Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik [EMV] Verbindung: Schirm <-> Metallgehäuse - RC-Kombination ?


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von Martin (Gast)


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Hallo,

ich bin gerade dabei, mich in den störungssicheren Aufbau von 
Schaltungen einzuarbeiten. Wird eine geschirmte Leitung in ein 
Metallgehäuse geführt, dann sieht man immer wieder, dass der Schirm über 
eine Kombination eines 1MOhm Widerstandes parallel zu einem 1nF 
Kondensator mit dem Metallgehäuse verbunden wird.

Dient diese Kombination zur Entkopplung bzw. Auftrennung der Masse 
zwischen Schirm und Gehäuse, damit keine Masseschleife entsteht?

Welche Funktion haben die beiden Bauelemente genau? Kann mir da jemand 
eine kurze Erklärung geben, oder ein Stichwort bzw. Link, wonach ich 
suchen muss und mich belesen kann?

Wie dimensioniert man die Bauelemente? Werden da generell 
Erfahrungswerte genommen? Ich habe die Kombination auch schon mit einem 
1MOhm R und einem 220nF C gesehen, deshalb frage ich wegen der 
Dimensionierung.


MfG

Martin

von Kai K. (klaas)


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>Dient diese Kombination zur Entkopplung bzw. Auftrennung der Masse
>zwischen Schirm und Gehäuse, damit keine Masseschleife entsteht?

Ja.

>Welche Funktion haben die beiden Bauelemente genau?

Der Widerstand dient der Entladung des Caps von statischen Aufladungen 
(ESD, ect.). Der Cap führt eine "weiche" Erdung durch: Für tiefe 
Frequenzen (DC, Netzbrumm, etc.) erscheint die Verbindung aufgetrennt, 
hohe Störfrequenzen dagegen können zur Erde abfließen.

>Wie dimensioniert man die Bauelemente?

Der Cap erhält 1...10nF/1kV und der Widerstand 1M. Im industriellen 
Umfeld, wenn Surge auftreten kann, müssen beide Bauteile rund 1kV 
aushalten. Auch bei ESD profitieren die Bauteile von einer 
Hochspannungsfestigkeit. Bei sehr rauhen Anwendungen verwende ich gerne 
einen Y-Cap, entweder den KX von Murata oder den PME271 von Rifa. Dazu 
einen entsprechend hochspannungsfesten Widerstand.

von Martin (Gast)


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Danke Kai! :-)

Wendet man die weiche Erdung am besten immer an oder gibt es 
Situationen, wo eher die harte Erdung gebraucht wird?

Ich würde denken, dass die weiche Erdung gebraucht wird, wenn der Schirm 
zur Führung des Betriebsstromes, also als Masse, benutzt wird. Dort kann 
eine Masseschleife Störungen auf der Masse bewirken.

Wie sieht es aus, wenn die Betriebsmasse als extra Leitung in dem 
geschirmten Kabel geführt wird? Dann hat der Schirm eine reine 
Schirmwirkung und eine Masseschleife würde nichts ausmachen, oder? Ob 
nun im Fehlerfall oder durch die Masseschleife ein Strom über den Schirm 
zur Erde abgeleitet wird, sollte doch eigentlich egal sein ?

Meine konkrete Anwendung besteht vereinfacht aus 2 Geräten. Gerät 1 ist 
am Netz angeschlossen und geerdet. Gerät 2 kann kabelgebunden 
herumgetragen werden und soll deshalb nicht geerdet werden. Ein 
geschirmtes Cat.5 Kabel soll Gerät 1 und Gerät 2 verbinden. Beide Geräte 
haben ein Metallgehäuse. Über das twisted-pair Cat.5 Kabel werden vier 
Adern für RS422 und 2 Adern für +24V und GND geführt.

Da das Gehäuse von Gerät 2 ein definiertes Potential benötigt und 
ebenfalls eine Schirmwirkung erfüllen soll, würde ich den Schirm 
beidseitig mit dem Gehäuse verbinden. Im Moment entsteht noch keine 
Masseschleife, aber bei Berührung, Anbringung am Gehäuse von Gerät 1 
oder beim Ablegen auf einer Metallplatte oder ähnlichem wird das Gehäuse 
kapazitiv geerdet.

Ist es nun trotzdem ratsam eine weiche Erdung zu verwenden, trotz extra 
geführter Masseleitung?

von Benjo (Gast)


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Hallo,

ich habe einen flaches Gestell mit Vierkant-Aluprofilen [ca. 2x2m] als 
Halterung von verschiedenen Temperatur- , Druck- und Wegsensoren.

Das ganze Gestell habe ich auch schon auf PE geerdet und versorge die 
Sensoren mit einem 24V Netzteil, von wo ich auch mit Stabis auf 12V bzw 
5V runtergehe für die Temperatursensoren.

Über die ganzen Versorgungssleitungen und Analogausgangsleitungen habe 
ich Schirmgeflecht drüber gezogen und sternförmig auf PE gelegt.

Jetzt hab ich immernoch viel Rauschen auf PE, Versorgung und vom 
Temperatursensor von p-p 40mV bei 0V bis 1V Ausgangsspannung. Die 
Drucksensoren haben eine Ausgangsspannung von 0V bis 10V, da fällt das 
nicht so ganz ins Gewicht.

Gibt es hier noch eine besser Möglichkeit das Rauschen, EMV ect zu 
unterbinden oder muss ich auch hier eine "weiche" Erdung vornehmen? Mir 
sind auch irgendwie die Regeln nicht ganz bekannt? Gibt es hierzu einen 
Artikel oder etwaige Literatur mit ein paar Beispielen?

Viele Grüße

von Easylife (Gast)


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Würde eine Symmetrierung der Messsignale direkt am Sensor vorschlagen.
Lange bewährt im Audiobereich (Mikrofone).

von Tom K. (ez81)


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Die Symmetrierung hilft nur dann richtig, wenn man weiß, was man tut und 
Schirm und Masse unterscheidet und den Mist, den der Schirm eingefangen 
hat, nicht über die Schaltungsmasse ableitet und diese dadurch 
verschmutzt. Im Audiobereich heißt das "pin 1 problem".

Benjo schrieb:
> Rauschen [...] von p-p 40mV
Im Audiobereich ist es völlig normal, einstellige mV-Signale über zig 
Meter mit zig dB SNR zu übertragen. Die 40mV sollte man deutlichst 
senken können, wenn die Umgebung nicht völlig EMV-verseucht ist.

Benjo schrieb:
> etwaige Literatur
Die EMV-Bibel heißt Elec_NOSPAM_tromagnetic Compatibility Engineering¹ 
von Henry W. Ott. Jede bessere UB sollte dieses oder mindestens den 
Vorgänger "Noise Reduction Techniques in Electronic Systems" haben.



¹ http://www.hottconsultants.com/book.html
EDIT: NOSPAM entfernen, das Forum baut einen kaputten Amazonlink ein.

: Bearbeitet durch User
von Kai K. (klaas)


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>Das ganze Gestell habe ich auch schon auf PE geerdet...

Warum?

>Über die ganzen Versorgungssleitungen und Analogausgangsleitungen habe
>ich Schirmgeflecht drüber gezogen und sternförmig auf PE gelegt.

Warum?

Sind die Sensor-Elektroniken irgendwie elektrisch mit dem Gestell 
verbunden? Was sind das für Sensoren genau und was machen die da?

von Easylife (Gast)


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Tom K. schrieb:
> Die Symmetrierung hilft nur dann richtig, wenn man weiß, was man
> tut und
> Schirm und Masse unterscheidet und den Mist, den der Schirm eingefangen
> hat, nicht über die Schaltungsmasse ableitet und diese dadurch
> verschmutzt.

...und genau dafür gibt es ja solche Foren, um dabei Hilfestellung zu 
leisten.

>
> Benjo schrieb:
>> Rauschen [...] von p-p 40mV
> Im Audiobereich ist es völlig normal, einstellige mV-Signale über zig
> Meter mit zig dB SNR zu übertragen. Die 40mV sollte man deutlichst
> senken können, wenn die Umgebung nicht völlig EMV-verseucht ist.

Soso. Aber wie du das machen würdest, lässt du mal elegant aus.

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