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--- professoren_webseiten:rebholz:emv [2026/04/21 19:57] – [14.0 Automotive EMV] hrebholz
+++ professoren_webseiten:rebholz:emv [2026/04/21 19:58] (aktuell) – [Leitungsverbindungen im Fahrzeug] hrebholz
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 Hier wird nur beispielhaft auf die leitungsgebundene Emission eingegangen. Für die gestrahlte Emission wird in gleicher Weise vorgegangen.
 ==== Leitungsverbindungen im Fahrzeug ====
-Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln gesehen spielen Leiterverbindungen in der EMV ein große Rolle. Sie verbreiten die Emissionen nicht nur wie eine Antenne sondern führen leitungsgebundene Störströme direkt zu benachbarten Geräten. Die Störausbreitung muss nicht nur auf der Versorgungsleitung erfolgen, sondern kann sich aufgrund von Überkopplungen zu benachbarten Leitern im Kabelbaum auf beliebigen Adern verteilen. \\
+Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln gesehen, spielen Leiterverbindungen in der EMV eine große Rolle. Sie verbreiten die Emissionen nicht nur wie eine Antenne, sondern führen leitungsgebundene Störströme auch direkt zu benachbarten Geräten. Die Störausbreitung muss dabei nicht ausschließlich auf der Versorgungsleitung erfolgen, sondern kann sich aufgrund von Überkopplungen zu benachbarten Leitern im Kabelbaum auf beliebige Adern verteilen. \\
-Nachfolgende Abbildung zeigt für das Beispiel eines zehnadrigen Kabelbaum über einer leitfähigen Tischfläche die Emissionen zu einer Monopolantenne in einem Meter Abstand. Bewertet werden jeweils die Transmission (Bild rechts).
+Nachfolgende Abbildung zeigt für das Beispiel eines zehnadrigen Kabelbaums über einer leitfähigen Tischfläche die Emissionen zu einer Monopolantenne in einem Meter Abstand. Bewertet wird jeweils die Transmission (Bild rechts).
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-Mir geht es nicht darum den exakten Verlauf mit Ihnen zu besprechen, sondern einfach noch einmal die Varianz aufzuzeigen welche sich mit dem Einsatz eines Kabelbaums ergibt. Die roten Linien zeigen die minimal und maximal mögliche Transmission zu einer Monopolantenne. Je nach verwendeter Ader ergeben sich darin Unterschiede von bis zu 20dB. Das bedeutet, je nach gewählter Ader innerhalb des Bündels können die Messwerte zur gestrahlten Emission entweder 10dB über dem Grenzwert oder 10dB unter dem Grenzwert liegen. Zehn Adern innerhalb eines Kabelbaum sind eher die Regel als die Ausnahme. Teilweise verlaufen armdicke Leitungen im Inneren der Fahrzeugstruktur. Um die Kopplung und Impedanzeigenschaften der Leitungen genauer zu untersuchen schauen wir uns nun das Verhalten realer Fahrzeugkabelbäume genauer an.\\
+Es geht hier nicht darum, den exakten Verlauf zu analysieren, sondern die Varianz zu verdeutlichen, die sich durch den Einsatz eines Kabelbaums ergibt. Die roten Linien zeigen die minimal und maximal mögliche Transmission zu einer Monopolantenne. Je nach verwendeter Ader ergeben sich Unterschiede von bis zu 20 dB. Das bedeutet, dass je nach gewählter Ader innerhalb des Bündels die Messwerte zur gestrahlten Emission entweder 10 dB über oder 10 dB unter dem Grenzwert liegen können. Zehn Adern innerhalb eines Kabelbaums sind eher die Regel als die Ausnahme. Teilweise verlaufen armdicke Leitungsbündel im Inneren der Fahrzeugstruktur. Um die Kopplungs- und Impedanzeigenschaften der Leitungen genauer zu untersuchen, betrachten wir im Folgenden reale Fahrzeugkabelbäume.\\
-Dazu wird der Fahrzeugkabelbaum eines gesamten Fahrzeugs an einem Hilfsrahmen befestigt und die Impedanzen an verschiedenen Stellen vermessen. Kabelwege lassen sich dadurch einfach nachverfolgen sowie bei der Emissionsmessung die Ausbreitung von Störströmen im Gesamtaufbau verfolgen. Nachfolgende Abbildung zeigt den Laboraufbau zur Untersuchung der Kabelbäume.
+Dazu wird der Kabelbaum eines gesamten Fahrzeugs an einem Hilfsrahmen befestigt und die Impedanzen an verschiedenen Stellen vermessen. Kabelwege lassen sich dadurch einfach nachverfolgen sowie bei der Emissionsmessung die Ausbreitung von Störströmen im Gesamtaufbau analysieren. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Laboraufbau zur Untersuchung der Kabelbäume.
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-Führen wir jetzt unseren ersten Versuch mit dem Aufbau durch und integrieren den uns sehr gut bekannten Tiefsetzsteller. In unserem Testaufbau bewerten wird dann die ausgehenden Gleichtaktströme. Nachfolgendes Beispiel zeigt den Aufbau in Anlehnung zur Untersuchung eines Scheibenwischermotors mit dazugehörigem Steuergerät. \\
+Führen wir nun einen ersten Versuch mit diesem Aufbau durch und integrieren den bekannten Tiefsetzsteller. In unserem Testaufbau bewerten wir die ausgehenden Gleichtaktströme. Das folgende Beispiel zeigt den Aufbau in Anlehnung an die Untersuchung eines Scheibenwischermotors mit zugehörigem Steuergerät. \\
 Wir vergleichen dabei die Messwerte für den Gleichtaktstrom in dBµA:
-  * Aufbau analog der Komponentenmessung nach CISPR25 (Bild links a, rechts without harness)
+  * Aufbau analog zur Komponentenmessung nach CISPR25 (Bild links a, rechts „without harness“)
-  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung direkt an der Komponente (close to the DUT)
+  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung direkt an der Komponente („close to the DUT“)
-  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung am Verbraucher (Bild links b, far end of the harness)
+  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung am Verbraucher (Bild links b, „far end of the harness“)
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-Bereits auf den ersten Blick zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Messung im klassischen Laboraufbau mit der Netznachbildung und dem Fahrzeugkabelbaum. Die Leitungsresonanzen stechen deutlich hervor und heben jeweils den Störstrom entlang der Leitung deutlich mit bis zu 10dB an. Messbar, aber nur an wenigen Frequenzpunkten wirklich signifikant fällt der Unterschied an verschiedenen Positionen entlang des Kabelbaums aus. \\
+Bereits auf den ersten Blick zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Messung im klassischen Laboraufbau mit Netznachbildung und dem realen Fahrzeugkabelbaum. Die Leitungsresonanzen treten deutlich hervor und erhöhen den Störstrom entlang der Leitung lokal um bis zu 10 dB. Unterschiede entlang des Kabelbaums sind zwar messbar, aber nur an wenigen Frequenzpunkten wirklich signifikant. \\
-Diese erste einfache Messung erklärt sehr anschaulich, dass eingehalten Grenzwerte nicht immer eine Garantie dafür sind erfolgreiche Fahrzeugmessungen zu erhalten. Es macht daher Sinn, dass wir uns die Impedanz der Leitungsverbindungen noch einmal genauer anschauen. Das identische Problem existiert natürlich auch bei der klassischen AC Netznachbildung. Auch hier kann es zu einer Beeinflussung kommen obwohl alle EMV Anforderungen erfüllt werden. Aufgrund der meist geringeren Vernetzung zu Hause oder in der Industrieumgebung fallen solche Probleme allerdings deutlich seltener auf.\\
+Diese einfache Messung zeigt anschaulich, dass eingehaltene Grenzwerte keine Garantie für unauffällige Fahrzeugmessungen sind. Es ist daher sinnvoll, die Impedanz der Leitungsverbindungen genauer zu betrachten. Das gleiche Problem existiert auch bei klassischen AC-Netznachbildungen. Auch hier kann es zu Abweichungen kommen, obwohl alle EMV-Anforderungen erfüllt sind. Aufgrund der geringeren Vernetzung in Haushalts- oder Industrieumgebungen treten solche Effekte dort jedoch seltener auf.\\
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-Nachfolgende Abbildung zeigt die Gleich- und Gegentaktimpedanz verschiedener Leiter (Zweidrahtleitungen) im Vergleich zur Messung mit Netznachbildungen. Die 3m und 6m Leitung befinden sich dabei innerhalb eines Kabelbündels mit weiteren Leitern bei unbekannter relativer Lage zueinander, die Eindrahtleitung ist gleichförmig auf einer leitfähigen Tischfläche aufgebaut.
+Die nachfolgende Abbildung zeigt die Gleich- und Gegentaktimpedanz verschiedener Leitungen (Zweidrahtleitungen) im Vergleich zur Messung mit Netznachbildungen. Die 3-m- und 6-m-Leitungen befinden sich dabei innerhalb eines Kabelbündels mit weiteren Leitern unbekannter relativer Lage, während die Eindrahtleitung gleichförmig auf einer leitfähigen Tischfläche aufgebaut ist.
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-Die schwarze Kennlinie zeigt die standardisierte Eingangsimpedanz bei der Verwendung von zwei Netznachbildungen. Im differenziellen Pfad ergibt sich eine Serienschaltung mit 100Ω, für die Gleichtaktimpedanz eine Parallelschaltung und damit 25Ω. Schön zu sehen sind die aufgrund der Leitungsresonanzen entstehenden Minima und Maxima der Impedanzen in Abhängigkeit der Leitungslänge. Bei allen Messungen zeigen sich folgende Effekte:
+Die schwarze Kennlinie zeigt die standardisierte Eingangsimpedanz bei der Verwendung von zwei Netznachbildungen. Im differenziellen Pfad ergibt sich eine Serienschaltung mit 100 Ω, für die Gleichtaktimpedanz eine Parallelschaltung mit 25 Ω. Deutlich erkennbar sind die durch Leitungsresonanzen entstehenden Minima und Maxima der Impedanz in Abhängigkeit von der Leitungslänge. Bei allen Messungen zeigen sich folgende Effekte:
 <WRAP center round important 60%>
-  * Je je mehr Adern sich im Kabelbaum befinden, desto weniger ausgeprägt sind die Resonanzstellen!
+  * Je mehr Adern sich im Kabelbaum befinden, desto weniger ausgeprägt sind die Resonanzstellen!
-  * Gleichtaktimpedanzen sind von diesem Effekt deutlicher betroffen als die Gegentaktimpedanz.
+  * Gleichtaktimpedanzen sind von diesem Effekt stärker betroffen als Gegentaktimpedanzen.
 </WRAP>
-Der erste Effekt ist deutlich zu sehen wenn Sie die 1m lange homogene Leitung (homogen bedeutet hier geradlinig parallel verlegtes Leiterpaar) mit der 6m langen Leitung innerhalb eines Kabelbaums vergleichen. Die Resonanzstellen der 1m Leitung zeigen eine sehr hohe Güte, wobei die Resonanzen der 6m Leitung eher verschliffen wirken und ungleichförmig. Da der differenzielle Strompfad den Hin- und Rückleiter berücksichtigt, ein Gleichtaktstrom jedoch nur eine Richtung kennt, treten die Gegentaktresonanzen entsprechend bei tieferen Frequenzen auf. Typischerweise für frequenzunabhängigen Materialien (Isolation) bei der halben Gleichtaktfrequenz. \\
+Der erste Effekt wird deutlich, wenn man eine 1-m-Leitung (homogen, parallel verlegtes Leiterpaar) mit einer 6-m-Leitung im Kabelbündel vergleicht. Die Resonanzen der kurzen Leitung sind scharf ausgeprägt, während die Resonanzen der langen Leitung gedämpft und unscharf erscheinen. Da der differenzielle Strompfad Hin- und Rückleiter umfasst, während Gleichtaktströme nur eine Richtung kennen, treten Gegentaktresonanzen typischerweise bei niedrigeren Frequenzen auf (etwa bei der halben Gleichtaktfrequenz). \\
+Für die Praxis besonders relevant sind Resonanzstellen mit niedriger Impedanz, da sich hier hohe Störströme ausbilden können. Genau diese Effekte wurden bereits im Beispiel mit dem Scheibenwischermotor beobachtet.\\
-Für uns hauptsächlich von Interesse sind Resonanzstellen mit geringen Impedanzwerten im Vergleich zur Komponentenmessung, da sich hier ein hoher Störstrom ausbilden kann. Genau diese Überhöhungen der Störströme konnten wir zuvor in unserem einführenden Messbeispiel anhand des Scheibenwischermotors erkennen. Das bedeutet, wir sind der Ursache für die angestiegenen Emissionen dicht auf dem Fersen ... \\
+Im direkten Vergleich zeigt sich: Gleichtaktimpedanzen weisen innerhalb eines Kabelbündels kaum ausgeprägte Resonanzen auf und liegen meist über den Laborwerten. Die Ursache liegt darin, dass Gleichtaktströme zahlreiche kapazitive Rückwege zur Masse nutzen können. Gegentaktströme hingegen sind stärker an den definierten Rückleiter gebunden.\\
-Im direkten Vergleich der Gleich- und Gegentaktimpedanz sticht die Gegentaktimpedanz mit ausgeprägten Resonanzstellen unterhalb der Gegentaktimpedanzen der Netznachbildungen hervor, womit wir den zweiten allgemeinen Effekt beschreiben: Gleichtaktimpedanzen zeigen innerhalb eines Kabelbündels bereits bei wenigen Adern nahezu keine ausgeprägten Resonanzstellen mehr. Die Gleichtaktimpedanz ist in diesem Beispiel stets größer als die Gleichtaktimpedanz der Netznachbildungen. Die Ursache liegt darin, dass Gleichtaktströme jede Möglichkeit nutzen sich zur Masse zu schließen. Je mehr Adern zu Verfügung stehen, desto größer sind die kapazitiven Kopplungen zu benachbarten Leitern welche wiederum kapazitiv zur Masse gekoppelt sind. Für Gegentaktströme gibt es deutlich weniger Ausbreitungspfade, sie müssen entlang des Kabelbaums zurückfließen. \\
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-Versuchen wir diese These jetzt zu verallgemeinern. Nachfolgendes Beispiel zeigt dazu das Setup für den Laboraufbau und die Fahrzeugmessung. Mit Hilfe einer Stromzange wird jeweils der Gleich- und Gegentaktstörstrom für zwei verschiedene Varianten gemessen und gegenübergestellt. Unterschieden wird jetzt eine Störquelle deren dominante Emission entweder eine Gleichtaktstörung (Bild c) oder eine Gegentaktstörung (Bild b) darstellt.
+Zur Verallgemeinerung betrachten wir zwei Fälle: dominante Gleichtakt- bzw. Gegentaktstörung.
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-Im Teilbild c) zeigt sich deutlich, dass der Gleichtaktstrom in der Fahrzeugsituation über dem gesamten Frequenzbereich stets kleiner ist als die Referenzmessung im Labor. Dies deckt sich mit der Erkenntnis, dass die Gleichtaktimpedanz stets größer ist als die Laborimpedanz. Ganz anders die Situation bei der Gegentaktemission. Bei einer dominierenden Gegentaktstörung fallen die Leitungsresonanzen jetzt deutlich ins Gewicht und wir erhalten eine Überhöhung der Störströme.
+Bei dominanter Gleichtaktstörung (Bild c) ist der Störstrom im Fahrzeug stets geringer als im Labor. Dies entspricht der höheren Gleichtaktimpedanz im realen Kabelbaum. \\
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+Bei dominanter Gegentaktstörung hingegen führen Leitungsresonanzen zu deutlichen Überhöhungen der Störströme.\\
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 {{:professoren_webseiten:rebholz:kritische_leiterlaenge.jpg?direct&100 |}}
-Ob wir also bei der Fahrzeugmessung im Vergleich zur Labormessung Probleme bekommen können hängt somit von mehreren Parametern ab. Entscheidend ist ob die Resonanzstellen unserer Anschlussleitungen größer oder kleiner sind als die Impedanz der im Labor verwendeten Netznachbildungen. Geringere Impedanzwerte generieren meist höhere Störströme entlang der Leitungen. Ganz verallgemeinern lässt sich die Aussage leider nicht, da die Störquelle an den entsprechenden Frequenzpunkten in der Lage sein muss den Störstrom auch zu treiben (zur Verfügung zu stellen, abhängig vom frequenzabhängigen Innenwiderstand der Störquelle). Die Resonanzstellen einer Leitungsverbindung lassen sich mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der
+Ob Probleme im Fahrzeug auftreten, hängt somit stark von den Resonanzstellen der Leitungsverbindungen ab. Niedrige Impedanzen führen zu höheren Störströmen – vorausgesetzt, die Quelle kann diese treiben. Die Resonanzstellen lassen sich über die Leitungslänge und die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit (≈ 2/3 c₀) abschätzen.\\
-[[https://de.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A4t|Permittivität]] des Kabelmantels abschätzen. Ok, wer kennt schon die Dielektrizitätskonstante seiner eingesetzten Kabel welche meist auch noch frequenzabhängig ist ... verwenden Sie einfach für die Ausbreitungsgeschwindigkeit 2/3 der Lichtgeschwindigkeit! In die Berechnung der Resonanzstellen geht die Leiterlänge mit ein, womit wir durch Umstellen der Gleichung eine kritische Länge ermitteln können ab der Leitungsresonanzen auftreten können (Gleichung links). \\
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-Nachfolgende Tabelle fasst die zuvor hergeleiteten Erkenntnisse noch einmal zusammen.
+Die wesentlichen Erkenntnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:tabell_einfluss_kabelbaum_dmcm.jpg?direct&600 |}}
-In vielen Fällen sind die Emissionen im Fahrzeug kleiner als die ermittelten Werte im Labor. Dies liegt daran, dass oft längere Kabelbäume mit einer hohen Adernanzahl zum Einsatz kommen und dadurch die Resonanzpunkte nicht mehr ausgeprägt sind. Besonders die Resonanzen der Gleichtaktimpedanz werden innerhalb der Kabelbündels stark gedämpft. Damit verbleibt das Problem für diese Art Kabelbäume hauptsächlich dann, wenn die Gegentaktstörungen die Gleichtaktstörungen dominieren. In den vorhergehenden Kapiteln haben wir gesehen, dass in vielen Fällen jedoch die Gleichtaktemission dominant ist, womit sich das Problem noch weiter reduziert. Kritisch zu bewerten sind demnach generell kurze Leitungen (1-2m) welche nicht innerhalb eines Bündels laufen. Hier kann es zur Anhebung sowohl von  Gleich- als auch Gegentaktströmen kommen. \\
-Die Eingrenzung der Fälle spiegelt sich auch mit den Erfahrungen aus dem EMV-Labor: Die Problematik höherer Emissionen im Fahrzeug als in der Komponentenmessung kann vorkommen, allerdings nur in einer geringen Anzahl an untersuchten Systemen. Mit den hergeleiteten Ergebnissen sind wir in der Lage eine Aussage darüber zu Treffen ob unsere Komponente betroffen sein wird oder nicht.
+In vielen Fällen sind die Emissionen im Fahrzeug geringer als im Labor. Ursache sind längere Kabelbäume mit vielen Adern, wodurch Resonanzen gedämpft werden – insbesondere im Gleichtakt. Kritisch bleiben Fälle mit dominanter Gegentaktstörung sowie kurze, nicht gebündelte Leitungen (1–2 m).\\
+Diese Einschätzung deckt sich mit praktischen Erfahrungen aus dem EMV-Labor: Probleme im Fahrzeug treten auf, sind jedoch vergleichsweise selten. Mit den dargestellten Zusammenhängen lässt sich jedoch frühzeitig abschätzen, ob ein System kritisch sein könnte.