HF-Einkopplung für Störfestigkeitsprüfungen mit Nahfeldsonden der Langer EMV-Technik GmbH

Die Nahfeldsonden des RF Basic Sets sind jetzt für die HF-Einkopplung spezifiziert. Mit den definierten Störfestigkeitsparametern erweitern wir die Einsatzmöglichkeiten dieser Sonden um einen klar abgegrenzten Anwendungsbereich in der HF-Störfestigkeitsprüfung.

Für jede Sonde sind zwei zentrale Parameter festgelegt: Zum einen die maximale Leistung, die über einen längeren Zeitraum kontinuierlich eingekoppelt werden kann. Zum anderen der Sondenfaktor gemäß IEC 62132-9. In Kombination mit den zugehörigen Kennlinien ergibt sich damit eine belastbare Grundlage für den praktischen Einsatz in der Störfestigkeitsprüfung.

Die Spezifikation basiert nicht auf allgemeinen Richtwerten, sondern auf konkret definierten und validierten Parametern für jede einzelne Sonde. Dadurch wird transparent, unter welchen Bedingungen die jeweilige Sonde betrieben werden kann und wie die eingekoppelte Störgröße im Prüfaufbau korrekt zu bewerten ist.

Für Anwender bedeutet das mehr Sicherheit bei Auswahl und Einsatz der Nahfeldsonden für die HF-Einkopplung. Die klar definierten Parameter schaffen Orientierung im praktischen Einsatz und erleichtern die technische Einordnung im jeweiligen Prüfaufbau.

Gastbeitrag: Fehlersuche bei sporadischem Bildausfall in einem großen industriellen Antriebssystem

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. Er promovierte in Elektrotechnik an der Newcastle University und bringt umfassende Erfahrung in Leistungselektronik und Antriebssystemen mit. Vor seiner selbstständigen Tätigkeit war er als EMV-Spezialist bei Dyson tätig. Heute unterstützt er Unternehmen weltweit und engagiert sich als Vorsitzender des IEEE EMC UK & Ireland Chapter. Bekannt ist er zudem durch seinen erfolgreichen YouTube-Kanal, auf dem er praxisnahe Einblicke und Demonstrationen rund um EMV-Themen vermittelt.

Ein Kunde berichtete kürzlich über ein sporadisch auftretendes Problem im Feld: Gelegentlich kam es zu einem Ausfall des Displays der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI). Aufgrund des intermittierenden Auftretens lag der Verdacht nahe, dass es sich um ein EMV-bedingtes Problem handelt.

Die folgende Abbildung zeigt ein vereinfachtes Systemdiagramm. Es handelt sich um ein dreiphasiges, bidirektionales leistungselektronisches System. Bereits bei der ersten Analyse wurde davon ausgegangen, dass die Störquelle innerhalb des Systems entsteht und nicht von außen eingekoppelt wird.

Die sporadische Natur des Fehlers machte die Fehlersuche besonders anspruchsvoll. Das Vorgehen ist im Folgenden beschrieben.

Wie bei jeder systematischen Fehlersuche bestand der erste Schritt darin, den Fehler gezielt zu reproduzieren. Erst danach können Störpfade identifiziert und geeignete Gegenmaßnahmen entwickelt werden. Um den Displayausfall gezielt auszulösen, wurde eine Störquelle in unmittelbarer Nähe des Rechnermoduls eingebracht.

Hierfür wurde ein Langer E1 set eingesetzt. Der Burstgenerator SGZ 21 ermöglicht die Erzeugung hochenergetischer Burstimpulse mit zwei wählbaren Anstiegszeiten. Darüber hinaus lässt sich die Pulsamplitude einstellen, sodass der eingekoppelte Störpegel gezielt variiert werden kann.

Für die Störeinkopplung stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, unter anderem magnetische und kapazitive Einkopplung mit den entsprechenden Zubehörkomponenten des E1 sets. In diesem Fall kam eine Nahfeldsonde zum Einsatz.

Zur Veranschaulichung wurde untersucht, wie unterschiedliche Schaltungstypen auf eingekoppelte Störungen reagieren. In der folgenden Abbildung ist in Teil (a) eine kleine Drahtschleife mit dem 50-Ω-Eingang eines Oszilloskops verbunden. Dies entspricht einer niederohmigen Schleifenstruktur, wie sie typischerweise auf Leiterplatten vorkommt und besonders empfindlich gegenüber magnetischer Einkopplung ist. Bereits bei geringer Anregung mit der Magnetfeldsonde BS 02 wurden Spannungen von etwa 6 V Spitze-Spitze gemessen – ausreichend, um 3,3-V- oder 5-V-Schaltungen zu beeinflussen.

In Teil (b) wurde ein 10:1-Tastkopf mit dem 1-MΩ-Eingang des Oszilloskops verwendet, um eine hochohmige Struktur zu simulieren. Mit der kapazitiven Einkopplung über die Sonde ES 02 und entsprechender Rückführung konnten Störspitzen von über 10 V beobachtet werden – ebenfalls bei geringer Anregung.

Es zeigte sich, dass sich der Fehler reproduzieren ließ, wenn die Magnetfeldsonde BS 02 seitlich am Rechnermodul positioniert wurde.

Zur Einkopplung von Störungen in die angeschlossenen Leitungen wurde ein einfacher, aber effektiver Ansatz gewählt: Die Ausgangsklemmen des Generators wurden praktisch kurzgeschlossen, sodass die Impulse durch einen Draht fließen. Dieser Draht wurde um die zu untersuchenden Kabel gewickelt, wodurch eine starke magnetische Kopplung zwischen Generator und Leitung entsteht.

Auf diese Weise konnten die einzelnen Leitungen gezielt untersucht und ihre Störanfälligkeit bewertet werden.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Versorgungsleitungen vergleichsweise robust sind, während die Ethernet-Leitungen die empfindlichsten Schwachstellen darstellen – ein Befund, der auch mit Erfahrungen aus ähnlichen Systemen übereinstimmt.

Bis zu diesem Punkt lag der Fokus auf der Störfestigkeit. Entscheidend ist jedoch die Frage, warum das Rechnermodul innerhalb des Systems besonders empfindlich reagiert. Dafür ist es notwendig, den Störpfad im Detail zu verstehen.

Zur Analyse wurde ein Emissions-Fehlersuchsystem eingesetzt, konkret das Langer LF1 set. Dieses ist für die Erfassung niederfrequenter Störungen ausgelegt und zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Leistungselektronische Systeme erzeugen typischerweise Störungen im Bereich von wenigen kHz bis in den zweistelligen MHz-Bereich. Zusätzlich treten durch Schaltvorgänge, zum Beispiel Relais oder Schütze, transiente Störungen auf – ideale Voraussetzungen für den Einsatz dieses Sondensets.

Da es sich um ein Hochspannungssystem handelt, mussten die Messungen mit entsprechendem Sicherheitsabstand durchgeführt werden. Die hohe Empfindlichkeit der Sonde ermöglicht dennoch aussagekräftige Ergebnisse.

Die Sonde LF-R 400 wurde an einem isolierten Rettungsstab befestigt, um sichere Messungen im Schaltschrank durchführen zu können. Die Ergebnisse waren eindeutig: Der Bereich um das Rechnermodul weist ein hohes Störniveau auf. Neben kontinuierlichen Störungen wurden auch transiente Ereignisse beim Ein- und Ausschalten beobachtet.

Empfohlene Maßnahmen

Auf Basis der Ergebnisse aus Störfestigkeitsuntersuchung und Emissionsanalyse ergeben sich folgende Maßnahmen:

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

Fazit

Durch den gezielten Einsatz geeigneter Messtechnik in Kombination mit praktischer Erfahrung konnten die relevanten Störkopplungsmechanismen identifiziert und wirksame Gegenmaßnahmen umgesetzt werden.

Das Beispiel zeigt, dass sich auch bei intermittierenden EMV-Problemen durch ein strukturiertes Vorgehen und gezielte Messungen die Ursachen klar eingrenzen und praxisgerechte Optimierungen ableiten lassen.

Rückblick EMV Köln 2026

Die EMV Köln 2026 war für uns erneut eine hervorragende Plattform und der europäische EMV-Treffpunkt für intensiven fachlichen Austausch und konkrete technische Diskussionen direkt aus der Praxis. Im Mittelpunkt unseres Messeauftritts stand der direkte Dialog mit unseren Kunden, Entwicklern und Konstrukteuren: An unserem Live-Beratungsplatz haben wir reale EMV-Probleme gemeinsam analysiert und praxisnahe Lösungsansätze angesprochen. Ergänzt haben wir dies durch Demonstrationen unseres entwicklungsbegleitenden Messequipments an konkreten Prüflingen und Demo-Boards, die typische Störphänomene und deren gezielte Beeinflussung im Entwicklungsprozess greifbar gemacht haben.

Ein besonderer Fokus lag auf unserem neuen E2 set TS 23 Entwicklungssystem Störfestigkeit, mit dem sich reproduzierbare Störszenarien gezielt erzeugen und für Fehleranalyse sowie Designoptimierung nutzen lassen. Darüber hinaus haben wir die erweiterte Möglichkeit für die bewährten Nahfeldsonden der Langer EMV-Technik GmbH vorgestellt: die HF-Einkopplung. Die zahlreichen Gespräche haben erneut gezeigt, wie groß der Bedarf an frühen, praxisorientierten EMV-Analysen ist. Dort setzen unsere Lösungen wie EMV-Experimentalseminare, entwicklungsbegleitende EMV-Beratung und unser Portfolio an EMV-Tools an. Das Video vermittelt Eindrücke von unserem Messeauftritt und zeigt unseren Stand, die technischen Setups sowie ausgewählte Demonstrationen vor Ort. Wir bedanken uns bei allen Besuchern für den offenen Austausch und die vielen fachlich wertvollen Gespräche.