EMV-Analyse am Beispiel einer Funkenerosionsanlage

Abstract

Funkenerosionsanlagen zählen zu den problematischsten hochfrequenten Störquellen im Industriebereich. Die vom Generator gelieferten steilflankigen Stromimpulse weisen bereits einen hohen Oberschwingungsgehalt auf. Hinzu kommen breitbandige stochastische Signalanteile durch den Funken selbst. Die Steuerelektronik steht im Signalaustausch mit der Leistungselektronik und den übrigen Anlagenkomponenten. Sie wird auf engstem Raum mit der Leistungselektronik betrieben. So ist schon die Sicherstellung der internen EMV eine Herausforderung. Der Maschinenaufbau bildet unvermeidlich eine effektive Antenne, zudem breiten sich Störungen leitungsgebunden über das Versorgungsnetz aus. Ausgeprägte Funkstörungen können ebenso die Folge sein wie Funktionsstörungen benachbarter Geräte und Anlagen. Der Gewährleistung der externen EMV kommt daher ebenfalls große Bedeutung zu. Ein Ziel der Arbeit ist, einen Beitrag zur selten behandelten Problematik der EMV von Funkenerosionsanlagen zu leisten. Bei EMV-Untersuchungen im Industriebereich wird oftmals eine rein experimentelle Herangehensweise gewählt; die Funkenerosionsanlage soll daher hier zugleich als komplexes Beispielobjekt dienen, um Brücken zwischen theoretischer Beschreibung, Simulation und experimentellem Vorgehen zu erarbeiten. In starkem Maße werden Modellbeschreibungen genutzt, wobei stets auf ingenieurtechnische Anschaulichkeit geachtet wird. Die leitungsgebundene Signalausbreitung im Generator wird an Hand eines schrittweise aufgebauten Ersatzschaltbildes analysiert. Die auftretenden Gleichtaktströme erweisen sich in besonderem Maße als kritisch und werden in das Modell einbezogen. Durch Vergleichsmessungen bei kurzgeschlossenem Funkenspalt und beim Erodieren wird der Signaleinfluß durch den Funken deutlich. Die Strahlungsmechanismen werden an einem ebenfalls schrittweise erstellten Feldsimulationsmodell untersucht. Zum Vergleich werden Strahler-Grundstrukturen herangezogen, die auf einfachste Weise wertvolle Abschätzungen erlauben. Es wird gezeigt, wie sich aus den Ergebnissen Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV ableiten lassen.