Elektrische Anlagen verursachen per se elektromagnetische Felder – erwünschte wie die Funkübermittlung und nicht erwünschte wie im Falle eines Haarföhns. Eine elektrische Anlage gilt als «elektromagnetisch verträglich», wenn sie andere Anlagen elektromagnetisch nicht übermässig stört. Auch muss sie gegen elektromagnetische Störungen anderer Anlagen, wie beispielsweise bei Medizinalgeräten – hier gibt es keinen Spielraum –, weitgehend immun sein. Für Fachleute hört sich das recht verständlich und logisch an.
Je früher EMV thematisiert wird, desto mehr Zeit und Geld spart man
Doch wer hilft dem EMV-Laien? Es gibt Gesetze, Vorschriften, Richtlinien, die das Thema für Layouter, Entwickler und Hersteller von elektrischen Systemen und Geräten greifbar machen. Wer schon beim Layout oder bei der Entwicklung auf EMV achtet, kann Geld und Zeit sparen. Wer «nachbessern» muss, ist froh, dass es leistungsfähige Firmen gibt, die diverse Produkte und Dienstleistungen zur Erreichung und Sicherstellung der EMV anbieten. Doch EMV ist nicht nur ein physikalisches Thema, sondern auch ein politisches.
Bezug der Gesprächsteilnehmer zum Thema EMV
Dazu Lucio Cocciantelli, Sektionschef beim BAKOM: «Als Marktüberwacher bin ich für die Umsetzung und Überwachung der Schweizer EMV-Richtlinien zuständig – unsere Richtlinien orientieren sich an den EU-Vorgaben. Diese Richtlinien sind auch Teil der bilateralen Verträge.»
Der Elektroingenieur und Freelancer Thomas Junker sieht seinen Bezug zur EMV zweigleisig. Auf der einen Seite versucht er immer wieder zu retten, was noch zu retten ist. Auf der anderen Seite berät er Firmen im Vorfeld einer Entwicklung, um EMV-Prob-leme erst gar nicht aufkommen zu lassen. «Es ist immer wieder lustig zu sehen, was für Schaltungen selbsternannte Fachleute heutzutage noch vorlegen. Man könnte meinen, sie hätten keine Elektronikerausbildung genossen.»
Jacques Sutter vom EMS-Dienstleister Hadimec erfährt von EMV-Problemen seiner Kunden meist erst, nachdem das entsprechende Produkt hergestellt ist und nicht fehlerfrei funktioniert: «Wir tragen als Fertigungsbetrieb keine EMV-Verantwortung.»
Der EMV-Prüfstellenleiter Kai Uwe Lauterbach von der RUAG Schweiz bietet vollumfängliche EMV-Prüfungen und -Consulting. «Als akkreditiertes Labor machen wir oft Erstprüfungen für eine problemlose Inverkehrsetzung von neuen elektrischen Geräten.»
Neben der Emission ist auch die Immunität von grosser Bedeutung
Der BAKOM-Experte stellt fest, dass man bei EMV-Untersuchungen stets beachten muss, dass elektrische Systeme störende Emissionen abgeben – aber auch, dass sie ihrerseits selbst eine zu geringe Immunität gegenüber EMV-Störungen aufweisen: «Es gibt aber auch bezüglich Immunität gesetzliche Grundlagen, die den Entwicklern an sich bekannt sein müssten.» «Dieses Thema wird noch an Aktualität zunehmen, gerade durch die vermehrte Verbreitung von Ein- und Ausgabegeräten», ergänzt Junker: «Wer beispielsweie einen Touch-Bildschirm in sein Produkt einbaut, sollte darauf achten, dass die Elektroden nicht nur als Sendeantenne wirken, sondern auch Signale aufnehmen und in die Schaltung hineinbringen.» «Die Störfestigkeit, also die Immunität, wird immer wichtiger», betont auch Lauterbach, «dies wird in Zukunft eine systemrelevante Eigenschaft.» Als Gründe nennt er steigende Komplexität, Miniaturisierung, zunehmende Datenraten, höhere Bandbreiten, eine immer kürzere Time-to-Market und die Kosten: «Je breitbandiger mein System ist, desto grösser ist das Einfallstor für allfällige Störungen – und diese gilt es zu verhindern.»
Der EMS-Dienstleister hat keine EMV-Verantwortung
Auf der Produktionsseite ist es recht schwierig, da man sich hier am Ende einer Entwicklung befindet. Jacques Sutter: «Wir können praktisch nur Anpassungen machen, seien es eine Abschirmung, eine zusätzliche Massenverbindung oder EMV-Komponenten einbauen – aber wie gesagt, die Time-to-Market ist heute so immens wichtig, dass alles schnell gehen muss.» Doch wie reagiert ein Kunde, der «sein» Gerät beim EMS-Betrieb abholt und dann merkt, dass es stört? Wer trägt die Verantwortung und zahlt ein allfälliges Re-Engineering?
Der Fertigungsfachmann: «Wir bei Hadimec haben keine umfassende EMV-Kom- petenz und tragen daher keine Verantwortung. Klar schauen wir gemeinsam mit unserem Kunden, ob wir durch kleine technische Veränderungen wie Masseanbindung oder Abschirmblech rasch Abhilfe leisten kön-nen – aber EMV ist eindeutig Kundensache.»
Optimale EMV beginnt im Kopf
Es stellt sich die Frage, was ein Kunde macht, der vom EMS-Anbieter sein Gerät erhält und dann unerklärliche Funktionsstörungen bemerkt. Folgende Odyssee kann die Konsequenz sein: Ein EMV-erfahrener Entwickler wie Thomas Junker wird um Rat gefragt. Er kann helfen, und der EMS-ler baut eine korrigierte Version. Jetzt landet besagtes System auf dem Tisch von Kai Uwe Lauterbach, der seinerseits die technische Freigabe erteilt: «Wenn ein Gerät bei uns durch ist, ist es störungsfrei.» Doch wer soll das bezahlen? Einhellige Meinung: der Kunde, denn das Prob-lem liegt in den Anfängen des neuen Produkts. Jacques Sutter: «Solche Odysseen gibt es tatsächlich – und es gibt dann auch vier Rechnungen.» Der RUAG-Experte Lauterbach gibt den Tipp, dass Kunden ihn frühzeitig einbinden sollten. Denn dann garantiere er, dass aus seinem EMV-Labor für die Serienproduktion freigegebene Geräte kämen und dem Kunden unnötiger Ärger erspart bliebe. Ganz wichtig ist ihm die Feststellung, dass EMV nicht im Gerät stecke, sondern «eindesignt» werden müsse: «EMV kommt von aussen!» Doch was ist mit den Geräten, die sich bereits vor der erfolgreichen EMV-Prüfung im Markt befinden?
Qualität der elektrischen Geräte wird schlechter
Lucio Cocciantelli: «Als Marktüberwacher bekommen wir auch oft Informationen von Konkurrenten über allfällige irreguläre Geräte des Mitbewerbs. Einer solchen Anzeige gehen wir normalerweise nach und untersuchen das gemeldete Gerät. Leider müssen wir feststellen, dass die Qualität der elektrischen Systeme in den letzten Jahren nachgelassen hat – speziell was die Themen EMV und Immunität betrifft.» Am meisten staunt der BAKOM-Mitarbeiter über Firmen, die grosse Serien von Produkten herstellen und verkaufen, ohne technische Unterlagen. «An sich ist es ganz einfach: Das Gesetz schreibt vor, dass zu jedem elektrischen Gerät ein Papier vorhanden sein muss, das dessen Konformität beschreibt.» Dazu gehören Schema, Gerätebeschreibung, Datenblatt, Konstruktionszeich- nung, Prüfbericht usw. «Und wenn wir diese Papiere dann verlangen, bekommen wir einfach nichts!» Wichtig dabei ist auch die Tatsache, dass dieses Vorgehen nicht nur für «Swiss-Made»-Geräte gilt, sondern auch für alle importierten elektrischen Produkte. «Die Nachweispflicht liegt ganz klar bei den Importeuren», betont Cocciantelli, «wir geben den Firmen den Tipp: Sichert euch beim Produzenten den Zugang zu diesen Unterlagen.» Das BAKOM reagiert auf fehlerhafte Geräte mit Verwarnungen, Bussen oder der Pflicht, alle betroffenen Geräte wieder vom Markt zu nehmen – das Spektrum ist recht weit gefächert.
Hauptproblem liegt in der Ausbildung
Ein Riesenproblem – darüber ist sich die Gesprächsrunde vollends einig – liegt in der mangelhaften Ausbildung bzw. Sensibilisierung der jüngeren und kommenden Entwicklergemeinde in der Schweiz in Sachen EMV. Man müsste einen Ausweg aus dem Spannungsfeld mangelhafte Ausbildung an den Fachhochschulen und Universitäten, zunehmende Komplexität, schlechte Qualität, immer kürzere Time-to-Market und dem Kostendruck finden. Doch wie?
Für Jacques Sutter liegt das Problem primär am Mangel an EMV-Spezialisten: «Bevor wir ein Gerät produzieren, sollte ein EMV- Profi die Entwicklung kurz analysieren und auf allfällige EMV- bzw. Immunitätsprobleme hin begutachten.» Dazu bräuchte es nicht einmal unbedingt ein akkreditiertes Labor – Fachwissen und etwas Erfahrung würden laut Sutter genügen, um beispielsweise HF-Störungen zu erkennen. «Den jungen Designern fehlt oft das nötige Analogwissen – im Digitalbereich sind sie absolut fit, aber viele Störungen kommen aus analogen Bauteilen.»
Re-Design klingt zwar gut, kostet aber Zeit und Geld
Für den Freelancer Junker beginnt EMV ganz früh im Design – nur wenn der Entwickler das Thema intus hat, denke er an Themen wie Massekonzept, Filter, Abschirmung, Twisted-Pair usw.: «Wenn man nicht ganz am Projektstart an EMV denkt, gelingt nie eine First-Time-Right, also ein fehlerfreies Produkt auf Anhieb», so seine klare Meinung. Im Elektronik-Engineering spreche man häufig schon viel zu früh von einem Re-Design: «Diese Haltung, die ich leider immer wieder antreffe, finde ich sehr schlecht. So wenig Überarbeitungen wie möglich sollte das Design-Ziel sein.»
Einfache Tests des Funktionsmusters im Labor würden da grosse Hilfe leisten. Doch vielfach fehle die Zeit für solche an sich banalen Vorab-Checks. Das Ergebnis: Statt First-Time-Right machen die Produkte mehrere Durchläufe, bis sie marktfähig sind – das kostet mehr Zeit und Geld und schwächt die eigene Marktposition, darüber ist sich die Gesprächsrunde einig.
Die EMV-Labors sind bestens gerüstet
Die Labors sind an sich auf diese beratende Aufgabe vorbereitet – sie ersetzen das fehlende Fachwissen in den Unternehmen durch ihr eigenes. Lauterbach: «Neben den eigentlichen EMV-Tests und -Messungen machen wir immer häufiger auch Consulting – welche Normen sind relevant, welche Grundregeln sind zu beachten.» Das braucht Zeit – aber die hat man. Denn wenn das Gerät gleich von Beginn an korrekt designt und entwickelt wird, gelingt auch das First-Time-Right: «Schweizer Produkte zeichnen sich nicht durch den höheren Preis aus, sondern weil sie gut sind.» Und falls es Fir- men gibt, die glauben, bei der Entwick- lung sparen zu müssen, dann lägen diese falsch. «Der globale Markt zahlt gerne den Mehrpreis für ein Top-Schweizer Produkt.»
Es gibt keinen Lehrstuhl für EMV in der Schweiz
Was die Ausbildung von jungen Ingenieuren betrifft, so erinnert der RUAG-Mitarbeiter daran, dass einige EMV-Erfindungen in der Schweiz gemacht wurden. Doch diesen positiven Drive aus den Achtzigern hätten die Bildungsinstitutionen nicht auf- oder mitgenommen. «Heute gibt es keinen Lehrstuhl für EMV in der Schweiz. Das ist eine fatale Entwicklung – denn es ist ein zentrales Thema für unsere Industrie.» Die Hochschulen dürften sich seiner Meinung nach nicht nur mit Sachen beschäftigen, die ihnen lieb seien. Sie seien dazu da, praxisrelevante Themen zu lösen: «Ein ETHZ wurde gegründet, um Probleme zu lösen und nicht nur alleine dem Schöngeist sowie der Forschung und Lehre wegen», so die kritische Meinung von Kai Uwe Lauterbach. «Während es in der Schweiz keinen EMV-Lehrstuhl mehr gibt, hat in Deutschland fast jede dritte Hochschule einen.»
Was kann man dagegen tun? Seit das Thema EMV zu 100 Prozent beim BAKOM angesiedelt ist – das ist seit 2010 der Fall –, stieg das Angebot an EMV-Veranstaltungen, um das Know-how in der Industrie und Wirtschaft zu steigern. Das BAKOM wollte dadurch auch einen Link zu den Ausbildungsstätten schaffen. «Doch EMV ist nicht sexy für junge Entwickler und Entwicklerin- nen – eine App zu programmieren macht mehr Eindruck», konstatiert Cocciantelli. An vielen technischen Fachhochschulen und Universitäten liege der Schwerpunkt der Lehre auf dem Programmieren, auf der Informatik. «Doch was nützt die beste App, wenn die Hardware, auf der sie läuft, stört?»
Ein weiterer «Feind» ist der Einkäufer
Es gibt aber noch einen anderen «Feind» beim Thema EMV – das seien die Einkäufer. So käme es immer wieder vor, dass ein Gerät geprüft wird, die Unterlagen aber nicht dem Probanden entsprächen. Bei genauerem Hinsehen finden die BAKOM-Experten dann günstigere Spulen, andere Kondensatoren als ursprünglich vorgesehen usw. Offenbar wurde das geänderte Gerät aber nicht wieder zur Konformitätsprüfung vorgelegt: «Und dann verliert es die Zulassung, das vergessen die meisten.» So kann aus einem geprüften, guten Gerät ein schlechtes, nicht mehr zugelassenes entstehen – und nur wegen dem Kostendruck. Oft ändern sich in einem Gerät die Parameter, und obwohl alles Einzelne für sich normgerecht erscheint, muss das Gesamtsystem geprüft werden. «Der Hersteller muss die EMV-Vorgaben kennen und diese auf sein Gerät anwenden.» Jacques Sutter bringt den Aspekt der zunehmenden Leistungsstärke der aktiven Bauteile ins Spiel: «Die heute verfügbaren, super schnellen FPGAs, MCUs, DSPs oder DC/DC-Converter beispielsweise strahlen so stark ab, dass man diese auf dem Print mechanisch mit einem Blech oder Gehäuse abschirmen muss. Auch ein zusätzlicher PCB-Groundlayer kann oft Abhilfe schaffen, anders kommen wir dem Problem nicht bei.» Auch gäbe es immer mehr Applikationen mit einem GSM-Modul drauf – auch hier müsse man der Schirmung und dem Abstrahlsignal erhöhte Aufmerksamkeit schenken. Diese können die eigene Elektronik erheblich stören.
Die Deklaration stimmt oft nicht
Wie wäre es, wenn der EMS-Anbieter seinem Kunden eine vorgängige EMV-Analyse oder -Prüfung anbieten würde? Laut Sutter ist dies bis heute nicht Bestandteil des Angebots. Heute sei der Zeit- und Kostendruck oft so gross, dass dem Thema EMV fast keine Beachtung geschenkt wird – lieber spekuliere man auf ein späteres Re-Engineering, um die Initialkosten anfangs nicht zu hoch ansetzen zu müssen.
Doch EMV muss gelebt werden – so wie es gute Leiterplatten braucht, sollte es auch gute EMV-Prüfungen geben. Oft genügt ein kritischer Blick auf das Schema, auf ein Konzept, und schon liesse sich ein gutes Produkt realisieren, meint Junker. Denn begleitende EMV-Analysen sparen später viel Geld und Zeit. Der RUAG-Experte sieht immer wieder Prototypen oder Produkte, wo alleine seine langjährige Erfahrung als Entwickler und als Prüfexperte ausreicht, um zu erkennen, dass es dort zahlreiche EMV-Probleme geben wird: «Diese sind meist das Ergebnis einer zu oberflächlichen Entwicklung – aus welchen Gründen auch immer.» Seinen Worten nach mache es aber viel mehr Spass, gut designte Produkte zu prüfen– man sollte sich den Problemen offen gegenüberstellen.
EMV-Probleme können existenzbedrohend sein
Doch wie viel kostet es, wenn das BAKOM ein nicht zugelassenes Gerät vom Markt nimmt? Die reine finanzielle Strafe ist laut Cocciantelli nicht sehr gross, aber die Rückrufkosten und der Imageverlust sind für betroffene Firmen immens! Pro Jahr gibt es zurzeit etwa fünfzig Fälle, welchen das BAKOM nachgeht.
Als ein Beispiel aus der Praxis, welche schwerwiegenden Auswirkungen EMV-Probleme haben können, führen Thomas Junker und Kai Uwe Lauterbach einen Schweizer Maschinenbauer ins Feld. Dessen neue Spezialmaschinen gingen immer wieder kaputt. Interne Abklärungen und Prüfungen führten zu keiner Lösung. Erst das Hinzuziehen eines EMV-Experten deckte die Problematik auf. «Die Maschinen zerstörten sich selbst – durch ein ungünstiges Design und Wechselwirkungen zwischen diffizilen Bauteilen gab es dauernd Stillstände», so Junker.
Und Lauterbach ergänzt: «Ich kenne den Fall – dieses Drama hätte fast das wirtschaftliche Ende der Firma bedeutet.» Heute sei er in regelmässigem Kontakt mit deren Entwicklern – auch sei nun firmenintern umfangreiches EMV-Wissen – technisches und normenbasiertes – vorhanden und der fatale Fehler glücklicherweise behoben.
Networking und gegenseitiger Wissensaustausch als Lösung
Wie kann die heimische Industrie das Thema EMV besser in den Griff bekommen – vor allem, da es offenbar an den höheren Ausbildungsstätten momentan kein Thema mehr ist? Die Meinung lautet: Gedanken-, Wissens- und Erfahrungsaustausch. EMV-Kompetenz ist vorhanden, man müsste sie bündeln und dann in einer Art Drehscheibe interessierten oder betroffenen Firmen zur Verfü- gung stellen. Im Networking sehen die Experten grosse Zukunft oder gute Chancen. Gerade im Maschinenbau, wo die Lebensdauer oft zwanzig oder mehr Jahre beträgt und bei Revisionen durch den Einbau neuer, moderner Komponenten eine erneute EMV-Prüfung erfolgen muss, braucht man Wissen und Erfahrung aus diversen Diszip-linen. Interessant ist auch die Bemerkung von Lauterbach, dass man heute in vielen Applikationsschriften der Hersteller schon wertvolle EMV-Tipps findet. Es scheint, dass das Thema angekommen ist: «EMV ist wie ein Bild: Je stimmiger ein Blockschaltbild ist, desto weniger Probleme wird es geben.»
Von Vorteil sei auch die Fähigkeit, lesen zu können, wie Cocciantelli etwas sar- kastisch meint: «Oft unterlassen Installateure beim Aufbau eines Geräts das Lesen der Betriebsanleitung – so landen Ferritperlen im Müll statt auf dem Stromkabel, wo- durch die EMV runter geht, oder in einem Gerät kommt ein falsches Netzteil zum Einsatz – Lesen tut gut!»
