01.02.2021

Festlegung von Grenzwerten für die Störaussendung

Die Festlegung von Grenzwerten sowohl für die von elektrischen/elektronischen Betriebsmitteln erzeugten leitungs- als auch für die strahlungsgebundenen Störaussendungen hat letztlich das Ziel, die von einem Betriebsmittel erzeugten Emissionen dahin gehend zu begrenzen, dass diese keine unzulässigen Beeinflussungen von Empfangs- (beispielsweise Radio- oder Fernsehempfang) und Kommunikationsdiensten erzeugen.

In den für solche Dienste verwendeten Frequenzbereichen dient die Spezifikation von Aussendungsgrenzwerten nicht so sehr dem Wunsch nach Erreichung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines Systems als vielmehr dem Schutz von Funkdiensten. Da aber die dafür notwendigen Aussendungsgrenzwerte relativ niedrig sind, ist damit in der Regel auch die Sicherstellung der EMV zwischen Betriebsmitteln innerhalb eines Systems verbunden, zumindest für diejenigen Frequenzbereiche und Ausbreitungsarten von Störaussendungen, für die Grenzwerte und Störfestigkeitspegel vorgegeben sind.

Für eine quantitative Bestimmung von Aussendungsgrenzwerten, und diese können grundsätzlich durchaus unterschiedlich sein für verschiedene Typen von Betriebsmitteln, bzw. für die Sicherstellung des Funkschutzes stehen verschiedene Herangehensweisen zur Verfügung:

(A) Festlegung von Grenzwerten auf der Basis praktischer Erfahrungen

Befürworter dieses Verfahrens gehen einfacherweise von dem Ansatz aus, dass sich ein in der Vergangenheit auf möglicherweise nicht mehr nachvollziehbarer Basis festgelegter Grenzwertsatz in ihrem Land bewährt hat, da er anscheinend ausreichenden Funkschutz gewährleistet.

Ein solches kraftvolles Argument kann natürlich nicht so ohne Weiteres ignoriert werden. Denn eine technische Betrachtung der gesamten Kopplungs- und Beeinflussungssituation ist sehr komplex und vermutlich in den meisten Fällen nicht präzise lösbar, eben aufgrund einer Vielzahl von zu berücksichtigenden Aspekten und auch aufgrund der im EMV-Bereich nicht ungewöhnlichen, relativ breiten Streuung von Messergebnissen, und damit ist letztlich ein entsprechender Erfahrungsschatz äußerst wertvoll. Umgekehrt kann dieser Ansatz aber auch negative Entwicklungen nach sich ziehen, denn es ist ja nicht von vornherein evident, dass Grenzwertsätze, die sich in der Vergangenheit für einen bestimmten Typ von Betriebsmitteln bewährt haben, die gleiche Gültigkeit und Zuverlässigkeit besitzen, wenn neuere Typen von Betriebsmitteln mit veränderten Eigenschaften sich verbreiten. Und schließlich führt dieser Ansatz auch nur dann zu einem vernünftigen Grenzwertsatz in einer internationalen Norm, wenn sich die in einem Land bewährten Grenzwerte auch für andere Länder als passend herausstellen.

(B) Hersteller eines Betriebsmittels und dessen Anwender sind für die Vermeidung von Funkstörungen verantwortlich

In den meisten Ländern existieren Regulierungen bei der Benutzung von elektrischen Betriebsmitteln; diese können sein:

  1. Der Nutzer eines Betriebsmittels muss für den Fall, dass Beeinflussungen auftreten, bestimmte Grenzwerte einhalten.
  2. Im Falle des Auftretens einer Beeinflussung kann die Regulierung fordern, dass die Nutzung eines Betriebsmittels so lange unterbleibt, bis die Beeinflussung beseitigt ist.
  3. Für die Nutzung bestimmter Betriebsmittel ist eine Erlaubnis notwendig.

Diese Vorgehensweisen genügen weder den CISPR-Kriterien für die Vermeidung von Funkstörungen, aber noch gravierender bedeuten sie letztlich das Vorhandensein von technischen Handelsbarrieren. Auch für die Mehrzahl der Nutzer von Betriebsmitteln dürften diese Verfahren nicht annehmbar sein, da sie sie letztlich unter technischen, finanziellen und juristischen Gesichtspunkten in eine ungünstige Lage versetzen.

Bei der Kombination von Regulierungsanforderungen an Nutzer und Hersteller eines Betriebsmittels ist die Lage etwas klarer, aber nichtsdestotrotz eher ungünstig für den Nutzer. Bei dieser Kombination kann ein Hersteller beispielsweise vorschreiben, welche Maßnahmen notwendig sind und wie sie sicherzustellen sind; zumindest wird hiermit aber einem Nutzer die Sachlage klargestellt und er weiß von vornherein um die technischen, finanziellen und juristischen Randbedingungen und damit verbundenen Risiken.

(C) Ableitung von Grenzwerten auf der Basis von Worst-Case-Annahmen

Dieser Ansatz wird zu einem hohen Maß an Funkschutz führen, da für die wesentlichen Einflussgrößen die bezüglich eines Funkempfangs besten Konditionen berücksichtigt werden: minimaler Wert für die Nutzfeldstärke, maximaler Wert für den Schutzabstand, Annahme einer maximalen Kopplung zwischen als Störquelle betrachtetem Betriebsmittel und Empfangseinrichtung sowie minimaler Wert für das Ausmaß der Felddämpfung.

Auf den ersten Blick erscheint dieser Ansatz natürlich ideal, denn, falls umgesetzt, würde damit auch das technische Hintergrundrauschen relativ gering gehalten werden. Die Kosten für die Gesellschaft aber wären relativ hoch, denn eine Umsetzung dieses Ansatzes würde letztlich bedeuten, dass eine Vielzahl derzeit benutzter Betriebsmittel nicht mehr weiterverwendet werden können, mit all den Auswirkungen, die dies auf das Wohl und die Gesundheit der Gesellschaft hätte.

(D) Ableitung von Grenzwerten auf der Basis statistischer Betrachtungen und Bewertungen

Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Beherrschung und Vermeidung von Beeinflussungen auf statistischer Basis erfolgen soll, da eine Vielzahl von Faktoren, die bei einer Beeinflussungssituation eine Rolle spielen, entweder nicht beeinflusst werden können oder auch eine relativ große Bandbreite hinsichtlich ihrer Ausprägung besitzen.

Da sich dieses Verfahren als das realistische im Zusammenhang mit der Ableitung von Grenzwerten einordnen lässt, wird es im Folgenden detailliert beschrieben.

Modelle zur Ableitung von Grenzwerten

Für eine effiziente und nachvollziehbare Diskussion von CISPR-Grenzwerten, wie sie beispielsweise bei den am Normungsprozess beteiligten Nationalen Komitees durchgeführt wird, und für eine allgemeine Übernahme solcher Grenzwerte in den diversen CISPR-Publikationen ist es unerlässlich, dass die Erarbeitung von Grenzwerten nach Methoden erfolgt, deren Verfahren und Ergebnisse plausibel und für nicht am Ableitungsprozess beteiligte Kreise nachvollziehbar sind.

Derart abgeleitete Grenzwerte sollen dem Schutz von Funkanwendungen dienen und in der Regel soll dies für eine Vielzahl von Typen von Funkanwendungen über nur wenige Sätze von Grenzwerten erreicht werden.

Grenzwerte sind notwendig, da elektrische und elektronische Betriebsmittel aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten elektromagnetische Felder abstrahlen und diese bei Einkopplung in Empfangseinrichtungen Funkanwendungen beeinflussen können. Die Kopplung solcher erzeugten Felder in die Signalkreise einer Empfangseinrichtung kann direkt über die Strahlung, aber auch indirekt über leitungsgeführte Prozesse erfolgen.

Die weiteren ausführlichen Details zu dieser Vorgehensweise lesen Sie in unserem Produkt „Elektromagnetische Verträglichkeit“.

Autor: Bernd Jäkel (Dr. Bernd Jäkel ist als Technischer Leiter des EMV-Zentrums der Siemens AG, Digital Factory, tätig.)