Neues Kabeldesign auf der SPS: Wie sich EMV-Störungen vermeiden lassen

• In einer Smart Factory müssen Maschinen und Anlagen immer mehr vernetzt werden.
• Somit steigen die Anforderungen in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).
• Verbindungsspezialist Lapp stellt auf der Messe SPS in Nürnberg (Halle 2, Stand 310) mit der ZeroCM-Technologie ein neuartiges Kabeldesign vor. Somit lassen sich EMV-Störungen vermeiden.

Vor allem in Industrieanlagen, in denen Frequenzumrichter-gesteuerte Motoren eingesetzt werden, kommt es vermehrt zu unerwünschten Strömen auf den Potenzialausgleichsleitungen oder Schutzerdleitungen. Lapp hat sich daher zum Ziel gesetzt, die physikalischen Kopplungsmechanismen innerhalb von Motor-Anschlussleitungen zu untersuchen und daraus ein neuartiges Kabeldesign abzuleiten.  

Neues Kabeldesign

Bei der Entwicklung der ZeroCM-Technologie ging Lapp neue Wege. Statt wie üblicherweise das Problem EMV über die Schirmung zu lösen, hat man das komplette Kabeldesign der Ölflex Servo FD ZeroCM neu gedacht. Drei Phasenleiter sind nun symmetrisch angeordnet und in einer Innenlage verseilt. Ergänzend wird der Schutzleiter in einer Außenlage mit entgegengesetzter Verseilschlagrichtung um die drei Phasenleiter in einem bestimmten Schlaglängenverhältnis verseilt. Die Isolation der Leiter ist kapazitätsoptimiert und besteht aus Polyethylen, Polypropylen oder aus einer geschäumten Variante. Zwischen der Innenlage und der Außenlage befindet sich ein trennendes Vlies. „Durch diese spezielle, innovative Verseiltechnik erreicht man perfekte elektrische Symmetrie, welche die magnetische Abstrahlung reduziert und die internen Kopplungen stark verringert“, erklärt Stefan Hilsenbeck, Senior Engineer Advanced Technology bei der Lapp Holding AG.  

Die Vorteile der Erfindung liegen klar auf der Hand. Die EMV-optimierte Kabelkonstruktion ist leicht umsetzbar und bietet den besten Schutz vor EMV-bedingten Störströmen. „Die Leitung ist vom visuellen Erscheinungsbild unsymmetrisch, jedoch erzielen wir 100 Prozent elektromagnetische Symmetrie und kommen dadurch sogar mit weniger Schirmung aus“, betont Hilsenbeck. 

Zusammengefasst beseitigt die ZeroCM-Technologie zwar nicht die Ursache von EMV-Störungen. Sie packt jedoch genau eine der signifikanten Stellen an, an der Störungen in das Systemumfeld hinein gelangen. Einerseits ermöglicht der neuartige Kabelaufbau um bis zu 80 Prozent reduzierte Ausgleichsströme am Frequenzumrichter-Ausgang und auf parallelen Pfaden wie beispielsweise Datenleitungen. Andererseits sorgen reduzierte Kabel-Umladeströme (cable-charging current) für verringerte Last am und im Frequenzumrichter selbst. So lassen sich zum Beispiel längere Kabellängen verlegen, ohne den Frequenzumrichter außerhalb seiner (EMV-)Spezifikation zu betreiben. Zudem unterbindet die ZeroCM-Technologie das Entstehen von Spannungspegeln auf dem Masse-/Erdpotential (Ground-Voltage) auf der Verbraucherseite. Dies ist besonders wichtig, wenn beispielsweise empfindliche Sensorik wie Analoggeber zum Einsatz kommen. 

„PEPA“-Forschungsprojekt

Die Wirksamkeit der neuartigen Leitung bestätigte sich im Rahmen des „PEPA“-Forschungsprojekts des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz. Neben Lapp sind an dem Projekt die Firmen SEW-Eurodrive, Block, Danfoss, Magnetec und die Technische Universität Darmstadt beteiligt. Die besten Werte hinsichtlich Ableitstrom am Umrichter-Ausgang wurden durch den kapazitätsarmen Aufbau der ZeroCM-Leitung erreicht. Außerdem hat man über eine parallel liegende Signalleitung fließende Störstrom untersucht. Auch hier begünstigt der Einsatz der ZeroCM-Leitung die Ausprägung von möglichst geringen Störströmen.

Kabeldesign spart Kosten

Neben den beschriebenen Vorteilen können Anwender auch Kosten sparen, weil sich aufwändige Filtertechnik erübrigt und die Anlage stabiler läuft. „Obwohl die neue Leitung beim ersten Konfektionieren vielleicht ungewohnt erscheinen mag, bleibt die Verkabelung gewohnt einfach, bzw. der Aufwand reduziert sich sogar im Vergleich zu den Erd-symmetrischen Leitungen mit gedritteltem Schutzleiter, die aktuell noch marktüblich sind“, so Hilsenbeck.

Lapp will sein Portfolio mit der ZeroCM-Technologie weiter ausbauen. Als nächstes sind Hybridleitungen im Fokus. Hybridleitungen, Sammelleitungen oder One-Cable-Solutions enthalten neben den Leistungsadern auch Daten-, Resolver-, oder Steueraderpaare, die bisher aufwändig von den Leistungsadern abzuschirmen waren. Durch die ZeroCM-Technologie ergibt sich eine völlig neue Freiheit der Anordnung der Konstruktionselemente, was den Materialeinsatz senkt und die Performance steigert.

Bild oben: Die neue Ölflex Servo FD ZeroCM. Foto: LAPP

Die neue und patentierte Kabeltechnologie ZeroCM von Lapp hat in der Schweiz den Markeneintrag erhalten.

Weitere Informationen: https://www.lappkabel.de/

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