Interview mit Ronny Kirsch, Geschäftsführer bei Schlöder GmbH, zu erfolgreichen EMV-Tests
„Wer intern testet, hat im Labor die besseren Karten.“
Immer mehr Entwicklungsabteilungen führen ihre EMV-Tests intern durch. Doch nicht jede Messung genügt den Anforderungen, und nicht jedes Prüfgerät liefert zulassungsrelevante Ergebnisse. Wo also beginnt sinnvolles Pre-Compliance-Testing? Was ist für den offiziellen Nachweis erforderlich? Und woran scheitern Inhouse EMV-Tests in der Praxis am häufigsten?
Wir haben mit Ronny Kirsch, Geschäftsführer bei Schlöder GmbH, über typische Fallstricke, die richtige Teststrategie und die Bedeutung der passenden Prüfgeräte gesprochen. Sein Unternehmen entwickelt und vertreibt spezialisierte EMV-Testsysteme; er kennt also sowohl die technische Seite als auch die typischen Herausforderungen auf Anwenderseite. Ein Gespräch für alle, die in der Produktentwicklung nichts dem Zufall überlassen wollen, und sich sicher durch den Zulassungsprozess bewegen möchte (Interview in Auszügen veröffentlicht in der Elektronik Praxis unter „Wer intern testet, hat im Labor die besseren Karten“).
Herr Kirsch, wer muss sich überhaupt mit EMV-Tests beschäftigen?
Jeder, der ein elektronisches Gerät in der EU in Verkehr bringen möchte. Denn ohne CE-Kennzeichnung darf kein solches Produkt verkauft oder in Betrieb genommen werden, und ein zentraler Bestandteil dieser CE-Kennzeichnung ist der Nachweis der elektromagnetischen Verträglichkeit.
Gerade in technisch anspruchsvollen Branchen gehören detaillierte EMV-Berichte in Ausschreibungen oder bei Freigabeprozessen heute ganz selbstverständlich dazu. Wer hier nicht sauber dokumentieren kann, hat im Zweifel das Nachsehen – unabhängig davon, wie gut das Produkt tatsächlich funktioniert.
Und was genau wird bei einem EMV-Test geprüft?
Im Kern geht es darum, zwei Dinge sicherzustellen: Erstens, dass das Gerät keine unzulässig hohen elektromagnetischen Störungen verursacht, also keine anderen Geräte stört. Und zweitens, dass es gegenüber äußeren Störeinflüssen ausreichend robust ist.
Dafür gibt es definierte EMV-Tests: Emissionstests messen die ausgesendeten Störungen. Störfestigkeitstests prüfen, wie das Gerät auf definierte Störgrößen reagiert. Ziel ist es bei beiden, zu prüfen, dass keine Funktionsstörung unter Standardbedingungen stattfinden.
Viele Entwickler starten früh mit ersten Prüfungen. Wie unterscheiden sich Pre-Compliance- und Compliance-Tests konkret?
Beim Pre-Compliance- bzw. entwicklungsbegleitenden Test – zumeist in einem eigenen internen Labor – prüft man während der Entwicklung des Produktes, ob es erste Hinweise auf EMV-Probleme gibt.
Das ist quasi ein pragmatischer Vorab-Check, mit dem man größere Überraschungen im späteren Zulassungstest vermeiden will.
Beim eigentlichen Compliance-Test geht es dann darum, die Einhaltung der Normen nachzuweisen – deswegen finden diese EMV-Tests fast immer in einem akkreditierten Labor statt.
Könnte ich diese EMV-Tests denn auch selbst durchführen, wenn ich die richtige Ausrüstung habe?
Grundsätzlich ja. Viele entwicklungsbegleitende Tests wie ESD, Burst, Surge oder einfache Emissionsmessungen lassen sich mit geeigneter Ausrüstung gut im eigenen Labor durchführen.
Die Prüfgeräte sind dabei häufig identisch mit denen in einem akkreditierten Labor also normkonform in Bezug auf Messgenauigkeit, Kalibrierbarkeit oder Signalgenerierung. Wir empfehlen, sich in punkto eigenem Prüfaufbau immer möglichst nah an dem finalen Setup im Prüflabor zu orientieren. Testet das Labor im Bereich IEC 61000-4-6 z.B. mit CDNs, oder mit einer EM-Koppelstrecke?
Aufgrund der technisch bedingten hohen Toleranzbereiche in den EMV-Normen empfehlen wir auch immer eine Übertestung der eigenen Produkte von ca. 10% bis gerne 30%.
Den meisten Kunden ist die Bedeutung von entwicklungsbegleitenden Tests heute absolut klar. Spätestens wenn ein fest geplantes Produkt Release verschoben werden muss, weil das Produkt die finalen EMV Tests nicht bestanden hat, ist diese Erkenntnis da.
Welche Normen sind denn überhaupt relevant für Entwickler?
Jede Zielbranche verweist auf andere branchenspezifische EMV-Produktnormen. Diese wiederum enthalten in den meisten Fällen Verweise auf generische Basisnormen wie die IEC 61000-x-Reihe oder dedizierte ISO Normen, in denen die Prüfverfahren, Testaufbauten und Geräte genau beschrieben sind. Die Auswahl passender Prüfgeräte ist also keine triviale Aufgabe.
Es reicht nicht, einfach irgendeinen Störgenerator oder Messempfänger zu kaufen – das Gerät muss exakt zu der geforderten Norm passen, die richtigen Prüfarten und Impulse abdecken, die nötigen Testlevel bereitstellen und zuverlässig kalibriert werden können. Wer hier die falsche Entscheidung trifft, riskiert nicht nur fehlerhafte Messergebnisse, sondern das Scheitern im Zulassungsverfahren.
Wie geht man also am besten vor?
Am Anfang muss man sich die Frage stellen: Welche EMV-Tests sind für mein Produkt relevant und welche will und kann ich selbst im eigenen Labor durchführen? In vielen Fällen reicht ein Pre-Compliance-Setup, um die häufigsten Schwachstellen während der Entwicklung zu erkennen. Für die finale Prüfung – also den normkonformen Compliance-Test – braucht es dagegen in der Regel den EMV-Test in einem akkreditierten Labor mit entsprechend zertifizierten Geräten.
Wenn klar ist, welche EMV-Tests man intern abdecken möchte, muss man als nächstes die relevanten Normen identifizieren. Die geben vor, welche Arten von Störgrößen geprüft werden müssen, also etwa ESD, Burst, Surge oder auch leitungsgeführte Störungen, Spannungsunterbruch, oder Magnetfelder. Danach schaut man, welche Testlevel gefordert sind: Welche Spannungen, Ströme oder Impulsformen muss das Prüfgerät erzeugen?
Erst jetzt kommt die Frage nach der Gerätewahl: Macht ein Kombigerät Sinn, das mehrere Störarten abdecken kann, z.B. Burst, Surge und Spannungsunterbruch in einem Gerät? Wichtig ist in jedem Fall, dass das Gerät tatsächlich die geforderten EMV-Tests auch normgerecht abbilden kann.
Wer bei diesen Schritten sauber analysiert, spart sich im Nachhinein viel Aufwand und kommt schneller zu belastbaren Ergebnissen.
Was müssen die Geräte technisch mitbringen, um in solchen EMV-Tests eingesetzt werden zu dürfen?
Die Anforderungen sind in den jeweiligen Normen klar definiert. Zum Beispiel, welche Pulsform, Wiederholrate oder Impedanz das Gerät liefern muss, wie die Prüfspannung geregelt wird oder welche Genauigkeit erforderlich ist. Ebenso wichtig ist der Nachweis, dass das Gerät regelmäßig geprüft und kalibriert wurde, z.B. durch eine Werkskalibrierung oder eine akkreditierte Stelle.
Wichtig ist auch, die Einzatzdauer der Geräte zu berücksichtigen. Im EMV Bereich halten die Geräte gerne 10, 15 oder auch mehr Jahre. Hier ist darauf zu achten, dass die Geräte auch bei Änderungen in der Norm noch möglichst umgebaut bzw. angepasst werden können (Schloeder GmbH | EMV-Systeme & Komponenten - 28 Jahre alter SFT 400 erfolgreich repariert!), und ggf. höhere Prüflevel erreichen, als heute vorgegeben.
Nun hängt das EMV-Test-Ergebnis nicht nur vom Gerät ab, sondern auch vom Testaufbau. Was gilt es da zu beachten?
Ganz genau. Der Testaufbau ist entscheidend für verlässliche Messergebnisse. Die Komplexität des Prüfaufbaus hängt zumeist vom Prüfling und der Norm ab. Hier gibt es dann Unterschiede, ob beispielsweise ein Haushaltsgerät relativ einfach über die Schutzkontakt-Steckdose eines Burst- oder Surge Generators getestet werden kann, oder ob eine komplexe Steuerelektronik im Bereich leitungsgeführte Störungen über diverse CDNs und EM-Koppelstrecken getestet wird.
Es reicht nicht, den Aufbau beim EMV-Test „ungefähr richtig“ zu machen. Bereits kleinste Abweichungen wie ein fehlender Abschlusswiderstand können das Messergebnis deutlich beeinflussen. Besonders bei leitungsgeführten Störfestigkeitstests oder Feldstärkemessungen braucht es absolute Präzision.
Ich empfehle daher immer, einen EMV-Experten hinzuziehen. Der kann helfen, den Testaufbau normgerecht umzusetzen und auf die konkrete Produktanwendung abzustimmen.
Die Zeiten, in denen Kunden das Geld für einen ESD Generator sparen und für ESD Tests ein elektronisches Feuerzeug nutzen wollten, sind jedoch zum Glück vorbei.
Spätestens für die formale CE-Zulassung braucht es dann den EMV-Test im akkreditierten Labor. Wann ist dieser Schritt fällig?
Der Nachweis der elektromagnetischen Verträglichkeit ist in der EU gesetzlich vorgeschrieben und gehört zum CE-Kennzeichnungsprozess. Und diesen formal korrekt und rechtssicher zu führen, braucht es in der Regel ein akkreditiertes EMV-Labor.
„In der Regel“ deshalb, weil es theoretisch auch möglich ist, den Nachweis im eigenen Labor zu führen – vorausgesetzt, die Testumgebung erfüllt die gleichen strengen Anforderungen wie ein akkreditiertes Labor und der Hersteller kann die Einhaltung aller Normen vollständig belegen. In der Praxis ist das aber selten der Fall, weil es mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden ist.
Entwicklungsbegleitend hingegen kann man viel im eigenen Haus abdecken: erste Burst-, Surge oder ESD-Tests, Emissionsmessungen oder Magnetfeld-Tests. Inhouse EMV-Tests sind deshalb so beliebt, weil sie Schwachstellen erkennen, noch bevor das Produkt ins finale Zulassungsverfahren geht. Denn niemand freut sich über teure Redesigns in der letzten Entwicklungsphase.
Welche EMV-Tests eignen sich denn besonders gut für die Entwicklungsphase?
Ein klassischer Einstieg ist die „heilige Dreifaltigkeit“ der EMV Tests.
ESD-Tests – also die Prüfung auf elektrostatische Entladungen – sind in dieser Phase sinnvoll. Sie zeigen, wie empfindlich ein Gerät gegenüber Berührungen z.B. an USB-Anschlüssen oder Bedientasten ist. Diese Tests können am offenen Aufbau oder später am fertigen Gehäuse durchgeführt werden.
Auch Burst-Tests, die schnelle transiente Störungen auf Versorgungsleitungen und Signalpfaden simulieren. Diese können direkt auf der Leiterplatte durchgeführt werden, noch bevor das Gerät ein Gehäuse hat. So lassen sich z. B. die Widerstandsfähigkeit von Spannungsversorgungen oder Kommunikationsschnittstellen prüfen – ein häufiger Schwachpunkt.
In den etwas späteren Entwicklungsphasen lohnen sich auch ein Surge-Tests, um Überspannungsszenarien zu simulieren, wie sie z. B. durch Netzschaltungen oder Blitzeinschläge auftreten können. Insbesondere bei Geräten mit Netzanschluss oder auch langen Leitungen macht dieser Test auch inhouse Sinn.
Und wie viel Zeit sollte man für solche Pre-Compliance-Tests einplanen?
Wer bereits Erfahrung mit der eigenen Produktkategorie und passende Prüfgeräte zur Verfügung hat, schafft erste Tests auch in wenigen Stunden. Bei komplexeren Systemen mit vielen Schnittstellen oder anspruchsvollen Normen kann es auch mal mehrere Tage dauern.
Sie sprachen es bereits an: Manchmal wird auf Leiterplattenebene getestet, manchmal auf Geräteebene. Wovon hängt das ab?
Das hängt im Wesentlichen von der Entwicklungsphase und dem Ziel des EMV-Tests ab. In der frühen Konzept- und Prototypenphase wird oft direkt auf Leiterplatten- bzw. Bauteilebene getestet. Das hat einen einfachen Grund: Man ist noch nah am Layout und kann bei Problemen schnell und gezielt Änderungen vornehmen, bevor überhaupt ein Gehäuse existiert. Gerade Burst-Tests oder ESD-Tests direkt auf der Platine sind in dieser Phase sehr effizient und hilfreich.
Für die finale Bewertung eines Produkts im Hinblick auf die CE-Zulassung reicht das nicht mehr aus. Die schlechte Nachricht ist, das nur weil die Einzelbauteile die EMV-Tests bestanden haben, dies nicht auch auf das Gesamtsystem zutreffen muss. Hier ist daher das komplette System gefragt, also die fertig montierte Geräteeinheit inklusive Gehäuse, Bedienelementen, Kabeln und Netzanschluss. Denn nur so lässt sich realistisch beurteilen, wie sich das Produkt unter tatsächlichen Betriebsbedingungen verhält, und ob es auch in der Praxis störfest und emissionsarm genug ist.
Aber: Wer früh auf Platinenebene testet, schafft die besten Voraussetzungen für einen erfolgreichen Endtest auf Geräteebene.
Wie kann der Prüfingenieur erkennen, ob das Gerät unter EMV-Einfluss korrekt funktioniert?
Das hängt ganz vom Gerät und seiner Funktion ab. In manchen Fällen ist das denkbar einfach: Eine Status-LED leuchtet grün, ein Display zeigt Messwerte oder ein Pieper gibt ein akustisches Signal. Dann kann der Prüfingenieur während der Störsimulation direkt sehen oder hören, ob etwas beim EMV-Test schiefläuft.
Bei komplexeren Geräten reicht das nicht. Hier braucht es automatisierte Testabläufe: Zum Beispiel kann eine spezielle Software während des EMV-Tests gezielt Funktionen durchlaufen und die Ergebnisse protokollieren. Oder es kommen Kamerasysteme zum Einsatz, wenn eine visuelle Kontrolle notwendig ist, etwa bei Displays oder Bedienoberflächen.
Wichtig ist: Vor dem EMV-Test müssen Entwickler und Labor gemeinsam definieren, was überhaupt als „korrekte Funktion“ gilt. Das kann je nach Gerät ja sehr unterschiedlich ausfallen. Nur wenn klar ist, was das Gerät im Störfall tun darf – und was nicht –, lässt sich die Störfestigkeit objektiv beurteilen. Oftmals ist nicht der Ausfall einer Maschine das Problem, sondern ein undefinierter bzw. unkontrollierter Zustand. Stellen Sie sich einen Roboterarm in einer Montagelinie vor, der nach einem kurzen Spannungseinbruch ein unkontrolliertes Eigenleben entwickelt.
Gerade bei den Kabeln gibt es bei EMV-Tests ja oft Unsicherheiten. Was ist dabei zu beachten?
Der EMV-Test muss unter realistischen Bedingungen stattfinden. Es müssen also exakt die Kabeltypen und -längen verwendet werden, die im Handbuch oder in der technischen Dokumentation für den bestimmungsgemäßen Gebrauch angegeben werden. Ausnahmen wie z.B. in der IEC 61000-4-6 sind klar definiert.
In der Entwicklung wird das Gerät oft mit kürzeren oder besser geschirmten Kabeln getestet, und das führt zu vermeintlich besseren Messergebnissen. Im späteren Zulassungstest mit der tatsächlichen Kabelkonfiguration treten dann plötzlich Störungen oder Grenzwertüberschreitungen auf. Solche Überraschungen lassen sich vermeiden, wenn man – sofern lt. Norm zulässig – von Anfang an mit den „echten“ Kabeln arbeitet.
Besonders aufwendig wird es bei leitungsgeführten Störfestigkeitsprüfungen nach IEC 61000-4-6. Hier muss jede Schnittstelle einzeln geprüft werden.
Genau – also jede Netzleitung, jede Datenverbindung, jede Steuerleitung. Und das jeweils mit einem passenden Prüfgerät (CDN), das in der Norm genau beschrieben ist. Unbelegte CDNs müssen dann korrekt abgeschlossen sein (offen oder mit 50 Ohm terminiert). Je mehr Anschlüsse ein Gerät hat, desto umfangreicher, komplexer und zeitintensiver wird der EMV-Test.
Der Ansatz, einfach alle Kabel in eine EM-Koppelstrecke reinzulegen ist auch schwierig, da dies zum einen für Versorgungsleitungen nur in Ausnahmefällen zulässig ist und zum anderen die Entkopplung komplizierter ist als bei einem Aufbau mit CDNs.
Dann ziehen wir jetzt ein Fazit: Lohnt sich ein eigenes EMV-Labor im Unternehmen?
Das hängt stark vom Entwicklungsschwerpunkt des Unternehmens ab – aber in vielen Fällen: Ja, ein eigenes EMV-Labor kann ein großer strategischer Vorteil sein.
Wenn regelmäßig neue Produkte entwickelt werden und diese sich auch noch technisch ähneln, kann man interne Testaufbauten optimieren und standardisieren. Das spart enorm viel Zeit, denn man kann unabhängig und sofort testen, wenn es gerade nötig ist. Hier lohnt sich ein eigenes Labor auch finanziell. Zwar ist die Anfangsinvestitionen nicht unerheblich, aber wer regelmäßig testet, amortisiert diese Investitionen oft schon nach wenigen Projekten. Mal ganz abgesehen davon, wie viel Zeit- und Kostenaufwand ein fehlgeschlagener Zulassungstest verursachen kann.
Ich würde außerdem argumentieren: Ein Inhouse-Labor stärkt die Entwicklungskompetenz im Unternehmen. Die Entwickler sehen direkt, wie sich Layoutänderungen oder neue Bauteile auf das EMV-Verhalten auswirken, können gezielt reagieren und bauen Know-How und Erfahrung auf, die für das Unternehmen wertvoll sind.
Und für Kunden, die sich das Equipment für ein internes Labor nicht gleich kaufen wollen, haben wir Mietgeräte für diverse Normen.
Vielen Dank für Ihre Zeit, Herr Kirsch!
Ich danke Ihnen.