EMC-Wissen überwindet Probleme in Bewegungssystemen

Eingeweihte auf dem Gebiet der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) werden Mart Coenen zweifellos kennen. Seine Erfahrungen auf diesem Gebiet reichen bis in die frühen achtziger Jahre zurück, als er die erste EMV-Schulung bei Philips ins Leben rief. In der Zwischenzeit hat er sich seine Sporen bei Kunden wie dem Hafen von Rotterdam und ASML verdient. Er spricht immer noch mit unvermindertem Enthusiasmus über sein Fachgebiet – fragen Sie einfach einen der Teilnehmer der Schulung „EMC in Power Electronic Systems“ am High Tech Institute.

Mart Coenen ist ausgebildeter Elektroingenieur und begann sein Arbeitsleben im Philips Natlab. Damals gab es noch keine Gesetze oder Vorschriften auf dem Gebiet der EMV, aber bei Philips hielt man es für wichtig, dass die Mitarbeiter gründliche Kenntnisse zu diesem Thema hatten. „Zusammen mit Jap Goedbloed habe ich 1981 den ersten EMV-Schulungskurs ins Leben gerufen. Zunächst handelte es sich um eine interne Schulung bei CTT, aber schon bald wurde sie zu einem nationalen Kurs erweitert, der von Pato, später PAO, organisiert wurde. Inzwischen ist dies vielleicht der am längsten laufende Kurs, den sie anbieten“, sagt Coenen stolz. 1988 begann er, sich für die internationale Standardisierung von EMC einzusetzen. Bis heute ist er in allen möglichen Ausschüssen aktiv, die sich mit den Gesetzen und Vorschriften zu EMV, ESD und elektrischer Sicherheit befassen.

Mart Coenen ist Teil des Trainerteams, zusammen mit Ramiro Serra von der TUE, Mark van Helvoort von Philips Healthcare und Ernest Bron von Analog Devices.

1994 gründete Coenen sein eigenes Unternehmen, EMCMCC, angetrieben durch eine Menge Arbeit mit kleineren Kunden, die er unter der Flagge von Philips nicht bedienen konnte (oder durfte). Er arbeitete für die Rotterdamer Hafenbehörde, die aufgrund der vielen Streiks gezwungen war, ihre Containerumschlagsprozesse zu automatisieren. Von seinem eigenen Unternehmen aus arbeitete er auch als Berater für ASML, wo er an dem 450-mm-Wafer-Projekt beteiligt war. Für jede Bewegung im Prozess musste die genaue Position des Wafers bestimmt werden. Das war schwierig, weil die Störungen im System Messfehler verursachten. „Innerhalb von neun Monaten haben wir ein völlig neues Konzept entwickelt, das dann auch umgesetzt wurde. Unter anderem deshalb gab es weniger Störungen, so dass weniger Berechnungsaufwand für die Bestimmung der genauen Position erforderlich war. Infolgedessen konnte der Herstellungsprozess der Wafer von 200 auf 400 Wafer pro Stunde hochgefahren werden.“

Nachverfolgung

„Bei meiner Arbeit habe ich festgestellt, dass die Leute oft glauben, dass ein System, das eine CE/EMV-Zulassung hat, auch richtig funktioniert. Dennoch treten regelmäßig Betriebsprobleme auf, die oft im Bereich der EMV liegen“, betont Coenen. „Schließlich ist eine EMV-Systemzulassung keine Garantie für ein zuverlässig funktionierendes System. Es ist wichtig, darauf zu achten, was passiert, wenn ein System vorübergehend unterbrochen wird, und sich darüber klar zu werden, welche Folgen diese Unterbrechung für das System haben kann. Handelt es sich um eine Unterbrechung, die überhaupt keinen Einfluss hat? Oder eine, bei der es einen vorübergehenden Ausfall gibt, aber nach dem Neustart alles ordnungsgemäß weiterläuft? Oder ist ein harter Neustart des Systems erforderlich, oder müssen sogar Teile ausgetauscht werden? Es ist wichtig zu wissen, dass der Prozess nicht immer ordnungsgemäß weiterläuft. Es kann sein, dass selbst die kleinste vorübergehende Störung unzulässig ist. Wenn Sie beispielsweise Wafer herstellen, die eine Genauigkeit von 2 nm erfordern, dann ist eine vorübergehende Abweichung von 20 nm inakzeptabel, denn das würde bedeuten, dass Sie die belichteten Wafer wegwerfen müssen. Das ist natürlich nicht das, was Sie als Kunde wollen. Für diese Art von Problem muss eine geeignete Lösung gefunden werden.“

Das Tückische daran ist, dass sich die Signale oft in einem Bereich befinden, in dem es an Regulierung mangelt. Sowohl bei den Netz- als auch bei den Einschaltströmen ist alles geregelt, aber bei Signalen in beweglichen Systemen ist das nicht der Fall. Diese Art von Signalen liegt typischerweise im Frequenzbereich zwischen DC und 150 kHz. Auf der einen Seite haben Sie ein elektronisches Signal, das eine Verschiebung steuert. Auf der anderen Seite gibt es das Signal eines Sensors, der Informationen zur Bestimmung des Standorts abruft. Diese beiden Signale können sich gegenseitig beeinflussen. In der Bewegungstechnik sind Sie an die Signalfrequenzen gebunden, die Sie für die Verschiebungen benötigen. Diese Frequenzen können Störungen verursachen, die von den Sensoren aufgefangen werden. Der Trick besteht darin, zu lernen, wie man mit ihnen umgeht.

„Selbst nach all den Jahren ist die EMC-Branche immer noch attraktiv für mich. Es ist immer eine Herausforderung, etwas zum Laufen zu bringen. Und wenn es nicht funktioniert, ist es eine Herausforderung, die richtige Lösung zu finden. Manchmal ist die Lösung offensichtlich, manchmal ist sie schwieriger. Die Suche nach einer Lösung und das Finden dieser Lösung verschafft mir jedes Mal einen angenehmen Adrenalinstoß. Außerdem ist das Feld noch sehr in Bewegung. Immer mehr geschieht über das Internet der Dinge, wobei immer mehr Sensoren Daten erzeugen. Dennoch müssen wir uns immer wieder die Frage stellen, wie zuverlässig diese Daten sind und wie nützlich sie tatsächlich sind. Auch ich verfolge diese Entwicklungen mit Interesse.“

Praktische Übungen

Während der Schulung „EMV in leistungselektronischen Systemen„, die Teil des Portfolios des High Tech Institute-Partners T2Prof ist, erhalten die Teilnehmer einen Einblick in die Probleme, die in Antriebssystemen auftreten können, und lernen, was dagegen zu tun ist. Coenen: „In dieser Schulung konzentrieren wir uns auf den Bereich, der außerhalb der Normen liegt und lehren unsere Studenten, ein zuverlässiges System zu schaffen, das rund um die Uhr einsatzbereit ist. Obwohl diese Schulung für das High Tech Institute relativ neu ist, habe ich als Lehrer für CTT, Pato, Mikrocentrum, Avans und die Fontys University of Applied Sciences bereits eine Menge Erfahrung gesammelt. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die Studenten den Stoff anfangs sehr schwierig finden, aber wenn man ihnen während des Kurses die richtige Theorie vermittelt und sie selbst üben lässt, können sie das Gelernte anschließend sehr gut in die Praxis umsetzen.“

Die Schulung richtet sich an Mechatroniker, Elektroingenieure und Systemarchitekten, die bei ihrer Arbeit mit niederfrequenten Störungen (von DC bis ca. 150 kHz) zu tun haben, die durch Bewegungs- und Energieumwandlungssysteme verursacht werden. Die Teilnehmer lernen, in Systemen zu denken und Probleme zu antizipieren, denen sie in der Praxis begegnen. Coenen: „Neben der Signaltheorie, die auf physikalischen Gesetzen, der Netzwerktheorie und dem Wissen über das Verhalten von Kabeln beruht, gibt es auch einen praktischen Teil. Es gibt Demos und die Studenten können ihre eigenen Simulationen an Aufbauten durchführen. Es ist wichtig, dass sie während des Kurses lernen, was sie messen können und wie sie es tun sollten. Ich freue mich darauf, den Studenten zusammen mit meinen Lehrerkollegen Ramiro Serra von der TUE, Mark van Helvoort von Philips Healthcare und Ernest Bron von Analog Devices das Thema EMC in Power Electronic Systems näher zu bringen.“

Im November 2020 hat das Expertenteam die allererste 3-tägige Schulung für eine Gruppe von 10 Teilnehmern durchgeführt. Auf die Frage, ob sie den Kurs weiterempfehlen würden, antworteten die Teilnehmer mit 8,3 von 10 möglichen Punkten und gaben den Dozenten eine Note von 8,4. Die Befragten gaben auch mehrere lobende Kommentare ab. „Es war gut, den theoretischen Hintergrund zu erhalten, und die Aufbauten waren sehr nützlich“, kommentierte einer der Teilnehmer. Ein anderer wies darauf hin, dass die Schulung seine Erwartungen übertroffen hat. Andere positive Kommentare: „Ich bin begeistert von der Anzahl der Demonstrationen“ und „Die Hintergrundtheorie war sehr hilfreich. Schöne Demos! Gute Interaktion.“

Dieser Artikel stammt von Antoinette Brugman, Tech-Redakteurin von Bits&Chips.