Auch wenn die am 1. Januar 1996 in Kraft getretene CE-Kennzeichnungspflicht (Konformitätskennzeichen) für selbstgebaute Geräte nicht gilt, müssen dennoch die EMCBestimmungen (EMC = Elektromagnetische Kompatibilität) entsprechend dem EMVG (Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit) beachtet werden. Die unter das EMVG fallenden Geräte müssen demnach so beschaffen sein, daß sie keine Störungen verursachen und nicht zu empfindlich auf Störungen von außen reagieren. Unter den Begriff Störung fallen viele Erscheinungen wie elektromagnetische Felder und statische Entladungen, aber auch eine Verunreinigung des Lichtnetzes in vielfältiger Form.

Das Gesetz

Auch der Selbstbauer darf ein Gerät nur dann in Betrieb nehmen, wenn es die gesetzlichen Vorschriften des EMVG erfüllt. Das Bundesamt für Post und Telekommunikation (BAPT) als kontrollierendes staatliches Organ wird auf Klagen hin initiativ. Scheint eine Schaltung nicht mit den Richtlinien konform, kann der Ingebrauchnehmer möglicherweise für den entstandenen Schaden haftbar gemacht werden.

CE-Kennzeichen

Der Selbstbauer muß keine CE-Kennzeichnung an seinem Gerät anbringen.

Elektor

Die in Elektor vorgestellten Entwürfe werden im Sinne der EMC-Richtlinien entwickelt. Bei kritischen Entwürfen wird im Artikel besonders auf die EMC-Problematik eingegangen. Allerdings ist Elektor weder dazu verpflichtet noch für Verstöße und deren Folgen aufgrund nach Elektor-Entwürfen gebauten Geräten verantwortlich. Auf dieser Seite wird eine Anzahl Maßnahmen beschrieben, wie eine Schaltung die EMC-Richtlinien erfüllt. Dies besagt aber nicht, daß auch alle Maßnahmen notwendig sind; nur in bestimmten Fällen sind sie anzuwenden. Auf andere, schon bekannte Maßnahmen (beispielsweise Abschirmungen bei Audiogeräten) wird nicht besonders hingewiesen.

Warum EMC?

Längerfristig ist für den Verbraucher der wichtigste Vorteil der EMC-Richtlinie, daß alle elektrischen und elektronischen Geräte in Haus und Büro ungestört nebeneinander funktionieren können.

Emission

Die wichtigste und klassische Form der EMC-Problematik ist die zu starke Emission an ungewünschter HF-Energie, die über das Gehäuse und/oder Kabel abgestrahlt wird. Neben der Begrenzung dieser Emission sollte die Schaltung nach der EMC-Richtlinie auch keine störende Signale in das Lichtnetz einspeisen, selbst keine mit niederfrequentem Spektrum.

Immunität

Neu sind die Bestimmungen bezüglich der Unempfindlichkeit oder Immunität der Geräte. Innerhalb einer definierten Störumgebung soll das Gerät fehlerfrei funktionieren. Die Vorschriften sind sehr umfangreich und erstrecken sich auf fast alle denkbaren Störquellen.

Computer & Co.

Die EMC-Richtlinie betrifft zuerst und vor allem Computer, computerisierte Geräte und ihre Peripherie. Nicht nur, daß Computer und Mikroprozessoren notorische Störquellen darstellen, durch die sequentielle Befehlsausführung sind sie auch besonders störempfindlich.

EMC-Gehäuseentwurf

Ein selbstgebautes prozessorgesteuertes Gerät kann nur dann die EMC-Richtlinie erfüllen, wenn es in ein Metallgehäuse eingebaut ist oder zumindest eine einteilige metallische L-förmige Bodenfläche/Rückwand aufweist, auf der alle Kabel zusammengeführt oder gefiltert werden. Sind auf der Gerätefront Steckverbinder vorhanden, ist ein U-förmiges Gehäusechassis vorzuziehen. Noch bessere Resultate werden erzielt, wenn man darüber hinaus einen 2 cm breiten und 1 mm dicken Streifen Kupferblech über die gesamte Breite an der Rückwand befestigt, den man in regelmäßigen Abständen mit Kabelschuhen zur Befestigung sämtlicher Massekabel versieht. Außerdem soll dieser Blechstreifen alle 5 cm leitend mit der Rückwand verschraubt werden.

Ein geschlossenes Metallgehäuse ergibt noch bessere Resultate als ein L- oder U-förmig gebogenes Blech. Man muß aber darauf achten, daß auch die Verbindungen der Gehäuseteile HF-dicht sind, mit anderen Worten, über die gesamte Länge der Verbindung in elektrischem Kontakt miteinander stehen. Alternativ kann man die Verbindungen verschrauben oder mit leitendem Gummi oder Kontaktfedern versehen. Nichtleitende Farbaufträge oder eine Oxydlage sind natürlich zu entfernen.

EMC-Netzteilentwurf

Beim Entwurf eines Netzteils sollte man sowohl immitierte als auch emittierte Störungen berücksichtigen. Nicht fehlen sollte deshalb ein Standard-Netzfilter, das über sein Metallgehäuse unmittelbar mit dem leitenden Gerätegehäuse in Verbindung steht.

Ein Selbstbau eines Netzfilters ist nicht sinnvoll, da die benötigten hochwertigen Komponenten nur schwer erhältlich sind. Wenn möglich, ist ein Netzfilter mit eingebautem (Euro-) Netzstecker, Sicherungshalter und eventuell Netzschalter einzusetzen. Dadurch sind auch größtenteils die Bedingungen bezüglich der elektrischen Sicherheit erfüllt. Das Filter ist primär mit seiner charakteristischen Impedanz abzuschließen, üblicherweise eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (50 Ω/1 W) und einem Kondensator (10 n/250 V≈, Klasse X2).

Peripherie und Erdung

Alle Kabel zu peripheren Geräten, Meßsensoren, Steuerrelais und so weiter werden durch die metallische Gehäusewand oder ein L-Profil geführt. Die Masseleitungen verbindet man im Innenraum des Gehäuses direkt über kurze Kabel (<5 cm) mit dem Kupferstreifen. Beim Einsatz von Buchsen/Steckern muß die Abschirmung an dem rundum abgeschirmten Steckverbinder angebracht werden.

Im Prinzip müssen alle nichtabgeschirmten Signalleitungen mit einem Filter ausgestattet sein, der wenigstens aus einem Ferrit-Ringkern (30 mm) pro Kabel (oder für alle Signalleitungen gemeinsam) besteht. Dieser Ringkern kann auch außerhalb des Gehäuses angebracht werden, wie man es beispielsweise von PC-Monitoren her kennt. Wenn es technisch vertretbar ist, sollte man am Steckverbinder im Gehäuse einen 150-Ω-Reihenwiderstand und eventuell eine Kapazität nach Masse der Leitung hinzufügen. Auch kann man fix und fertig erhältliche, aber teurere T- oder Pi-Filter anbringen. In allen anderen Fällen müssen die Verbindungen innerhalb des Gehäuses abgeschirmt und die Abschirmung beidseitig geerdet werden, nämlich auf der Platine und auf dem Kupfer-Massestreifen an der Gehäuserückwand.

Die EMC-Massefläche auf der Platine muß so gut wie möglich mit dem Kupferstreifen verbunden sein, wenn möglich, mit einem flexiblen Masseband oder einigen parallelen (Band-) Kabeln.

Statische Elektrizität (ESD)

Alle von außen berührbaren Teile sollten, wenn möglich, aus nichtleitendem, antistatischem Material gefertigt sein. Alle berührbaren Teile, die durch die Gehäusewand ragen (Achsen, LEDs ...) müssen galvanisch mit Masse verbunden sein (bei Klasse-II-Geräten über einen 1-MΩ-Widerstand). Alle Ein- und Ausgänge, deren Verdrahtung oder Anschlüsse berührbar sind, müssen einen Masseschild (zum Beispiel ein geerdetes metallisches Steckergehäuse) besitzen, über den elektrostatische Entladungen abfließen können. Dies kann am bequemsten durch versenkte Kontakte (z.B. Sub-D), durch geerdete Metallgehäuse und/oder rundum abschirmende Kabelhalterungen geschehen.

Netzteile

Ein Netztransformator sollte an der primären wie an der sekundären Seite mit einem RCNetzwerk (Snubbernetzwerk) versehen sein. Gleichrichterbrücken werden ebenfalls mit RC-Netzwerken gefilter t. Der sekundäre (Spitzen-) Ladestrom im Elko sollte durch den Innenwiderstand des Trafos und/oder durch externe Reihenwiderstände begrenzt werden. Dazu verwendet man an der 230-V-Seite Varistoren (350V/2 W) zwischen Phasen- und Neutralleiter beziehungsweise sowohl zwischen Phase und Schutzleiter als auch zwischen Neutralleiter und Schutzleiter. Sekundär - am besten hinter dem Pufferelko - sollte man einen Transienten-Suppressor einsetzen. Wird das Netzteil in digitalen Schaltungen gebraucht, kann zur Beschränkung der Emission eine Gleichtaktspule an der sekundären Trafoseite aufgenommen werden. Bei Audio-Geräten ist zusätzlich eine Abschirmung zwischen primärer und sekundärer Trafoseite zu empfehlen, die man über ein kurzes Masseband mit dem Kupferblechstreifen an der Rückwand verbindet. Das Netzteil muß vier Perioden Netzausfall und Netzspannungsvariationen im Bereich von -20 % bis +10 % verkraften können.

Audio-Geräte

Bei Audio-Entwürfen ist Immunität eine wichtige Voraussetzung für ordnungsgemäße Funktion. Am besten werden alle Kabel abgeschirmt. Lautsprecherkabel, bei denen eine Abschirmung nicht möglich ist, sollte man deshalb mit speziellen, für hohe Ströme geeigneten T- oder Pi-Filtern ausstatten, die die Baßwiedergabe nicht beeinträchtigen. Ein solches Filter wird in jede Ader aufgenommen. Die Filter werden als Durchführungsfilter in die Wand eines Metallgehäuses montiert, das die Lautsprecheranschlußklemmen des Verstärkers abschirmt.

Niederfrequente Magnetfelder

Abgeschirmte Kabel im Gehäuse bieten keinen Schutz vor der Einstreuung niederfrequenter Magnetfelder des Netztrafos. Die Abschirmung wird erst bei Frequenzen von einigen Kilohertz wirksam. Darum müssen diese Kabel so dicht wie möglich an den metallischen Gehäusewänden verlegt und einseitig am Kupferstreifen geerdet werden, um elektrische Felder abzuleiten. Das Netzteil kann in besonderen Fällen auch in einem separaten Gehäuse-Abteil (aus Stahl) plaziert werden. Ein spezieller streuarmer Trafo kann das Streufeld und damit auch den Netzbrumm weiter reduzieren.

Hochfrequente Magnetfelder

HF-Felder dürfen nicht ins Innere des (metallischen) Gehäuses eindringen. Für qualitativ hochwertige Schaltungen kommt deshalb ein Kunststoffgehäuse nicht in Frage. Alle externen Audiokabel müssen abgeschirmt und die Abschirmung an der Außenseite des Gehäuses abgeschlossen werden. Auch hier sind ausschließlich Vollmetall-Steckkontakte einzusetzen. Alle internen Kabelabschirmungen werden am Kupferstreifen im Gehäuse angeschlossen. Es ist wichtig, ein Gehäuse mit ausreichender Wandstärke (>2 mm) zu wählen, da sonst aufgrund des Skineffekts innere und äußere Felder nur unzureichend voneinander getrennt werden. Der Durchmesser von Gehäusebohrungen sollte nicht größer als 2 cm sein, eventuell sollte man größere Ausbrüche mit leitender Gaze abdecken.

Kühlkörper

Kühlkörper werden an möglichst vielen Stellen HF-geerdet und wenn möglich im Gehäuse untergebracht. Nichtgeerdete Kühlkörper in Schaltnetzteilen verursachen mit Sicherheit EMC-Probleme. Eventuell ist ein Masseschirm zwischen Schalttransistor und Kühlkörper einzusetzen. Die Gehäuseperforation sollte möglichst kleine Bohrungen aufweisen oder mit einer leitenden Gaze versehen sein. Übrigens: Auch Ventilatoren gehören ins Gehäuse.

Kabel

In Hinblick auf EMC sind Kabel bestens geeignet, um als (Sende- und Empfangs-) Antennen Störungen in die Welt zu setzen beziehungsweise einzufangen. Dies gilt ebenso für einfache wie für abgeschirmte Kabel. Die Abschirmung eines (koaxialen) Kabels muß deshalb rundum Kontakt mit dem Steckverbinder eingehen. Die Abschirmung kann als Rückstromleiter fungieren, um eine HF-magnetische Abschirmung zu erreichen. Für die magnetische Abschirmung im NF-Bereich ist es besser, eine verdrillte Zweidrahtleitung (twisted pair) mit Abschirmung zu verwenden. Bei einem Flachbandkabel sollte jede Signalader zwischen zwei Masseadern liegen und das gesamte Kabel zusätzlich einseitig oder rundum abgeschirmt sein. Kabel, die Signale mit Frequenzanteilen über 10 kHz führen und nicht im Gehäuse gefiltert werden können, werden mit einem Ringkern als Gleichtaktspule versehen.

Einbau

Elektor-Platinen sind zur Zeit mit Befestigungsbohrungen in der Kupfer-Massefläche versehen. Mit metallischen Abstands- oder Gewindebolzen wird für eine gute (HF-) Verbindung zwischen Platine und Erde gesorgt. Kritische Schaltungen weisen eine besondere Massefläche auf, die beispielsweise über ein 25-poliges Flachbandkabel mit dem Kupferstreifen verbunden wird. Diese Art von Platinen benötigt keine weitere Masseverbindung, so daß die Kupferfläche um die Befestigungsbohrungen entfällt, die Befestigungsschrauben also isoliert sind.

Quelle:
http://www.elektor.de/service/emv-richtlinien.236763.lynkx

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