EMV-Problematik bei E-Fahrzeugen - Lösungsmöglichkeiten

Ungewollte Schaltvorgänge, Störungen in der Empfangsqualität, verfälschte Messwerte und fatale Fehleinschätzungen der Bordelektronik durch elektromagnetische Felder (EMV) müssen verhindert werden. Denn eine unerwartete Vollbremsung des Notfall-Bremsassistenten bei Tempo 130 kann sehr gefährlich sein.

Zum Ende des vergangenen Jahrhunderts gab es erste Fehlauslösungen von Airbag-Sensoren durch Funkeinstrahlungen. Seit dem sind unsere Fahrzeuge immer mehr mit Elektronik vollgestopft worden. Diese musste bislang z.B. besonders robust gegenüber den elektromagnetischen Feldern von Mobiltelefonen sein.

Damit Elektromobilität nicht zu einer ressourcenfressenden Anwendung für Kupfer wird, werden permanent die Betriebsspannungen nach oben gedreht. Denn Leistung ist nun mal das Produkt aus Spannung und fließendem Strom. Kupfer eines bestimmten Querschnittes trägt nur eine bestimmte Stromstärke. Will man mehr Leistung übertragen, ohne mehr Kupfer mit herum zu fahren, muß man unweigerlich die Spannung erhöhen.

Bei Leistungen von 50 KW und mehr pro Elektromotor in einem E-Mobile und Spannungen bis zu 1000 VDC und Strömen bis über 200 Ampere entstehen massive elektrische Felder. Daher ist der gesamte Hochvoltbereich eines Elektro-Fahrzeuges geschirmt. Andernfalls wäre ein sicherer Betrieb der vielen Sensoren, Aktoren, Recheneinheiten und Steuerelektronik-Baugruppen gar nicht möglich.

Zum Betrieb eines Elektroantriebes wird aus einer hohen Gleichspannung durch Zerhacken eine 3-Phasen-Wechselspannung mit variabler Frequenz erzeugt. Allein durch die wesentlich höheren Spannungen verfünfzigfachen (50x; 34db) sich die Störungen gegenüber herkömmlicher 12V/24V - Kraftfahrzeug-Elektronik. Hinzu kommen die steileren Schaltflanken moderner Motorelektroniken. Es entsteht ein sehr intensives und breites hochfrequentes Störspektrum.

Spezialisierte Prüflabore bieten entsprechende Messungen auf Fahrzeugebene, jedoch auch auf Baugruppen- und Geräteebene an. Besonders die hohen Spannungen und Stromstärken stellen auch diese Labore vor neue Herausforderungen.

Bereits in der Entwicklung werden die EMV-Richtlinien wie CISPR 25 oder ISO 11452 neben firmeninternen Vorgaben zur EMV berücksichtigt. Dennoch kann es passieren, dass sich Lücken in der Schirmung auftun. Im simpelsten Fall zum Beispiel durch den Austausch eines Metallgehäuse gegen ein Kunststoffgehäuse wegen des Gewichtsvorteils. Da Kunststoffe an sich keinen EMV-Schutz bieten, müssen nun entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um den EMV-Schutz zu gewährleisten (quellen- und empfängerseitig).

CMC Klebetechnik bietet dafür verschiedene Produkte an, mit denen man Gehäuse und Baugruppen EMV-fest machen kann. Im Prinzip handelt es sich um metallische Folien und Gewebe in Form von Klebebändern oder Stanzteilen. Sie stellen den Inhalt eines Baukastens dar, mit dessen Hilfe man „EMV-Schirme“ erzeugen, verstärken oder miteinander verbinden kann. Dabei kombinieren die Produkte die leichte Montage von selbstklebenden Produkten mit der Funktionalität von metallischen Produkten für die EMV.

 Leicht, flexibel effizient – CMC 80782 metallisiertes Vlies mit hoher Schirmleistung

Dieses sehr leichte und flexible PA-Vlies ist thermisch verfestigt. Die Fasern von CMC 80782 sind komplett ummantelt mit einer Zinn-Aussenschicht, die korrosionsbeständig ist. Das metallisierte Vliesklebeband kann auch auf 3D-geformte Oberflächen verklebt werden und schirmt bei 1 MHz mit 82 dB ab. Durch die „wirre“ Faserstruktur ist das Material trotz geringer Metallauflage (Gewicht) sehr effizient. Der alterungsbeständige Acrylatkleber ist elektrisch leitend eingestellt, so dass „simples“ übereinander Kleben bereits einen elektrische Kontakt erzeugen.

CMC 80829 - robust und beständig gegenüber Umwelteinflüssen - Korrosionsschutzbeschichtetes Gewebe mit Versilberung

Ein äußerst reißfestes und korrosionsschutz-beschichtetes Gewebe, dass dank der Versilberung der einzelnen Gewebefasern auch bei häufigen Begebelastungen elektrisch leitend bleibt. CMC 80829 schimt E-Felder gut ab. Der Kleber ist selbst für EPDM oder andere abweisende Oberflächen geeignet. Als spiralförmig verklebtes Wickelband oder leichtgewichtiges Stanzteil mit hoher mechanischer Festigkeit (Fallschirmseide, Ripstop-Nylon)

Klassiker bei E-Feld-Schirmungen – CMC 91743 Kupferklebeband mit elektrisch leitendem Kleber

Die Kupferklebebänder von CMC Klebetechnik gibt es als blanke Kupferfolie, mit beidseitiger Zinnplattierung und als Laminat mit Isolationsmaterialien.

CMC 91743 hat zusätzlich eine Beschichtung mit einem elektrisch leitenden Kleber. Dadurch ist auch mit diesem Material eine Kontaktierung z.B. mit der Schirmungserde leicht durch Verkleben zu erzielen. CMC 91815 ist die zinnplattierte Version, ebenfalls mit elektrisch leitendem Kleber und erheblich besserem Korrosionsschutz und auch Lötbarkeit.

EMV Stanzteile – vorgeformte Bauteile mit Schirmeigenschaften für Serienanwendungen

Der große Vorteil von Stanzteilen ist ihre feste, vorgegebene Form. Im Vorfeld der Anwendung kann man sich Gedanken darüber machen, wie das Formteil z.B. befestigt werden kann: selbstklebend, in Schienen, verschraubt oder eingeklemmt.

Um elektromagnetisch wirksam zu sein, werden Metallfolien (meist Kupferfolien) für solche Stanzteile verwendet. Diese sind oft in Isolationsfolien „eingepackt“, um einen elektrischen Kurzschluß zu vermeiden. Öffnungen für Kontaktfedern, blanke Metallnasen für das Anlöten oder einseitig blanke Löcher für Schraubbefestigungen sind genauso möglich wie kundeneigene Idee.

Durch die umfangreichen Weiterverarbeitungsmöglichkeiten (z.B. Schneidplotter, Hub- und Rotationsstanzen) sind Erstmuster genauso wirtschaftlich zu fertigen wie Großserien.

Elektromagnetisch wirksame Klebebänder, Stanzteile und Beschichtungen helfen auch im automobilen Umfeld, Vorschriften einzuhalten, z.B.

  • UN-R 100 (Elektrische Betriebssicherheit für E-Mobility)

  • UN-R 10 (EMV)

  • VdTÜV Merkblatt 764 "Elektrofahrzeuge"

  • RL 72/245/EWG (Elektromagnetische Verträglichkeit; EU Richtlinie)

  • DIN EN 61000-6 EMV - Störfestigkeit

  • IEC 61851

  • EMV-Richtlinie 2014/30/EU

  • CISPR 12 und CISPR 25

  • Herstelleranforderungen von z.B. BMW, VW, PSA, AUDI, Fiat....

Allen EMV-Lösungen von CMC gemein ist eine kundenindividuelle Ausführung. Bei Rollenware ist es die passende Breite. Bei simplen Rechtecken kann sogar ein Klebebandspender von CMC eine einfach Möglichkeit zur Vereinzelung sein. Bei Stanzteilen sind es die Beratung im Vorfeld bezüglich Machbarkeit und dann die zur Anwendung passende Ausführung (z.B. überstehende Isolation, partielle Kleberbeschichtung). Sogar die verwendeten Materialien können variiert werden (z.B. Nickel als Korrosionsschutzschicht anstelle Zinn).

Mit Hilfe von Produkten aus dem Hause CMC Klebetechnik kann in vielen Fällen die Störfestigkeit erhöht und die Störausstrahlung ohne Einsatz aufwändiger Maßnahmen verringert werden (z.B. auch Einsatz im MEB (Modular Electrification Toolkit) von VW).

Natürlich finden sich im Programm der CMC Klebetechnik auch Lösungen für andere Aufgaben im Elektromobil. Seien es Elektroisolations-Klebebänder, wärmeleitende Produkte für die Entwärmung, doppelseitige Klebebänder für Befestigung, Montage und Dämpfung (Akustik) oder hochtemperaturfeste Klebebänder. Auch spezielle cti- und teilentladungsbeständige Klebebänder z.B. zur Isolation der EMV-Filter im HV-Strang (Gleichstrom- und Wechselstrom-Filter)

EMV-Problematik bei E-Fahrzeugen - Lösungsmöglichkeiten