Störungen beheben – Ursachen verstehen
EMV-Probleme dauerhaft lösen
Maßnahmen, die auch im nächsten Projekt funktionieren
Genaue Analyse, Ursache verstehen
Schluss mit ‚Trial and Error‘
Maßnahmen nur wo nötig – statt nach Bauchgefühl
Kommt Ihnen das bekannt vor?
Ihr Auto will nicht. In der Werkstatt wird der Fehlerspeicher ausgelesen.
Da müssen wir der Sensor XY austauschen, sagt der Werkstattmeister. Ok, denken Sie, er wird es wissen.
Als Sie wieder kommen ist der Fehler immer noch da. Ach, jetzt muss noch das Steuergerät ausgetauscht werden. Und dann noch dieses und jenes. Die Rechnung schwillt immer mehr an.
Typisches Trial und Error. Weil die Fehlerursache nicht verstanden wurde.
Und eigentlich wollten Sie Ihr Auto schnell wieder haben …
Und im EMV-Labor?
Es wird da was versucht, dort was geändert, bis sich etwas verbessert – hoffentlich.
Aber ist das zielführend? Brauchen Sie die Maßnahmen alle? Kommen Sie damit wirklich ans Ziel?
Das sagt Ihnen keiner.
Sie setzen alles um, gehen wieder ins Labor – und fallen wieder durch.
Weil die Fehlerursache nicht beseitigt wurde, sondern nur an den Symptomen rumgedoktert wurde.
Ich bin viele Jahre auch so vorgegangen. Macht jeder, völlig normal. So lernt man es i.d.R. bis heute.
Und warum das Ganze? Weil Messverfahren nach EMV-Norm (wie sie im EMV-Labor zur Anwendung kommen) nur das fertige Ganze abprüfen. Zur Freigabe eben.
Ein Problem kann nicht auf der selben Ebene gelöst werden, auf der es entstanden ist.
Albert Einstein (1879 – 1955)
Schluss damit!
Die meisten normativen Verfahren taugen nicht für die Fehleranalyse. Da braucht es andere – und viel Erfahrung.
Tief ins Detail einsteigen ist Pflicht. Die physikalische Ursache hinter dem Fehlerbild herausarbeiten. Erst dann die Maßnahme festlegen.
Funktioniert fast immer ohne großes Labor.
Ein Problem wird meist nicht am Ort der Ursache sichtbar.
2 Teile, die zusammen betrieben werden, beeinflussen sich wechselseitig.
Das Verhalten der Kombi unterscheidet sich von dem jedes einzelnen Teils.
Deshalb ist es wichtig den Fehler verstanden zu haben bevor man Maßnahmen definiert.
Eine genaue Analyse ist notwendig – und die komplette Systemumgebung muss in die Betrachtung einbezogen werden.
Ergebnis:
Die Maßnahme hilft. Sie machen den Fehler kein zweites Mal und die Lösungen funktionieren auch im nächsten Projekt.
Checklisten unterstützen Sie bei der Informations-Bereitstellung.
Mehrere Reviews stellen sicher, dass bei der Umsetzung nichts schief geht.
Eine Option für Sie?
Was bei einem Serienanlauf schief gehen kann lesen Sie hier.
Ein Beispiel wie man es lösen kann. Und zugleich eines, das man nicht erleben will.
Leider kommt sowas gar nicht so selten vor.
Auf einen Messtermin im EMV-Labor wartet man nicht selten 3 bis 4 Monate.
In einer Situation wie der oben beschriebenen eine Katastrophe.
Sparen Sie sich das Risiko.
In einem Kickoff (online) erläutere ich Ihnen welche Daten notwendig sind.
Checklisten machen es Ihrem Team leicht alle notwendigen Daten zusammen zu tragen.
Nach 2 Tagen erfolgt ein Feedback zu ggf. noch fehlenden Infos.
Workshop ‚Erklär mir Dein Produkt‘ zur beidseitigen Klärung offener Fragen
Danach vergrabe ich mich in Ihr Produkt. Werte die Unterlagen aus, mache Analyse-Messungen.
Ausarbeitung und Doku der Maßnahmen, Gliederung in MUSS und SOLL
Hinweise zu Bauteilauswahl und Umsetzung notwendiger Änderungen
Hinweise zu Prüfplan und Testplan für die finalen Abnahmetests
Sie entscheiden welche EMV-Maßnahmen Sie implementieren. Wenn Sie Essentielles streichen, werde ich Ihnen aber verbal auf die Finger klopfen.
Ich begleite Ihr Team und berate bei der Umsetzung. Fragen werden beantwortet, (Zwischen-) Ergebnisse einem Review unterzogen.
Validierungsmessung und Dokumentation Vorher-Nachher-Vergleich
EMV-Entstörung
Nicht bestandene EMV-Prüfungen führen oft zu erheblichen Verzögerungen.
Schnell muss eine Lösung her.
Ein paar Filtermaßnahmen. Man ändert da und dort was. Und sieht in den ersten schnellen Messungen scheinbar auch Verbesserungen … scheinbar.
Die nächste EMV-Prüfung scheitert wieder.
Eine gute EMV-Optimierung ist ohne Verständnis der physikalischen Zusammenhänge nicht möglich. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Ursache und Phänomen. Lässt man sich vom scheinbar Offensichtlichem – den Störphänomenen – leiten, führt dies oft in die Sackgasse.
Die EMV-Eigenschaften der einzelnen Funktionsgruppen und deren Abhängigkeiten und Beeinflussungen müssen bekannt sein.
Entstörung von Kleinstmotoren
An allen Schnittstellen – realen wie parasitären – zeigt sich ein bestimmtes EMV-Verhalten. Werden 2 Produkte zusammengefügt ändert sich dieses Verhalten. Es entspricht weder denen von Produkt 1 noch von Produkt 2. Bringt man ein drittes hinzu ändert es sich wieder – mal mehr, mal weniger.
Deshalb ist das Gesamtsystem immer in die Analyse mit einzubeziehen.
Wurden nur die Störphänomene beseitigt, kommt das böse Erwachen oft beim Systemtest.
Es gilt die für Sie passende Lösung zu finden. Hier gilt es mögliche Rahmenparameter von Mechanik, Software, Design, aber auch der Fertigung zu berücksichtigen.
Wie ich mit meinem EMV-Knowhow den Serienstart eines Automobils retten konnte.
Eine durchaus typische Situation vor ein paar Jahren: Das Telefon klingelt. Am anderen Ende ein Automobil-Kunde. Die Tonlage machte klar, es geht nicht um nettes Fachsimpeln – hier brennt es: Beim Kunden läuft die alles entscheidende EMV-Fahrzeugmessung zur Freigabe in die Serienproduktion.
Während Störfestigkeitsmessungen fallen die Bremsen aus. Die Serienproduktion ist gefährdet.
Erste Ursachenanalyse: entfernt man ein Steuergerät außerhalb des Bremsenverbunds, tritt der Fehler nicht auf. Was liegt da näher, als anzunehmen, dass dieses Steuergerät die Ursache ist? Jetzt noch das Steuergerät überarbeiten oder gar neuentwickeln? Der Alptraum nimmt Fahrt auf …
Schneller Einsatz war gefordert, der Ursache auf die Spur zu kommen.
Es zählte jeder Tag, das war klar.
Mit dem Entwicklungsteam gingen wir das Problem zweigleisig an: im permanenten Austausch fanden auf der einen Seite Versuche mit anschließender Ergebnisinterpretation und auf der anderen Seite Verifizierungsexperimente der (neuen) Hypothesen statt.
Die Messungen dauerten 3 Tage. Keine der einzelnen Untersuchungen und Ergebnisse erklärten das Problem.
Ich schlief nicht viel. Es ratterte im Kopf. Wie waren die Dinge zusammen zu bringen? Wo war der entscheidende Punkt?
Morgens um 3 – werde ich nie vergessen – machte es klick.
Die Ursache konnte nicht in einem einzelnen Steuergerät liegen – die Gesamtheit der vielen Steuergeräte musste die Antwort sein. Und ganz konkret musste das Problem im Massesystem liegen.
Alles ergab nur einen Sinn, wenn eine Masseleitung eines beteiligten Steuergerätes, Sensors oder Aktors im Bremsenverbund eine überproportional lange Masseleitung hat. Und tatsächlich: mit diesem Ansatz stellte sich heraus, dass eine etwa 6 m lange Masseleitung das Problem verursachte.
Leitungen sind bzgl. EMV keine Kurzschlüsse. Auf der langen Masseleitung des Bremssystems schaukelten sich die Störungen auf, sie kam in Resonanz. Die Komponenten im Bremsenverbund konnten nicht mehr miteinander kommunizieren. Die Informationen auf dem BUS wurden von den Störungen einfach überdeckt.
Sinnbildlich beschrieben ist das, als wollten sie sich mit jemandem unterhalten und plötzlich stellt sich ein Dritter mit einem voll aufgedrehtem Ghetto-Bluster neben sie. Inhalt der Info ok. Sie hören Ihr Gegenüber aber nicht mehr. Die Bremse wurde sozusagen taub.
Das Steuergerät, das zuerst als Ursache vermutet wurde, tat genau das, was es tun sollte: es leitete die Störung gegen Masse ab.
Ein sicherheitsrelevantes System wie eine Bremse muss in solchem Fall in den Notbetrieb gehen, darf aber nicht ausfallen. Es lag also auch noch ein Doppelfehler vor.
Mit der geklärten Ursache kommt einem die Korrektur dann fast trivial vor: Das betroffene Gerät wurde mit kürzerer Masseleitung an die Karosserie angebunden. Der Start in die Serienproduktion war gerettet.
Das beschriebene Beispiel ist typisch für die Herausforderungen in der EMV: Das Zusammenspiel der verbauten Komponenten im System und mit ihrer Umgebung sind komplex und die auftretenden Phänomene sind anders als es die Summe der Einzelbetrachtungen erwarten lassen würden. Dennoch sind die Lösungen für EMV-Probleme oft vergleichsweise einfach – wenn nur die Ursachen richtig verstanden sind.
Mir macht es eine Riesenfreude, meine jetzt über 25-jährige Expertise in die Lösung solcher Probleme einzubringen. Insbesondere, wenn es dadurch möglich wird, gar nicht erst in solch alptraumhafte Situation zu kommen, die eine Produkteinführung gefährden oder verhindern.
Kontaktieren Sie mich, wenn Sie in der Lösung Ihrer EMV-Probleme festhängen. Ich finde auch für Sie und mit Ihnen einen Weg aus Ihrer spezifischen Situation.
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Ich rufe Sie an.
Ca. 70 % aller erstmaligen Prüfungen eines neuen Produkts in EMV-Laboren scheitern. Vieles davon ließe sich vermeiden.
Jede Schaltung, jedes Produkt ist anders. Dennoch gibt es Dinge weswegen Prüfungen immer wieder scheitern. Sparen Sie sich diese. Es bleibt genug zu tun mit den individuellen Dingen.
Die meisten Punkte sollen hier nur stichpunktartig aufgelistet werden, da die Details an anderer Stelle bereits erläutert werden. Folgen Sie bitte den Links.
Immer wieder wird viel zu spät begonnen sich im Entwicklungsprozess über die Elektromagnetische Vertäglichkeit Gedanken zu machen. In der Folge wird die Mehrzahl der ersten EMV-Prüfungen nicht bestanden. 70% aller EMV-Prüfungen scheitern beim ersten Anlauf. Das zeigt eine Umfrage bei akkredierten EMV-Laboren.
Wenn die Entwicklung aber schon so weit fortgeschritten ist, sind ca. 80 % der möglichen EMV-Stellschrauben quasi in Beton gegossen. Die restlichen 20 % sollen es dann richten. Dies funktioniert selten.
Die Folge: Rekursionen, die im Entwicklungsablauf weit zurück reichen und die regelmäßig den Terminplan und das geplante Budget gleichermaßen sprengen.
Die Lösung: Schon in der Konzeptphase mit der EMV beginnen. Mit iterativen Schritten, die noch nicht einmal viel Ressourcen binden, arbeitet man sich an die bestandene EMV-Prüfung heran.
Jedes Produkt, jedes Gerät, jede Anlage ist Teil eines größeren Systems. Selbst wenn es keine direkten elektrischen Schnittstellen nach außen hat, so agiert es EMV-mäßig dennoch mit seiner Umgebung. Für elektromagnetische Kopplungen benötigen kein ein Kabel. Hinzu kommen induktive und kapazitive Kopplungen. Produkte ohne übergeordnetes System gibt es nicht.
Diese Schnittstellen sind von Anfang an in die Betrachtungen mit einzubeziehen. Ob das gegenüber nieder- oder hochimpedant ist, macht für die EMV einen gewaltigen Unterschied. Es gibt viele verschiedene externe Parameter, die auf mein Produkt Einfluss nehmen – positiv wie negativ.
Viele werden nun denken woher soll ich die denn kennen? Es gibt viele Stellen, an denen man fündig werden kann. Gibt es ein Lastenheft so ist dies immer die erste Quelle, bei der man fündig wird. Oft gibt allein die Funktion genügend Anhaltspunkte, was mich erwartet.
Weder die Beurteilung der Störfestigkeit noch der Störaussendung gelingt vollständig ohne eine Systembetrachtung.
Vom ersten Moment an über den Tellerrand zu schauen ist Pflicht.
Ein gutes Versorgungssystem mit der Masse als zentralem Element ist die unabdingbare Basis für das Bestehen einer EMV-Prüfung.
Ein Großteil der in der EMV kritischen Common-Mode-Störungen (Gleitaktstörungen) entstehen aufgrund eines schlechten Versorgungssystem. Auf außen angeschlossenen Leitungen reichen meist 5 µA Common-Mode-Strom, um bei Emissionstests durchzufallen!
Das Versorgungssystem spielt quasi überall hinein. So ist es auch die Basis für eine gute Signalintegrität, d.h. dass sich das Gerät nicht selbst stört.
Ströme fließen im Kreis, d.h. zu Ihrer Quelle zurück. Unter E-Technikern eigentlich eine Binsenweisheit. Dennoch wird die Frage, wo die Ströme zur Quelle zurückfließen, oft sträflich vernachlässigt.
Dadurch werden zum einen wieder die Common-Mode-Ströme verstärkt. Zum anderen werden unnötig große Schleifen aufgespannt. Verkopplungen und/oder parasitäre Antennen sind die Folge.
Dies ist insbesondere deshalb so gravierend, weil es jeden EMV-Störmechanismus verstärkt.
Es ist jedoch gar nicht so einfach die Frage nach dem Pfad des Rückstroms zu beantworten. Es gibt meist nicht nur einen Pfad, denn dieser ist von der Frequenz abhängig. Unterschiedliche Frequenzanteile nehmen unterschiedliche Wege. Ich muss mir also die Impedanzverhältnisse meines Produktes klar machen, um hier grundlegende Fehler zu vermeiden.
Der Einfluss der Mechanik und der Software auf die EMV-Qualität eines Produktes wird meist unterschätzt.
Besonders gilt dies für die Software, wobei Softwaremaßnahmen – wenn es richtig gemacht wird – nichts kosten. Stückkosten fallen sowieso nicht an. Weis der Software-Entwickler von Beginn an worauf es ankommt, entstehen seine Maßnahmen bei der Funktionsprogrammierung nebenbei, d.h. sie sind tatsächlich kostenlos. Dies kann so manche Hardware-Maßnahme überflüssig machen.
Die Mechanik-Entwicklung ist aufgrund größerer Vorlaufzeiten bei der Umsetzung zeitlich meist der Elektronik-Entwicklung voraus.
Gibt es keine Abstimmung zwischen den Entwicklungsparteien, so werden Fakten geschaffen, die selten revidierbar sind (und wenn dann nur mit hohen Kosten). Ist gar schon ein Werkzeug beauftragt, so ändert dies später wegen der EMV meist niemand mehr. Das wäre der finanzielle Super-GAU.
Mit der Mechanik werden oft parasitäre Antennen geschaffen, völlig unbemerkt. Oft der letzte Sargnagel der EMV! Eng hiermit verbunden ist das Thema Schirmung. Schirmung ist ein klassisches Systemthema. Die Schirmung ist immer nur so gut wie sein schwächstes Glied. Eine kleine Nachlässigkeit bringt das ganze System außer Tritt.
Essentiell ist deswegen, dass sich alle Entwicklungsfraktionen (incl. Fertigung!) bereits in der Konzeptphase zusammensetzen. Schon hier wird das gemeinsame EMV-Vorgehen definiert. Und später immer wieder zur EMV austauschen (!), so wie es bei anderen Themen völlig normal ist.
Hier lauern viele der oben erwähnten 80% Fallen.
Wenn EMV-Messungen in den beauftragten EMV-Laboren scheitern, ist oft ein Grund dass diese seitens des Auftraggebers schlecht bis gar nicht vorbereitet wurden. Da wird gerne der Prüfling zum Labor geschickt, verbunden mit der Bitte das gute Stück bitte nach EMV-Norm xy zu testen.
Die meisten EMV-Labore haben richtig gutes Personal. Aber: Die Kollegen können nicht hellsehen.
Es wird nicht definiert was wie in welchen Betriebszuständen zu testen ist. Es steht in keiner EMV-Norm! Zu den Testobjekten werden keine Gegenstecker mitgeliefert, um eine Peripherienachbildung anzuschließen oder ein Signal überwachen zu können. Die Stecker können für Sie noch so sehr Standard sein. Für ein EMV-Labor sind sie es in der Regel nicht.
Wann ist ein Signal oder Zustand noch ok und wann „failed“? Wie groß sind die Toleranzbereiche? Toleranz Null muss zwangsläufig zu Fehlern führen.
All dies zu definieren ist Aufgabe des Auftraggebers.
Die weniger guten Labore fangen u.U. dennoch an und liefern einen Bericht mit dem Ergebnis „nicht bestanden“. Gute Labore werden Sie auf die Mängel in der Vorbereitung und deren mögliche Folgen aufmerksam machen. Aber die Zeit für die dann folgende Abstimmung muss natürlich bezahlt werden.
Wenn das Produkt zum reservierten Zeitpunkt bereits in der Messkabine steht und erst dann festgestellt wird, dass etwas nicht passt, dann tickt die Uhr und sie gehen im schlimmsten Fall ohne Ergebnis nach Hause.
Warum das Entfernen von Teilen der Hardware allein zur Fehleranalyse ungeeignet ist
Bei komplexeren Projekten mit mehreren Geräten kommt es bzgl. der Elektromagnetischen Verträglichkeit immer wieder zu Stress und der Frage wer denn schuld sei. Da gibt es einen oder mehrere Subsystemlieferanten, möglicherweise einen Integrator und einem Systemverantwortlichen – meist der Auftraggeber.
Werden nun auf Systemebene EMV-Prüfungen nicht bestanden, so startet oft die Suche nach dem Verantwortlichen. Dabei wird gerne mal die Suche nach der wahren Ursache in den Hintergrund gedrängt. Gelingt es einem der Beteiligten den „Schwarzen Peter“ zuzuschieben, so muss sich dieser alleine um die Lösung kümmern. Die anderen Beteiligten ziehen sich aus der aktiven Lösungssuche zurück.
Ein Verhalten, dass neue Probleme schafft und kein bestehendes löst.
Ein beliebtes Vorgehen bei der Ursachenforschung ist es nacheinander die einzelnen Subsysteme der Zulieferer (oder einzelne Bauteile) zu entfernen. Findet man bei diesem Vorgehen eine Konstellation, in der der Fehler nicht mehr auftritt, beginnt dieses Schwarze-Peter-Spiel. Man hat schließlich mit dem letzten Schritt den Verursacher lokalisiert. Wirklich? Sehr häufig, nein!
Kommt alles aus einer Hand, kann man keinen Schwarzen Peter verteilen. In der Folge passiert aber oft etwas ganz Ähnliches. Man konzentriert sich bei der Definition von Maßnahmen nur noch auf die scheinbar verantwortliche Subkomponente.
Was sagt es uns nun, wenn eine Komponente entfernt wird, der Fehler dann weg ist, nach hinzufügen der Komponente dieser wie zuvor wieder da ist?
Nichts! Rein gar nichts!
Der nächste notwendige Schritt ist mit Ausnahme der letzten alle zuvor durchgeführten Änderungen zurückzubauen. Ist dann der anfangs aufgetretene Fehler immer noch nicht wieder sichtbar, so hat uns dies der Lösungsfindung näher gebracht, aber einen Nachweis, dass das zuletzt entfernte Bauteil für die Störung verantwortlich ist, ist nicht erbracht. Wir wissen „nur“ dass die Störung über den Pfad des entfernten Bauteils einkoppelt. Dies ist eine wichtige Erkenntnis. Aber über die „Schuldfrage“ gibt sie noch keine Auskunft.
Es kann durchaus sein, dass zwar das Phänomen (das Fehlerbild) beseitigt wurde, aber die Ursache noch nicht gefunden wurde, weil diese wo anders liegt.
Deshalb ist das schwarze Peter Spiel zwischen Systemverantwortlichem und Teillieferant nie zielführend. Ausser Stress auf allen Seiten bringt es nichts! Zur technischen Lösungsfindung trägt es nicht bei. Schlimmer noch, es behindert sie massiv.
Jeder Hardware-Eingriff in ein System verändert dieses aus EMV-Sicht elementar. Impedanzen ändern sich. In der Folge nehmen HF-Ströme andere Wege, es entstehen andere Spannungsabfälle, an anderen Orten. Es ändert sich mitunter alles. Sowohl Störsenken als auch Störquellen können ihr Verhalten ändern. Möglicherweise erreicht ein Strom nach entfernen der Subkomponente den Ort der Ursache nicht mehr, obwohl die Störsenke im System verbleibt. Der Fehler wird nicht mehr sichtbar.
In meiner EMV-Laufbahn sind mir eine Vielzahl solcher Beispiele begegnet. Je komplexer die entfernte Subkomponente ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass mir diese Vorgehensweise irgendeine nutzbare Information liefert. Die Erfahrung lehrt, dass ein solches Vorgehen viel öfters in eine -mitunter teuere – Sackgasse führt, als zur Lösung beiträgt.
Es wird viel Zeit und Geld aufgewendet, um den vermeintlichen Verursacher zu optimieren. Doch am Ende ändert sich im System wenig bis nichts.
Eine sinnvolle Analyse, die auf die Ursache statt auf das Fehlerbild abzielt, kann deshalb nur im kompletten System erfolgen. Jedes Teilsystem beeinflusst die anderen. Es gibt kein schuldig oder unschuldig. Die konstruktive Zusammenarbeit aller Systembeteiligter ist der einzige Weg zur Zielerreichung.
Deshalb gilt, dass 2 Komponenten mit Status grün bei EMV-Komponententests im Zusammenwirken keinerlei Garantie für ein Bestehen des Systemtests darstellen. Die finale Impedanzsituation ergibt sich erst nach Zusammenbau aller Komponenten.
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