EMV-Störungen keine Chance

In einer Smart Factory müssen Maschinen und Anlagen immer mehr vernetzt werden. Dadurch steigen die Anforderungen in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Lapp stellt mit der zeroCM-Technologie eine neue Lösung für diesen wichtigen Bereich vor. 

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

Neues Kabeldesign 

Bei der Entwicklung der zeroCM-Technologie ging Lapp ganz neue Wege: Statt wie üblicherweise das Problem EMV über die Schirmung zu lösen, wurde 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 SE.  

Die Vorteile der Erfindung liegen klar auf der Hand. Die komplett neu entwickelte 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 % elektromagnetische Symmetrie und kommen dadurch sogar mit weniger Schirmung aus“, betont Hilsenbeck. „Auch wenn die Leitung 20 bis 30 % dicker, spielt das in der Praxis meist keine Rolle. Produktionstechnisch streben wir an, alle Verseilungen in einem Prozess abzuwickeln.“ 

„PEPA“-Forschungsprojekt 

Die Wirksamkeit der neuartigen Leitung wurde im Rahmen des „PEPA“-Forschungsprojektes des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz bestätigt. 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 wurde der über eine parallel liegende Signalleitung fließende Störstrom untersucht: Auch hier begünstigt der Einsatz der zeroCM-Leitung die Ausprägung von möglichst geringen Störströmen. 

„Dynamische Frequenzumrichter sind un­verzichtbar für eine innovative Antriebstechnik“, sagt Michael Burger vom beteiligten Unternehmen SEW. „Eine hohe Energieeffizienz wird dabei durch den Einsatz moderner Leistungshalbleiter erreicht, die steile Schaltflanken erzeugen“. Die Folge können nadelförmige Ableitströme sein, die sich in metallischen Strukturen ausbreiten. „Kapazitätsreduzierte und impedanzoptimierte Leitungen können eine wichtige Lösung sein, um die Ausbreitung dieser Ströme zu minimieren. Es gilt dabei, die richtige Komponente auszuwählen, wie sie unser Partner Lapp mit der zeroCM entwickelt hat.“Neben den beschriebenen Vorteilen können Anwender auch Kosten sparen, weil auf aufwändige Filtertechnik verzichtet werden kann und die Anlage stabiler läuft. „Obwohl die neue Leitung beim ersten Konfektionieren vielleicht ungewohnt erscheinen mag, bleibt die Verkabelung gewohnt einfach, beziehungsweise reduziert sich der Aufwand sogar im Vergleich zu den erdsymmetrischen Leitungen mit gedritteltem Schutzleiter, die aktuell noch marktüblich sind“, sagt Hilsenbeck. 

Lapp will sein Portfolio mit der zeroCM-Technologie weiter ausbauen. Als nächstes sind Hybridleitungen im Fokus. Hybridleitungen, Sammelleitungen oder One-Cable-Solutions umfassen neben den Leistungsadern auch Daten-, Resolver-, oder Steueraderpaare, welche bisher aufwendig von den Leistungsadern abgeschirmt wurden. Durch die zeroCM-Technologie ergibt sich eine völlig neue Freiheit der Anordnung der Konstruktionselemente, was den Materialeinsatz senken und die Performance steigern wird.