Grundlagen der elektromagnetischen Verträglichkeit

Inhaltsverzeichnis

Die Geschichte der EMV

Von 1800 bis heute

Seit Anbeginn der Elektrotechnik besteht das Problem elektromagnetischer Unverträglichkeit. Der Begriff der EMV ist aber erst 40 Jahre alt. Die Ablösung der optischen durch die elektrische Telegrafie geschah etwa im Jahre 1800. Mit der Verlegung des ersten Überseekabels Mitte des 19. Jahrhunderts gelang es über Langstrecken mithilfe von kodierten Signalen zu kommunizieren. Direkte Blitzeinschläge oder Störspannungen durch Gewitter stellten ein Problem dar, das aber schon damals durch z. B. Überspannungsableitungen gelöst werden konnte. Die Telegrafie war sehr zeitaufwendig und wurde stetig weiterentwickelt. So gab es Typendrucktelegrafen mit Buchstabentastatur oder Fernschreiber, die in der Lage waren, Nachrichten in Schriftform zu übertragen.

Ende des 19. Jahrhunderts wurde das bis dahin unbeliebte Telefon massentauglich. Alexander Graham Bell gründete 1877 die Bell Telephone Company, die 1885 in American Telephone und Telegraph Company (AT&T) umbenannt wurde. Zu dieser Zeit basierte die Telegrafie und Telefonie auf der „Eindraht-Technik“. Mit der Einführung des öffentlichen Energieversorgungsnetzes etwa 1900, musste diese aufgegeben werden. Als Rückleiter wurde bis dato die Erde verwendet, welche durch Bogenlampen in der Straßenbeleuchtung oder anderen Ursachen zu stark mit Störungen belastet war.

EMV-Normen in der Medizintechnik

Grundlagen der elektromagnetischen Verträglichkeit Teil 1/3

Ein weiterer Meilenstein der Elektrotechnik war die Ausbreitung der Funktechnik. Anfangs noch von der kaiserlichen Marine genutzt, um drahtlose Telegramme zu versenden, wurde es bald von der Öffentlichkeit in Form des Rundfunks entdeckt (1930). Bereits damals versuchte man die Störungen zu dämpfen und gründete das Comite Internationale Speciale de Perturbations Radioelectrique (CISPR). Im Zweiten Weltkrieg stieg die Anzahl an elektronischen Geräten rapite an und störten sich gegenseitig. Ein sicherer Betrieb war nicht mehr gewährleistet. Man erkannte schnell, dass nicht nur die Störquelle, sondern auch die Störfestigkeit von Geräten eine wichtige Rolle spielt.

Mitte der 60er Jahre boomte die Unterhaltungselektronik. Das Farbfernsehen im PAL-System wird in Deutschland eingeführt. Aus Kostengründen wählten die Hersteller Kunststoffgehäuse, die natürliche keine Schirmwirkung aufweisen. Durch die immer größer werdende Anzahl an Geräten, stiegen auch die Einstrahlstörungen an. Es gab noch keine festen Normen, an die sich die Hersteller halten konnten. Ab Anfang der 80er Jahre stellte der Verband deutscher Elektrotechniker neue Vorschriften für die Störaussendung und Störfestigkeit auf. Mittlerweile wurden die DIN VDE-Vorschriften auch in das europäische Normenwerk aufgenommen (die EN-Normen).

Die Entwicklung dieser Normen ist noch lange nicht abgeschlossen. Durch das Aufkommen immer neuerer Technik steigen die Anforderungen weiter an. Wie ich bereits in meinem Beitrag „Medizinische Geräte im Internet der Dinge“ beschrieben habe, geht der Trend zu vernetzten Geräten, die kontinuierlich mit dem Internet verbunden sind. Ein weiterer Trend geht in Richtung drahtlose Kommunikation und Datenübertragung. Die meisten Geräte sind heutzutage über Wi-Fi mit dem Internet verbunden. Wireless Charger ermöglichen das drahtlose Laden des Smartphones und NFC-Karten/-Chips werden verwendet, um in der Mensa zu bezahlen oder um Haustüren aufzuschließen.

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Grundbegriffe

Störquellen gibt es in verschiedenen Formen. Sie haben eins gemeinsam: Das Aussenden elektronischer oder magnetischer Störenergie. Es gibt sowohl natürliche Störer als auch künstliche. Natürliche Quellen stellen unter anderem atmosphärische Entladungen oder die elektrostatische Entladung dar. Künstliche Störquellen können beabsichtigt (z. B. Rundfunk) oder unbeabsichtigt (z. B. Frequenzumrichter) auftreten und werden von anderen elektronischen Geräten ausgesendet.

Störsenken sind elektrische Geräte oder auch Einrichtungen, die durch Störquellen funktionell beeinträchtigt werden können. Elektromagnetische Aussendungen können dazu führen, dass Signale falsch interpretiert werden oder Verstärker-Eingänge übersteuern, wodurch keine weitere Kommunikation möglich ist. Störsenken müssen eine gewisse Störfestigkeit aufweisen, um Fehlfunktionen zu vermeiden.

Es gibt drei wesentliche Ausbreitungswege: die leitungsgebundene elektromagnetische Ausbreitung, die Ausbreitung über magnetische oder elektrische Nahfelder und über elektromagnetische Wellen.

Kurzer Ausschnitt der EMV-Normen

Die EMV-Normen sind viel zu groß, um auf jeden Punkt einzugehen. Ziel ist es deshalb nicht, jede einzelne Norm aufzugreifen, sondern einen kleinen Überblick zu verschaffen. Die EMV-Normen unterteilen sich in die sogenannten Fachgrundnormen (EN 61000), in die Produktnormen und in die Prüfnormen. Fachgrundnormen sind allgemein gehalten und enthalten Normen zur Störfestigkeit und Störaussendung. Die Produktnormen sind speziell auf Produktgruppen abgestimmt. In den folgenden Tabellen finden Sie einen Überblick wichtiger Normen.

Fachgrundnorm Inhalt
EN6100-6-3 Störaussendung Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereich sowie Kleinbetriebe
EN61000-6-1 Störfestigkeit Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereich sowie Kleinbetriebe
EN61000-6-4 Störaussendungen Industriebereich
EN61000-6-2 Störfestigkeit für Industriebereiche

 

Produktnormen Inhalt
EN60601-1-2 Medizinische elektrische Geräte
EN61326-1 Elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte
EN301 489-1 Funkeinrichtungen – Gemeinsame technische Anforderungen

 

Prüfnormen Inhalt
EN55011 Störaussendung: ISM-Geräte – Grenzwerte und Messverfahren

Fazit

Die EMV-Technik ist ein sehr umfangreiches Thema (fast schon schwarze Magie), das sicherlich nicht ausführlich in einem Blog-Artikel erklärt werden kann. Ich hoffe, ich konnte Ihnen einen kurzen Einstieg in die Thematik verschaffen und habe Ihr Interesse wecken können. Weiter Artikel werden auf diesem Blog noch folgen. Hinterlassen Sie mir doch ein kleines Feedback. Ich beantworte Ihnen jegliche Fragen zu diesem Thema.

Viele Grüße

Autor

  • Daniel Saffer war als Firmwareentwickler für die MEDtech Ingenieur GmbH tätig. Zu seinen Aufgabengebieten gehörte die Entwicklung der Embedded Software eines Nervenstimulationsgeräts, sowie eines Systems zur drahtlosen Steuerung eines C-Bogens. Eine weitere Aufgabe war die Erstellung von Risikobetrachtungen und Assessments aus Cybersecurity-Sicht für verschiedene Medizinprodukte.

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