Aufgabe des Mangements mit strategischen Maßnahmen Hilfe zu leisten, sieht man leider selten. Dabei wäre es – spätestens für’s nächste Projekt immer möglich. Mehr dazu unten.

Fragezeichen

Wie entstehen elektromagnetische Störungen?

Die grundlegenden Ursachen hinter EMV-Störungen

Wir bewegen uns hier im Bereich elektromagnetischer Wellen. Deshalb ist es sinnvoll die Sache zunächst von Seite der gewollten Nutzung elektromagnetischer Wellen (Funk-Wellen) anzugehen.

Hier ist meist die Funkübertragung gemeint. Allgemein eine Informationsübertragung von A nach B. Es benötigt hierzu einen Sender und einen Empfänger, sowie eine Übertragungsstrecke bzw. ein Übertragungsmedium (meist die Luft oder ein Kabel, oder beides).

Grundprinzip der Informationsübertragung

Wenn wir nun die Sichtweise von der gewollten Informationsübertragung auf die ungewollte übertragen, landen wir bei der EMV. Die grafische Darstellung ändert sich wie folgt.

Kopplungsmodell intern

Ergänzen wir nun die Beschreibung des zu betrachtenden Systems um die Einflüsse von und auf die Umgebung, so gelangen wir zum klassischen Störmodell wie es sich auch vielerorts in anderen Veröffentlichungen findet.

D.h. auf der linken Seite beeinflusst unser System die Umgebung (Emission), bzw. wird seinerseits auf der rechten Seite von der Umgebung beeinflusst (Störfestigkeit).

Kopplungsmodell intern und extern

Die Ursachen

EMV-Störungen gehen immer auf schnelle Verschiebungen von Ladungsträgern zurück. Dies kann auf der einen Seite durch die Entladung eines Blitzes geschehen. Im technischen Umfeld spricht man dann von einer ESD-Störung.

Auf der anderen Seite entstehen sie beim Schalten von Spannungen und/oder Strömen. Wenn ein Schaltvorgang zeitlich nicht einer Sinuskurve folgt, entsteht ein Frequenzspektrum, das sich aus einer Fourier-Reihe ergibt.

Ein Rechtecksignal wie es beim „harten Schalten“ entsteht, hat theoretisch ein unendliches Frequenzspektrum. Dabei hat jeder Frequenzanteil einen bestimmten, mit steigender Frequenz abnehmenden Energieinhalt.

3 banale Randbedingen mit großer Bedeutung:

1) Die Summe der Energien in einem Frequenzspektrum muss von einer (real meist mehreren) Quelle(n) zur Verfügung gestellt werden.

2) Jeder Strom(anteil) fließt zu seiner Quelle zurück.

3) Alle Übertragungswege sind impedanzbehaftet, d.h. es gibt keine verlustfreien Pfade. (Impedanz = frequenzabhängiger Widerstand)

Aus 1) folgt, dass die Flanken eines Rechtecksignals angekippt (abgeflacht) werden, wenn die Quellen nicht alle Frequenzanteile schnell genug zur Verfügung stellen können. Es kommt zum kurzfristigen Einbrechen der Quellenspannung bei den entsprechenden Frequenzen. Diese Spannungseinbrüche messen wir als EMV-Störungen.

Aus 2) folgt, dass eine Störung nicht aufgehalten werden kann. Jeder Strom sucht sich seinen Weg zurück zur Quelle. Wird an einer Stelle die Impedanz erhöht, nimmt er u.U. einen anderen, niederimpedanteren Weg. Beides können auch parasitäre Pfade sein, die meist nicht leicht zu erkennen sind.

Aus 3) folgt, dass es auf dem „Stromumlauf“ zu Verlusten kommt, die zusätzlich von den Quellen ausgeglichen werden müssen. Dies ergibt eine sich negativ auswirkende Rückkopplung mit 1).

Es geht also bei der EMV-Entstörung darum der Störung auch für die hochfrequenten Anteile eine entsprechend schnelle Quelle zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig dem Strom einen Weg zurück zur Quelle zu eröffnen, auf dem er keinen Schaden anrichtet.

Sie haben Fragen? oder Sie wünschen Unterstützung?

Lassen Sie uns ins Gespräch kommen!

Icon_Termin_300

Wann beginnen?

Ein Grund für nicht bestandene EMV-Tests ist sehr oft, dass man sich im Entwicklungs-Prozess zu spät Gedanken um die EMV macht.

Zwei Aussagen zur EMV begegnen mir immer wieder:

  • Sie sei schwarze Magie
  • Sie ließe sich am besten entwickeln, wenn die ersten Entwicklungsmuster auf dem Labortisch liegen

Beides ist grundlegend falsch und insbesondere letzteres ist der Grund für viele nachgelagerte Probleme.

Früh, früher, besser

EMV sollte ab der ersten Produktidee (!) in die Entwicklung einfließen.

Dies ist auch ohne Simulationstools möglich. EMV-Simulationstools entwickeln sich zunehmend zu mächtigen Werkzeugen, die viel Knowhow und Erfahrung verlangen. Dies gilt ganz besonders Feldsimulationen. Sind die Ressourcen vorhanden, sollte man Simulationen nutzen.

Es funktioniert aber in den meisten Fällen auch ohne. Es bedarf „nur“ des anderen Blickwinkels. Ein früh beginnendes, iteratives Vorgehen ist erforderlich. Am Ende reduziert dies die Summe der Aufwände für die EMV erheblich.

EMV ist Handwerk

Wie bei jedem anderen Handwerk gilt:

  • Man kann es lernen
  • Erfahrung trägt zum besseren Verständnis bei
  • Will ich es nicht selbst erlernen, kann ich einen Handwerker / Experten hinzuziehen

Das oberste Gebot: früh anzufangen!

Verbreitete Praxis – die zu 70% schief geht

Übliches Vorgehen ist erst mal die Schaltung / das Produkt zu entwickeln. Evtl. werden EMV-Schutzmaßnahmen nach Bauchgefühl vorgehalten.

Frei nach dem Motto „kann ja nicht schaden – wenn ich sie nicht brauche werden sie halt nicht bestückt“.

Es folgt eine EMV-Messung nach Norm. In 70% der Fälle mit negativem Ergebnis*. Dann werden Filter oder Schirmmaßnahmen ergänzt und wieder gemessen. und wieder. und wieder.

* Ergebnis einer Befragung von EMV-Laboren: ca. 70% aller Erst-Tests werden nicht bestanden.

Filter – Fluch und Segen

Nicht wenige Filter sind kontraproduktiv, kosten viel Geld, beanspruchen unnötig Bauraum und Gewicht. Im schlimmsten Fall verschlechtern sie die EMV-Performance.

Das liegt nicht zwingend an den Filtern selbst. Die Frage Frage wie sie ausgewählt, dimensioniert und wo sie platziert werden.

Zugekaufte Filter haben das Problem, dass sich Ihre spezifizierten Werte auf eine 50-Ohm-Messumgebung beziehen. Im seltensten Fall finden Sie in der Anwendung 50 Ohm.

Schirme

Auch Schirme sind kein Allheilmittel und wirken nur wenn Sie auf die konkreten Gegebenheiten abgestimmt sind. Ansonsten verwandeln sie sich gerne mal in Antennen und verschlimmern das Ergebnis.

Start bei Projektstart

Bereitszu Projektbeginn können Sie Überlegungen zur EMV anstellen und die richtigenWeichen stellen.

Erster Schritt in der EMV-Entwicklung ist immer eine Risikoanalyse.

Mit einfachen Analyseverfahren erkennen Sie Störer und Mimosen in der Schaltung – im Blockschaltbild (oder einer Funktionsskizze) meist einfacher als im fertigen Schaltbild.

Der Fokus liegt darauf Störungen bereits in frühen Entwicklungsphasen zu vermeiden, statt sie später mit hohem zeitlichem und finanziellem Aufwand zu beseitigen.

Filter nicht nach Bauchgefühl

Wo sind Ferrite, Kondensatoren und andere Filter wirklich notwendig und sinnvoll.

Hier sei darauf hingewiesen, dass der Leitsatz ‚viel hilft viel‘ im Zusammenhang mit EMV Nonsens ist. Ich habe schon manches EMV-Problem durch Entfernen vermeintlicher Schutzmaßnahmen gelöst.

Vom Groben zum Detail

Über den Entwicklungsfortschritt gehen Sie iterativ immer mehr in die Tiefe. Sie übersehen keine potenziellen EMV-Schwächen und können sofort die richtigen Weichen stellen – der Aufwand bleibt in Grenzen.

Erste Messungen führen Sie schon während der Entwicklung durch. Hierzu ist kein großer Messgerätepark notwendig – und auch kein spezielles EMV-Labor.

Die EMV reift. Aufwand und Budget bleiben im Rahmen.

Über den Tellerrand

Wichtig hierbei ist auch stets der Blick über den Tellerrand. Wie sieht die Systemumgebung aus? Sie ist NIE rückwirkungsfrei! Deshalb: Welche Einflüsse kommen von aussen?

Wichtig ist auch die meist wenig bekannten „Randeinflüsse“ wie z.B. die Mechanik, Software, Fertigung, etc. zu berücksichtigen

Wichtig: EMV ist Teamarbeit. Dazu weiter unten mehr

Die richtigen Weichen können und müssen (!) frühzeitig gestellt werden.

Eine detaillierte Beschreibung der Vorgehensweisen finden Sie im Kapitel EMV-Entwickeln

Keine Zeit?
Oder einfach keinen Draht zum Thema?

Lassen Sie uns ins telefonieren!

EMV ist Teamarbeit

Bild eines guten Teams

Ca. 80% der „EMV-Stellschrauben“ greifen nur in frühen Entwicklungsphasen.

Die Annahme EMV entwickle man am besten, wenn eine erste Hardware auf dem Tisch liegt, überlässt diese 80% dem Zufall. Wie können die Chancen genutzt werden?

Diese Frage ist eng verknüpft mit der Frage:  Welchen Fraktionen in der Entwicklung kommen welche Aufgaben zu?

EMV ist Teamarbeit und folgt einem strukturierten Prozess.

Ab der ersten Konzeptidee ist es möglich die EMV mit einfachen, iterativen Schritten zu implementieren. Wichtig ist alle Entwicklungsfraktionen mitzunehmen.

EMV ist nicht nur eine Aufgabe der Elektronik-Entwicklung.

Schaltungsentwickler

Die Wichtigkeit des Schaltungsentwicklers für die EMV wird kaum jemand in Frage stellen.

Ein Problem ist, dass viele Schaltungsentwickler im „Nebenberuf“ zum alleinigen EMV-Verantwortlichen erklärt werden. Damit ist die Grundlage für EMV-Probleme im Projekt gelegt.

Auf viele EMV-Parameter hat er kaum Einfluss. Die Folge ist, dass er sich im „Drittberuf“ auch noch als „Hilfsprojektleiter“ wiederfindet und die Kollegen der anderen Fraktionen bzgl. EMV koordinieren muss. Dies kommt bei jenen je nach Organisationslage nicht gut an.

Projektleiter

Diese Koordinationsaufgaben werden von vielen Projektleitern nicht wahrgenommen. Meist nicht aus Absicht.

Oft liegt es daran, dass ihnen die Vielzahl der Schnittstellen und das hohe EMV-Potential in den frühen Entwicklungsphasen gar nicht bewusst sind.

Einen großen Anteil an einer gelungenen EMV haben die Konstrukteure.

Zum einen, weil im Projektablauf ihre Ergebnisse meist am frühesten fixiert werden. Gehäuse werden frühzeitig gefreezt, ebenso Stecker sowie deren Anordnung im Gehäuse. So werden – meist unbewusst – Vorgaben geschaffen, die das Erreichen einer guten EMV massiv behindern können. Viele parasitären Antennen haben hier ihren Ursprung.

Die Frage wie ein metallisches Gehäuse an die Elektronik oder wie ein Schirm ans Gehäuse angebunden wird kann über das Bestehen von EMV-Tests entscheiden.

Layout

Eine gute EMV ist ohne ein gutes Layout nicht machbar.

EMV-gerechte Layouts zu erstellen hat viel mit Erfahrung zu tun. Unablässig ist es deshalb den Layouter gezielt mit Informationen zu versorgen, die nicht aus dem Schaltplan herauszulesen sind.

Was muss räumlich zu was, was darf auf keinen Fall zusammen? Dies sind nur 2 Fragenvon vielen, die im Vorfeld beantwortet werden müssen.

Software

Den Software-Kollegen kommt eine meist unterschätzte Rolle zu.

Nicht wenige EMV-Maßnahmen, die in Hardware umgesetzt werden, können mittels Software eingespart werden.

Wenn bei Auswerteroutinen und Plausibilitätsüberprüfungen auch EMV-Effekte Berücksichtigung finden, kann bares Geld gespart werden. Stückkosten werden reduziert. Mancher Fehler in nachgelagerten EMV-Tests wird vermieden.

EMV-Labor

EMV-Labore nur als Erfüllungsgehilfen zu sehen, den man für die Messungen bezahlt, lässt viel Potenzial umgenutzt. Deshalb ist es nicht empfehlenswert seinen Prüfling einfach zum Labor seiner Wahl zu schicken, verbunden mit der Bitte ihn nach Norm xy zu testen.

Es ist ratsam einen EMV-Prüfplan zu erstellen. Schicken Sie diesen vorab an das Labor. Wenn Sie die dortigen Kollegen um ein Feedback dazu bitten, werden diese Sie i.d.R. auf Schwächen bzw. Fehlen bestimmter Punkte im Vorgehen und der Vorbereitung aufmerksam machen.

Es kommt nicht selten vor, dass ein halber oder gar ein ganzer Tag der wertvollen Testzeit im Labor damit zugebracht wird erst mal Dinge nachzuholen, die im Vorfeld versäumt wurden.

Bevor die Messungen überhaupt starten können ist schon viel Geld verbraten. Nicht die Schuld des Labors.

Weitere Beteiligte

  • Einkauf: Insbesondere für Nicht-Techniker ist kaum nach zu vollziehen, warum ein Bauteil A, das im Katalog die gleichen Daten aufweist wie Bauteil B, bzgl EMV aber ein ganz anderes Verhalten zeigen kann.
  • Fertigung: Jeder optimiert sein Gewerk unter Berücksichtigung der ihm bekannten Parameter. Hieraus sollte der beste Kompromiss abgeleitet werden. Aber welcher Fertigungsverantwortliche kennt die Herausforderungen der EMV? Meist werden die Parameter, die dann aus der Fertigung zurückkommen als gesetzt angesehen.
    Miteinander reden hilft auch hier.

Sie haben Fragen? oder Sie wünschen Unterstützung?

Lassen Sie uns ins telefonieren!

10 falsche Glaubenssätze innerhalb der EMV

EMV-Hexe

1.) EMV ist schwarze Magie

Dieser Glaubenssatz begegnet mir sehr häufig. Es gibt ihn in diversen Abwandlungen. EMV sei Voodoo; EMV gleiche Lottospielen, etc.

Fakt ist, EMV ist nur Physik. Zugegeben, nicht immer eine einfache. Aber ich sehe auch immer wieder in überraschte Gesichter, wenn ich erläutere wie viel Dinge man mit dem ohmschen Gesetz erklären kann.

EMV wird meist sehr viel komplizierter verkauft, als es für die meisten Anwendungen sein müsste. Wenn ich alles erklären möchte, komme ich um komplexe Differentiale, Integrale und mehr nicht umhin.

Aber, etwa 95 % aller Problemstellungen kann man mit viel einfacheren Mitteln auf den Grund gehen.

Mehr Details finden sich in den nachfolgenden 9 Mythen.

2.) Für die EMV ist der Schaltungsentwickler zuständig

EMV ist Teamarbeit!

Dem Schaltungsentwickler kommt eine wichtige Rolle zu. Aber er kann eine gute EMV bei weitem nicht allein sicherstellen.

Eine gute EMV ist die Folge vieler guter Kompromisse zwischen unterschiedlichen Fraktionen.

Details wurden bereits weiter oben behandelt.

3.) EMV kann man erst richtig entwickeln, wenn eine erste Hardware auf dem Tisch liegt

Diese falsche Überzeugung hängt stark mit dem erst genannten Glaubenssatz zusammen. Da man glaubt EMV während der Auslegung nicht fassen zu können, beschränkt man sich auf das spätere Messen der Hardware.

Zum Zeitpunkt da die erste Hardware auf dem Tisch liegt sind aber rund 80 % der möglichen EMV-Stellschrauben festgezurrt, teilweise wie in Beton gegossen. Die restlichen 20 % sollen es dann richten. Meist erfolglos. Eine – oft ungeplante – Entwicklungsschleife ist die Konsequenz. Viele davon könnten vermeiden werden.

Details zur Umsetzung finden Sie weiter oben.

4.) Software hat nichts mit EMV zu tun

Software kann manche EMV-Maßnahme in Hardware überflüssig machen. Auf der anderen Seite führt EMV aber auch zu manchen vermeidbaren Fehlern. Wichtig ist es die Software-Entwickler an Ihrem aktuellen Wissensstand abzuholen. Das führt in Folge oft zu nicht für möglich gehaltene Fortschritte in der EMV.

Normalerweise rangiert eine hohe Genauigkeit weit oben in der Anforderungsliste der Software. Das ist auch gut so. Aber wie fast alles hat auch dies seine Schattenseiten, die man kennen und abwägen muss. Eine hohe Abtastrate eines Signals bedeutet auch immer eine potentiell hohe Empfindlichkeit gegenüber EMV-Einflüssen.

Eine Temperatur muss fast nie in Sekundenbruchteilen ausgewertet werden. Nimmt man hier aber Auswerteroutinen „von der Stange“ so handelt man sich schnell ein EMV-Problem ein, das gar nicht sein müsste.

Deshalb heißt die Devise: So schnell wie notwendig und so langsam wie möglich.

Vergleichbare Ansätze findet man bei der Auslegung von Filtern oder Plausibilitätsabfragen.

All diese Dinge macht ein Software-Entwickler, der um die Zusammenhänge weiß, quasi nebenher. Sie kosten nichts.

5.) Alle Subkomponenten bestehen ihre EMV-Tests, also auch das Gesamtsystem

Die Vermutung grüne Ampel plus grüne Ampel ergäbe in Summe wieder eine grüne Ampel erweist sich in hohem Maße als Irrtum.

Dies hängt zusammen mit der Situation an den Schnittstellen der Teilkomponenten. Jede dieser Schnittstellen ist hf-mäßig davon abhängig wie die Beschaltung auf der anderen Seite aussieht. Dies ist NIE rückwirkungsfrei.

Die EMV-Messung einer Teilkomponente berücksichtigt deshalb nie alle Konsequenzen unterschiedlicher Außenbeschaltungen. Es macht für eine Schnittstelle einen großen Unterschied, ob sie ein niederimpedantes oder hochimpedantes Gegenüber sieht, ob dies eher kapazitiver oder induktiver Natur ist.

Gleichwohl ist dies kein Persilschein für die Entwickler der Teilkomponenten. Auch wenn man das Gegenüber nicht genau kennt, so können doch einige Überlegungen und Recherchen die mögliche Situation enger eingrenzen.

Schuldzuweisungen über Schnittstellen hinweg sind meist nutzlos

Deshalb die Suche nach dem einen Schuldigen im System nicht zielführend und löst keine Probleme! Auch hier gilt wieder EMV ist Teamarbeit.

Und der Blick über den eigenen Tellerrand ist unbedingt notwendig.

6.) Im Zweifel hilft ein zusätzliches Filter oder eine Schirmung

Oft wird eine Auslegung von EMV-Schutzmaßnahmen auf die Zeit nach den ersten EMV-Messungen verlegt (siehe Glaubenssatz #3). Teilweise ist dies gepaart mit der Annahme, dann nur die Filter- und Schirmmaßnahmen verwenden zu müssen, die auch tatsächlich notwendig wären. Damit erhofft man sich nicht zuletzt Kosten zu sparen.

Das Gegenteil ist jedoch der Fall. Weder bei Filtern noch bei Schirmmaßnahmen gibt es die eine allgemeingültige Ausführung, die hilft. Beide müssen an die Gegebenheiten und die Charakteristika der Störungen angepasst werden.

Filter

Bei Filtern ist es in der Regel so, dass diese möglichst nah an die Quelle (bei Emission) bzw. möglichst nah an die Eintrittsstelle (bei Störfestigkeit) platziert werden müssen. Außerdem müssen die Impedanzverhältnisse des Filters an die Situation am Ort des Filters angepasst werden.

Ist dies nicht der Fall so befinden sich im Filterkreis zusätzliche Impedanzen, die die Filterwirkung hemmen. In der Folge müssen die Filter größer dimensioniert werden und werden damit teurer. Je größer die elektrische Entfernung wird, desto höher wird auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Störungen andere und oder mehrere Pfade nehmen, sodass das Filter gar nicht mehr wirken kann.

Schirme

Schirme wirken generell nur im Zusammenspiel mit Filtern. Jede Schirmung wird durchbrochen von Leitungen, anderen Anschlüssen, Anzeigen o.ä. die mittels Filter „geschlossen“ werden müssen. Außerdem ist nicht jedes Schirmmaterial für jede Art von Störung geeignet.

In jedem Fall wird also eine spätere Schirmung und/oder Filterung aufwändiger, teurer und schwerer werden und meist mehr Bauraum beanspruchen. Dabei ist keineswegs gewährleistet, dass die Maßnahmen auch wirken. In sehr vielen Fällen wird ein tiefer Eingriff ins Design dennoch unumgänglich sein.

7.) EMV-Normen beschreiben die durchzuführenden EMV-Tests umfänglich

Normen sind immer ein Kompromiss vielfältiger Interessen der an der Entstehung der Normen Beteiligten. Dies ist weder anrüchig noch zu beanstanden. Man sollte sich aber der Tatsache bewusst sein.

Normen sollen in einen breiten Anwendungsfeld Gültigkeit haben. Das schließt einen hohen Detailierungsgrad von vornherein aus.

Relativ eindeutig sind Normen meist nur bzgl. der Grenzwerte, die sie definieren. Bzgl. der Durchführung können sie nur grobe Leitplanken vorgeben.

So unterschiedlich wie die verschiedenen Prüflinge sind, so unterschiedlich sind auch EMV-Tests in der konkreten Umsetzung. Wie die Überprüfung der anforderungsgerechten Funktion zu erfolgen hat, findet sich in nahezu keiner Norm. Wann ein Zustand unter EMV i.O. ist oder nicht, hängt maßgeblich vom Prüfling selbst ab.

Ein ausführlicher Testplan ist für ein gutes und belastbares EMV-Ergebnis unablässig. Eine Checkliste für einen guten Testplan finden Sie in der EMV-Bibliothek.

8.) Um EMV zu verstehen, muss ich mit den Maxwell‘schen Gleichungen per Du sein

Die Maxwell’schen Gleichungen haben innerhalb der EMV einen hohen Stellenwert. Will ich JEDES EMV-Problem lösen, komme ich um deren Anwendung nicht umhin.

Ein EMV-Simulationstool zu programmieren ohne die Anwendung Maxwell’scher Gleichungen ist völlig undenkbar. Auch wer Feldlöser benutzt, tut gut daran sich mit den Gleichungen auseinander zu setzen.

Gleichwohl sind sie nicht für die Lösung jedes EMV-Problems notwendig. Sehr viel mehr als gemeinhin gedacht lässt sich z.B. mit dem Ohm’schen Gesetz erklären.

Wer einmal die grundsätzliche Wirkungsweise der 4 verschiedenen Kopplungseffekte verstanden hat kann mindestens 90 % aller EMV-Problemen auf den Grund gehen.
Natürlich lassen sich die die Kopplungseffekte auch unter Zuhilfenahme der Maxwell’schen Gleichungen erklären. Es geht aber auch ohne.

Mittels einfacher grafischer Darstellungen ist dieses Verständnis meist sehr viel einfacher zu erlangen als über die mathematisch Korrekte.

9.) Wenn durch Abschalten einer Teilkomponente ein Fehler verschwindet, habe ich den Verursacher gefunden

Bei der Fehleranalyse wird gerne und oft nach der Trial-and-Error-Methode vorgegangen.

Es werden Funktionen lahmgelegt, verdächtige Leitungen abgekoppelt oder Schaltungsteile entfernt.

Am Punkt, an dem der Fehler nicht mehr auftritt, folgt oft ein fataler Schluss. Dass das zuletzt entfernte Teil sei verantwortlich für die Störung.

In Folge werden an dieser Stelle Abhilfemaßnahmen definiert. Oft kommt das böse Erwachen dann bei der nächsten Messung der geänderten Prüflinge.

Dieses Vorgehen ist nicht prinzipiell falsch, sollte aber auf keinen Fall als alleinige Form der Fehleranalyse betrachtet werden. Zunächst müssen nach scheinbarer Fehlerbeseitigung alle Maßnahmen mit Ausnahme der Letzten rückgängig gemacht werden, um sicherzugehen, dass es sich nicht um den Erfolg der Summe verschiedener Änderungen handelt.

Ursache oder Phänomen?

Selbst wenn die Fehlerbehebung auf nur eine Maßnahme zurück zu führen ist, so ist jedoch noch nicht sicher, ob es sich tatsächlich um die Ursache handelt!

Es könnte z.B. auch ein Koppelpfad unterbrochen sein, der die eigentliche – noch unbekannte – Ursache daran hindert sichtbar zu werden. Wird die vermeintliche Ursache später – ergänzt durch eine Schutzmaßnahme – wieder eingebaut, zeigt sich der Fehler oft erneut.

Es wurde nur das Phänomen bekämpft, aber nicht die Ursache.

Noch viel gravierender wird ein solcher Fall, wenn mein Prüfling Teil eines größeren Systems ist.

In der Komponentenmessungen konnte scheinbar die Störung eliminiert werden. Wird die Komponente Teil des Systems, ändern sich wechselseitige Beeinflussungen von Teilkomponente und System.  Der Fehler tritt wieder auf.

Viel Zeit und Geld wurde vertan, ohne der Lösung näher zu kommen.

Vertrauen Sie keinem Ergebnis ungeprüft

Vertrauen Sie deshalb nie ungeprüft auf eine Messung.

Hinterfragen Sie das Ergebnis auf physikalische Plausibilität. Nutzen Sie weitere Möglichkeiten zur Verifikation – sei es durch Berechnung, Simulation oder einfach durch Befragung eines Experten.

So wie ich keinem Messergebnis blind glaube, so vertraue ich auch keinem Simulationsergebnis. Das Ergebnis muss durch andere Maßnahmen oder zumindest durch eine statisch ausreichende Anzahl korrekter ähnlicher Simulationen bestätigt werden.

Ein guter EMV’ler hinterfragt deshalb erst einmal jedes Ergebnis.

Ich mache dies nicht, weil ich es per se besser wüsste, sondern weil ich oft genug erlebt hat, welche negativen Folgen ein Unterlassen dieses Verifikationsschritts nach sich zog.

Deshalb ist dies auch nicht als Zweifel an der Kompetenz des Messenden zu verstehen.

10.) Für EMV-Tests ist ein großer Messgerätepark notwendig

Welche Messgeräte werden für EMV-Messungen benötigt?

Hier müssen 2 Dinge unterschieden werden. Handelt es sich um normkonforme Messungen zur Freigabe eines Geräts (meist am Ende des Projekts) oder um entwicklungsbegleitende Messungen?

Um die Normkonformen Messungen soll es hier nicht gehen. Ein großes EMV-Labor für Freigabezwecke werden sich die wenigsten selbst einrichten wollen. Nutzen sie stattdessen die Vielzahl der vorhandenen Messlabore.

Schaltungsdetails im Fokus

Was ist sinnvoll für Messungen während Schaltungsentwicklung oder zur Fehleranalyse?

Vielfach wird angenommen der beste Weg sei, sich die gleichen Messmittel anzuschaffen, wie sie in externen Laboren zum Einsatz kommen.

Diese Annahme ist nicht nur falsch, sie käme auch extrem teuer.

Das wäre mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Das Bild gilt auch für die Erfolgsquote – miserabel.

Normkonform vs. entwicklungsbegleitend

Die normativen Messverfahren sind meist für Analysezwecke – egal ob als schnelle Überprüfung der Entwicklungsziele oder bei der Fehleranalyse – ungeeignet.

EMV-Normen haben immer ein ganzes Produkt im Fokus.

Bei Analysemessungen ist der Fokus stärker auf Details gerichtet. Mit den Messverfahren nach Norm ist es kaum bis gar nicht möglich diese Details herauszuarbeiten.

Qualitative Ergebnisse statt quantitative

Es geht bei Analysemessungen um eine Tendenzbetrachtung, fast nie um Absolutwerte. Dies reduziert die Anforderungen an die Genauigkeit der Messgeräte.

Messungen finden fast immer im unmittelbaren Nahbereich der Testobjekte statt. Damit reduzieren sich auch Leistungsanforderungen und Größen. Große Verstärker werden ebenso wenig benötigt wie große Antennen.

All dies führt dazu, dass die notwendigen Geräte kleiner, handlicher und letztlich wesentlich billiger werden. Sie können in der Nähe des Arbeitsplatzes des Schaltungsentwicklers eingesetzt werden.

Je nach Zielsetzung der Messungen kann sogar auf eine geschirmte Messkabine verzichtet werden.

Mit Emissionsmessungen beginnen

Die Mehrzahl der EMV-Probleme liegt im Bereich der Emission. Deshalb empfiehlt es sich, wenn man über die Schaffung von EMV-Messmöglichkeiten nachdenkt, hier anzufangen.

Für den Anfang reicht ein Spektrumanalyzer oder ein Oszilloskop mit FFT-Funktion. Letzteres ist oft ohnehin vorhanden. Zusätzlich benötigt man ein paar Nahfeldsonden. I.d.R. reichen 2 unterschiedlich große Magnetfeldsonden und eine E-Feld-Sonde.

Messgeräteperformance

Der Frage will schnell mein Messgerät sein muss kann man sich mit der sogenannten 5er-Regel nähern.

Wie schnell sind die steilsten Flanken, die ich noch detektieren will? Daraus leiten Sie die zugehörige Frequenz habe und multiplizieren dies mit 5. Warum 5? Um eine für diese Zwecke ausreichende Genauigkeit zu erreichen muss ich mindestens die 5. Harmonische erfassen. Wem dies zu wenig ist, nehme einen entsprechend höheren Faktor.

Beispiel:
Meine steilsten Schaltvorgänge sollen eine Flankenzeit von 10 ns haben. Das entspricht einer Frequenz von 100 MHz. Also benötige ich mindestens ein 500-MHz-Osci.

Da ich mich immer im Nahfeld bewege, muss ich beachten, dass hier E-Feld und H-Feld nicht in einer festen Beziehung zueinanderstehen, wie dies im Fernfeld der Fall ist.

Die Nutzung vereinfachter Messgeräte entbindet mich also nicht von der Forderung gewisse Grundlagen der EMV zu kennen. Nicht dass am Ende das Sprichwort ‚Wer viel misst, misst Mist‘ greift.

Gute Ideen ersetzen dicke Geldbeutel

Gutes EMV-Wissen hilft unorthodoxe Lösungen zu finden.

Das wohl günstigste „Messmittel“ für ESD-Abschätzungen ist ein entleertes Piezo-Feuerzeug. Ich habe dabei keine Kontrolle über Amplitude und Steilheit. Bei der ersten Fehlersuche kann es aber nützliche Dienste leisten. Das Piezoelement generiert erfahrungsgemäß Spannungen im Bereich von 4 – 6 kV. Von Vorteil ist ein Feuerzeug, bei dem das Piezoelement am Ende eines biegbaren Halses sitzt.

Das Feuerzeug ist sicher ein Extrembeispiel, das nicht repräsentativ für das Gros der sinnvollen Messgeräte ist. Es zeigt aber, dass man für EMV-Analyse-Messungen in Eigenregie kein 6-stelliges Budget benötigt.

3 Punkte sind hier wichtig:

  • Ich muss wissen was ich tue. Quantitativ geht hier gar nichts – qualitativ schon.
  • Bei der Emission lohnen sich DIY-Messmittel kaum. Es gibt hervorragende und preiswerte Tools zu kaufen.
    Bei der Störfestigkeit dagegen gibt es Möglichkeiten mit gutem Kosten-Nutzen-Verhältnis.
  • Am Projektende geht kein Weg an normkonformen Messungen mit meist teuren Messmitteln vorbei. Aber hier gibt es ausreichend viele und gute Dienstleister.

Sie wollen einen Experten, der Ihnen die Arbeit abnimmt?

Lassen Sie uns reden!

Eigenes Kowhow aufbauen oder Wissen einkaufen?

Wie Knowhow aufbauen

Im Wesentlichen gibt es 2 unterschiedliche Vorgehensweisen, die auch kombiniert werden (können):

  1. Mitarbeiter werden entsprechend ausgebildet durch Weitergabe des Wissens erfahrener Kollegen und/oder den Besuch einschlägiger Weiterbildungsangebote.
  2. Externe Experten werden in die Entwicklung reingeholt.

Beide Vorgehensweisen haben ihre spezifischen Vorteile – aber natürlich auch Nachteile.

Interner Wissensaufbau

Der interne Wissenstransfer läuft „nebenbei“ ohne dass es zu Fehlzeiten kommt – scheinbar. Die Aufwände / Kosten sind nicht zu vernachlässigen, da mindestens 2 Personen Zeit aufwenden – der Erfahrene und der Lernende. Neue Impulse bleiben i.d.R. aus.

Beim Besuch einer Weiterbildungsmaßnahme fallen Zeiten in komprimierter Form nur beim Lernenden an. Hier hängt es aber stark vom Seminar und vom Lernenden selbst ab, in wie weit das Gehörte im Alltag auf die Projekte übertragbar ist. Die Stärken werden hier oft ausgespielt, wenn es um die Vermittlung notwendiger Grundlagen geht. Einschränkungen sind immer gegeben, da kein Seminar auf alle Projektspezifika aller Teilnehmer eingehen kann.

Es muss die Frage gestellt werden, wen schickt man zum Seminar, denn EMV ist Teamarbeit. Kaum eine (technische) Abteilung die nicht betroffen wäre. Hardware wie Software, Qualitäts- und Testverantwortliche, Projektleiter und Fertigung, Einkauf, ja selbst in Teilen der Vertrieb, etc.

Hier bietet ein Inhouse-Seminar mehr Möglichkeiten als ein externes freies – eine gewisse Teilnehmerzahl im Unternehmen vorausgesetzt. Zeitliche Aufwände werden zudem auf die reine Seminardauer reduziert, da keine Reisezeiten (und damit -kosten) anfallen.

Diese Vorgehensweisen funktionieren jedoch nicht in heißen Projektphasen, da hier die notwendige Zeit fehlt.

Externes Knowhow

Holt man einen externen Experten ins Projekt, fallen scheinbar höhere Kosten an. Jedoch orientieren sich alle Maßnahmen am konkreten Projekt und die Wahrscheinlichkeit für die Einhaltung der Anforderungen ist hier am höchsten. Somit stehen den Kosten die höchsten Einsparpotentiale für nicht notwendige Rekursionen gegenüber.

„Schnell mal“ einen externen Experten auf ein Problem schauen zu lassen scheitert im Ergebnis oft an der Komplexität der Projekte und der der EMV innewohnenden HF-Technik. Die damit verbundene Vielzahl von parasitären Einflüssen, lässt sich selten mal eben nebenbei erfassen.

Ein fundierte Analyse ist unerlässlich und zahlt sich am Ende immer aus.

Wird die Expertise in Form von Leiharbeit ins Haus geholt, bleibt der Wissenstransfer zu den eigenen Mitarbeitern jedoch oft überschaubar.

Mentoring

Eine andere Möglichkeit ist es Expertise in Form eines Mentors ins Projekt zu holen. Dieser bringt sein Wissen und seine Erfahrungen in regelmäßigen, sich am Projektverlauf orientierenden Abständen ins Projekt ein. Er analysiert die EMV-Situation im Projekt, zeigt die jeweils besten Vorgehensweisen auf, vermittelt dabei die zugehörigen Grundlagen und kann die richtigen Weichen zum richtigen Zeitpunkt stellen. Die Umsetzung erfolgt durch die eigenen Mitarbeiter, die parallel zum Projektalltag Ihr Wissen erweitern. Hier liegen sowohl Wissenstransfer als auch die Wahrscheinlichkeit zu Vermeidung von Rekursionen auf hohem Niveau.

Letztlich sind Projekte und Personalstrukturen zu unterschiedlich als dass es das eine Patentrezept gäbe. Personal- und Projektverantwortliche müssen gemeinsam entscheiden, welcher Weg (oder welche Kombination) der für ihre spezifischen Anforderungen als der beste erscheint.

Keine Zeit, keine Ressourcen, oder einfach keinen Draht zum Thema?

Fragen, Wünsche, Anregungen? Lassen Sie telefonieren!

Icon_Audio_300
Podcast Jörg Walter

Warum EMV keine schwarze Magie ist

ich war zu Gast im Podcast von Jörg Walter, Projektmanagement-Experte

Im 1. Teil kläre ich im Interview mit Jörg Walter einige grundlegende Fragen rund um die EMV.

  • Warum wird EMV oft als schwarze Magie bezeichnet und was tatsächlich dahinter steckt.
  • Was ist CE-Kennzeichnung?
  • Was sind Richtlinien?
  • Störer und Senken / Abstrahlung und Einstrahlung

Im 2. Teil diskutieren wir:

  • Welche Rolle und welchen Einfluss auf die EMV hat welche Entwicklungsfraktion?
    • Schaltungsentwicklung
    • Layout
    • Mechanik-Konstruktion
    • Software
    • Projektleitung und Management
    • Vertrieb
  • Warum auch in der EMV Front Loading das Mittel der Wahl ist
  • Womit schon in der Konzeptphase begonnen werden kann