Entstörung – ein Beispiel aus der automobilen Praxis
mit vielen Parallelen zu anderen Industriebereichen
Das Telefon klingelt. Am anderen Ende ein Automobil-Kunde. Die Tonlage machte klar, es geht nicht um nettes Fachsimpeln – es brennt. Es läuft die alles entscheidende EMV-Fahrzeugmessung zur Freigabe der Serienproduktion.
Der Alptraum wird wahr
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 …
Das Innere nach außen krempeln
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 Ergebnis-Interpretation und auf der anderen Seite Verifizierungsmessungen der (neuen) Hypothesen statt. Das eine Team arbeitete am Fahrzeug, das andere auf Komponentenebene.
Die Messungen dauerten 3 Tage. Keine der einzelnen Untersuchungen und Ergebnisse erklärten das Problem.
Was ist die Ursache? Was die Wirkungskette?
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.
Ein kleiner Exkurs in die Theorie:
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.
Fehlerbild und Ursache sind zweierlei
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.
Aber warum trat der Fehler erst bei einer vergleichsweise hohen Frequenz (~ 80 MHz) auf. Eine 6 m lange Leitung kann zum ersten Mal bereits bei etwa 6 MHz (bzw. 12,5 MHz abhängig von den Randparametern) in Resonanz kommen. Und dann bei jedem Vielfachen davon wieder. Die Antwort liegt darin verborgen, dass die Störung wo anders einkoppelte – nämlich auf der Batterie-Leitung. Damit nun der Effekt auftreten konnte mussten beide Leitungen in Resonanz gehen. Die Batterie-Leitung um die Energie aufnehmen zu können (Antenne) und die Masseleitung zum Steuergerät, auf der sich die Störung aufschaukelte und das BUS-Signal „überfuhr“.
Durchaus typisch
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 Spaß, meine 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.
Und die Parallelen zum Maschinenbau
Eine 6 m lange Masseleitung ist für ein Auto schon sehr ungewöhnlich. Nicht so im Maschinenbau. Hier sind solche Leitungslängen eher normal. Und je länger Leitungen werden, desto weniger Störenergie ist einerseits notwendig und umso tiefer sind die Frequenzen bei den es bereits zu Problemen kommen kann. Je länger Leitungen werden desto mehr Frequenzen kommen in Resonanz, d.h. umso häufiger tritt der Fehler auf.
Im Maschinenbau werden in solchen Fällen gerne Ferritringe über die Leitungen geklippst. Hätte man dies bei der Batterie-Leitung getan, wäre der Fehler womöglich verschwunden. Im nächsten Projekt (die Längen sind etwas andere, die Verkabelung womöglich auch) zeigt der Ferrit dann aber keinerlei Wirkung.
In dem Moment sind die Fragezeichen groß. Warum funktioniert in Projekt B nicht was in Projekt A den Test bestehen ließ. Dies sind typische Szenarien aufgrund dessen der EMV nachgesagt wird, sie sei Voodoo und man könne sie nicht verstehen. Dabei liegt es ganz trivial daran, dass die Fehlerursache nicht beseitigt wurde, nur Ihre Auswirkung bedämpft. Letzteres funktioniert immer nur in exakt dieser einen Konstellation. Kleinste Änderungen im Folgeprojet genügen und die vermeintliche Lösung ist wirkungslos.
Zusammenfassung
- Schauen Sie nicht nur auf den Ort wo der Fehler sichtbar wird. Oder wie im Beispiel wann er verschwindet, wenn etwas abgehängt (Batterie-Leitung) wird. Ursache und Fehlerbild sind sehr häufig an verschiedenen Stellen anzutreffen. Lösungen die an der einkoppelten Stelle angreifen beseitigen selten die Ursache.
- Solange der wahre Fehlermechanismus nicht verstanden wurde, macht eine Maßnahmendefinition keinen Sinn.
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