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Wireless Technology

Kritische Komponenten in Drahtlosgeräten

Für den Einsatz an schwer zugänglichen Stellen, in sich ändernden Arbeitslandschaften sowie mobilen Anwendungen ist Drahtloskonnektivität oftmals eine attraktive Alternative. Jedoch erfordern raue Industrieanwendungen eine stabile und zuverlässige Signalversorgung. In diesem Umfeld spielen industrietaugliche Geräte ihre Stärken aus.

Bild: Moxa Europe GmbH

Der Ausfall von Drahtlosgeräten zuhause oder im Büro ist bis zur Reparatur oder zum Austausch eine Unannehmlichkeit. Im Industrieumfeld kann dies allerdings Auswirkungen auf die Personensicherheit oder teure Maschinen und Anlagen haben. Zudem zieht ein Produktionsausfall potenziell hohe Verlustsummen nach sich. Zusätzlich zur Netzwerkredundanz muss ein Industrieanwender vor diesem Hintergrund auch das Anwendungsumfeld für Elemente bewerten, die einen Einfluss auf die Netzwerkredundanz haben, die Gerätezuverlässigkeit gefährden und zu unvorhergesehenen Systemausfällen führen können. Viele Industrieanwendungen laufen in rauen Umgebungen und erfordern den Einsatz von Industriegeräten. Während einige Umgebungseinflüsse offensichtlich sind, so zum Beispiel extreme Temperaturen oder Feuchtigkeit, sind andere nicht so augenscheinlich, können ein ungeschütztes Gerät aber umso schneller funktionsunfähig machen. Die üblichen Umgebungsbedingungen in industriellen Drahtlosanwendungen, die Störungen oder Ausfälle erzeugen können sind:

  • Spannungsschwankungen
  • Magnetfelder, Magnetismus
  • Brennbare Gase
  • Extreme Temperaturen
  • Luftfeuchtigkeit und Nässe
  • Partikel und Fremdkörper, die über die Luft übertragen werden
  • Stöße und Vibrationen

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Nach Angaben der International Electrotechnical Commission (IEC) ist EMV ‚die Unfähigkeit eines Geräts oder elektrischen Systems, in Gegenwart einer elektromagnetischen Störung ohne Verminderung zu funktionieren.‘ Typische Formen elektromagnetischer Störung umfassen:

  • Elektrostatische Entladung (ESD)
    ESD ist die spontane Übertragung statischer Elektrizität zwischen zwei Objekten mit verschiedenen elektrischen Potenzialen. Fabrikarbeiter mit Gummistiefeln und -handschuhen können beispielsweise große Mengen statischer Elektrizität ansammeln. Ihr physischer Kontakt mit Drahtlosgeräten kann mehrere Kilovolt (KV) statischer Elektrizität entladen und so interne Schaltkreise schädigen.
  • Überspannungen/transiente Störgrößen
    Störungen beim Schaltungsprozess, Kurzschlüsse und insbesondere Blitzeinschläge können große Spannungsspitzen erzeugen, die Drahtlosgeräte ernsthaft schädigen können. Überspannungsschutzgeräte, Metalloxidwiderstände und Gasentladungsröhren sind notwendig, um Schutz gegen transiente Störgrößen auf Industrieniveau zu erzielen.
  • Störungen beim Schalten
    Industrielle Hochspannungsausstattung verbraucht beim Ein- und Ausschalten von Komponenten wie Motoren oder Hydrauliksystemen eine Menge Energie. Die Schaltung kann schlagartig große Mengen von Stromfluss erzeugen, welche den konstanten Spannungsfluss im elektrischen System zum Erliegen bringen und stark genug sein können, um Geräte oder Schaltkreise schrittweise oder sofort zu beschädigen.
  • Kurzschlüsse
    Zufälliger Kontakt oder Pfade zweier Punkte in einem Schaltkreis mit ungewollt unterschiedlichem Linienpotenzial können einen Kurzschluss hervorrufen. Zusätzlich zu den hohen Spannungen, können die Kurzschlüsse Geräte und Schaltkreise beschädigen, sie erzeugen aber auch große Hitze, welche Kabelisolierungen beschädigen und sogar Feuer oder Explosionen hervorrufen kann.
  • Blitzeinschläge
    Der Schutz gegen direkte Blitzeinschläge erfordert die Installation eines Blitzableiters, um die massive Elektrizitätsmenge schnell zum Erdungskontakt abzuleiten. Wenn der Blitz einschlägt oder abgeleitet wird, können umliegende Drahtlosgeräte jedoch trotzdem vom plötzlichen Spannungsanstieg betroffen sein, da sie geerdet sind.
  • Strahlung elektrischer Felder
    Nicht zu verwechseln mit geleiteter Elektrizität gibt es auch die Strahlung elektromagnetischer Felder, die fast jedes Gerät betrifft. Elektromagnetische Strahlung kann von einem Gerät oder Stromkabel ausgehen und in umliegenden Geräten elektromagnetische Störungen induzieren und so möglicherweise Schäden bis hin zu vollständiger Zerstörung verursachen. Schirmung, Erdung und Isolation sind geeignete Maßnahmen gegen elektromagnetische Strahlung.
  • Galvanischer Isolierungsschutz
    Stromwandler werden allgemein zum Wechseln von Spannungen eingesetzt. Werden die Geräte jedoch für die Isolierung von Schaltkreisen verwendet, können sie Strom zwischen zwei physisch voneinander getrennten Schaltkreisen übertragen, um diese gegen elektrische Schocks zu schützen und Überspannung daran hindern, in Systeme zu gelangen, wenn Masseschleifen unterschiedliche elektrische Potenziale haben. Mittlerweile können sogar Antennen von Drahtlosgeräten auch galvanisch bei Bedarf isoliert werden, um vollständige Isolierung von internen Schaltkreisen zu erzielen und weiterhin vor elektromagnetischen Störungen zu schützen.

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