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Beim Konstruieren von Steckverbindern sollten Sie auf EMV-relevante Eigenschaften achten. Dies gilt vor allem für das Steckergehäuse, aber auch für den Anschluss der Kabel. Wenn Sie einige Grundregeln beachten, können Sie die EMV des Systems schnell verbessern.

Die Welt war noch nie so drahtlos und die Luft war noch nie so voller elektromagnetischer Signale. Dies ist für viele Anwendungen ideal, jedoch nicht ohne Folgen, da elektronische Geräte generell anfällig für elektromagnetische Störungen sind. Konnektoren sind in dieser Hinsicht keine Ausnahme. In diesem Artikel werde ich einige Überlegungen zum Entwerfen von störungsfreien Steckverbindern vorstellen.

Wenn Sie schon einmal Radio gehört haben, während Ihr Auto unter Stromleitungen hindurchfährt, haben Sie ein EMV-Problem aus erster Hand erlebt. Das ohrenbetäubende 50-Hertz-Brummen, das das Funksignal übertönt, ist eine direkte Folge der starken elektromagnetischen Wellen, die durch den Wechselstrom in den Freileitungen verursacht werden.

Während dies für Autoradiohörer nur ärgerlich ist, ist es bei fast jeder Anwendung, bei der die Signalintegrität kritisch ist, ein ernstes Problem. Beispiele umfassen Kommunikation, Fly-by-Wire-Avionik und medizinische Anwendungen. Hier führen Störsignale dazu, dass Steueranweisungen oder medizinische Daten falsch übertragen werden, was fatale Folgen haben kann.

Es muss daher sichergestellt werden, dass elektronische Geräte vor Störstrahlung geschützt sind – damit sie einerseits selbst keine Störungen verursachen und andererseits vor anderen Störquellen geschützt sind.

Das vielleicht wichtigste Element für die EMV-Festigkeit ist das Gehäuse – sowohl vom Material als auch von seiner Topologie.

Das Gehäusematerial ist somit die erste „Verteidigungslinie“ gegen elektromagnetische Störungen. Ideal sind hier elektrisch leitfähige Metallgehäuse, da alle ein- oder ausgehenden elektromagnetischen Wellen im Gehäuse einen Strom induzieren, der die Energie der Wellen reduziert. Das Gehäuse wirkt sozusagen isolierend, als Abschirmung. Gehäuse aus elektrisch nicht leitenden Materialien wie Kunststoff hingegen lassen die Störungen ungehindert passieren.

RoHS-konforme Steckergehäuse, beschichtet mit Zink-Nickel. (Bild: PEI)

Wenn es um das Gehäusematerial geht, kann schon eine kleine Änderung einen großen Unterschied machen. Herkömmliche EMV-gerechte Gehäuse wurden beispielsweise früher mit Cadmium beschichtet, um Korrosion zu reduzieren. Da Cadmium ein Übergangsmetall ist, wird die Abschirmwirkung des Metallgehäuses reduziert.

Da Cadmium eine toxische Wirkung auf Nieren, Knochen und Atemwege hat, werden Gehäuse in letzter Zeit zunehmend mit einer RoHS-konformen Zink-Nickel-Legierung beschichtet. Zink-Nickel bietet ähnliche Abschirmeigenschaften und Korrosionsbeständigkeit wie Cadmium, jedoch ohne die damit verbundenen Gesundheitsgefahren.

Das Kabel wird durch eine rückseitige Hülle entlastet. (Bild: PEI)

Die zweite "Verteidigungslinie" gegen elektromagnetische Störungen ist die Form eines Steckergehäuses. Stellen Sie sich ein rechteckiges Gehäuse vor. Dabei wirken die scharfen Kanten als Schwachstellen, an denen Störstrahlung in den Stecker eindringen und aus diesem austreten kann. Die flachen Gehäuseoberflächen erzeugen auch Wellenleiter, die Rauschen sammeln, bis sie sich selbst stören und noch mehr elektromagnetische Störungen erzeugen.

Mit einem topologisch glatten Gehäuse aus verzinktem, vernickeltem Edelstahl können wir die Ausbreitung von Störstrahlung, die ein Steckverbinder emittiert und absorbiert, stark begrenzen. Backshells wie das M85049 von Amphenol, die Polamco 35-Serie und das M85049 von Sunbank wurden mit einer 360-Grad-Verbindung zum Kabelschirm entwickelt, die den besten Störschutz für das Kabel selbst bietet.

Ein Geflecht in Koaxialkabeln verhindert elektromagnetische Störungen. (Bild: PEI)

Auf diese Weise können Störungen nirgendwo aus der Verbindung kommen. Aber was ist mit den Störungen, die das Kabel selbst erzeugt oder über es eingekoppelt wird?

Dies kann mit zwei Ansätzen angegangen werden: Der erste besteht darin, Koaxialkabel mit Schirmgeflecht zu verwenden. Koaxialkabel besitzen ebenso wie elektrisch leitfähige Steckergehäuse einen elektrisch leitfähigen Mantel, der die Signalleitung vor Störungen schützt. Für den bestmöglichen Schutz sollte der Koaxialmantel auf dem Backshell geerdet werden, um einen Ausgang für den EMV-induzierten Strom bereitzustellen.

Filterkomponenten in den Anschlüssen filtern Störungen heraus, die das Signal beeinflussen. (Bild: PEI)

Der zweite Ansatz besteht darin, Filter in die Anschlüsse einzubauen, die so eingestellt sind, dass sie Leistungs- und Signalfrequenzen passieren lassen, aber Störfrequenzen entfernen. Der Einsatz von Filtern ist sehr praktisch, da sie auch nachträglich auf verrauschte Netze angewendet werden können, ohne dass Geräte überarbeitet oder neu konstruiert werden müssen.

Wie bereits erwähnt, ist die Welt kabelloser denn je, und dieser Trend wird sich in Zukunft noch verstärken. Es ist jedoch wichtig, dass der Verkabelung und den Anschlüssen genauso viel Aufmerksamkeit geschenkt wird wie den aktuellen drahtlosen Entwicklungen. Und wenn Sie wissen wollen, warum, schalten Sie Ihr Autoradio einfach ein, wenn Sie das nächste Mal unter Hochspannungsleitungen fahren.

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* Jakub Kosinski arbeitet als Produktmanager bei PEI-Genesis in Southampton / UK.

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