# Erdung und Schirmung rund um einen Antrieb: warum das Analogsignal wandert

> Ein Schaltschrank kann exakt nach Schaltplan verdrahtet sein und trotzdem einen Durchflusswert liefern, der bei jedem Hochlauf eines Motors wandert. Die Ursache ist selten ein defektes Bauteil. Es ist der Weg, den der Antrieb seinen Schaltströmen zurück zur Quelle lässt — und diesen Weg bestimmt der Aufbau, nicht der Stromlaufplan.

Seite: https://ganiindustrial.com/de/insights/earthing-and-shielding-around-a-drive · 2026-09-18 · Sprache: de

Ein Kunde schickte uns einmal einen Schaltschrank mit einer Beschwerde, die sich wie ein Rätsel liest. Die Linie lief im Handbetrieb einwandfrei. Im Automatikbetrieb sprang das analoge Füllstandssignal eines Tanks um einige Prozent, sobald der Rühreranttrieb hochfuhr, eine Servoachse meldete etwa einmal je Schicht Encoderfehler, und ein Fehlerstromschutzschalter löste etwa einmal pro Woche aus Gründen aus, die niemand reproduzieren konnte. Drei Symptome, drei Lieferanten, die sich gegenseitig beschuldigten, und ein Schaltplan, in dem jede Ader genau dort war, wo sie hingehörte.

Nichts davon war ein Bauteilfehler. Alle drei Symptome kamen aus derselben Sache: Der hochfrequente Strom, den ein Frequenzumrichter aus seinen Ausgangsklemmen schiebt, hatte keinen ordentlichen Heimweg und suchte sich seinen eigenen — durch den Schrank, durch die Signalverdrahtung und durch das Erdungssystem. Dieser Weg steht nicht im Stromlaufplan. Er wird vom physischen Aufbau bestimmt, von den Kabeltypen und davon, wie die Schirme aufgelegt sind — weshalb ein Schaltschrank korrekt verdrahtet sein und sich trotzdem schlecht verhalten kann.

## Was ein Antrieb tatsächlich auf das Motorkabel gibt

Ein moderner Umrichter bildet seinen Ausgang aus Spannungspulsen, die von IGBTs mit Flanken von einigen Kilovolt je Mikrosekunde geschaltet werden. Der Motor sieht einen Mittelwert, der sich wie eine Sinusschwingung verhält; das Kabel sieht die Flanken. Jede dieser Flanken treibt einen Strom in die Kapazität zwischen den Kabeladern und ihrem Schirm sowie zwischen den Motorwicklungen und dem Motorgehäuse. Ein geschirmtes Motorkabel hat etwa 150 bis 300 Picofarad je Meter, zwanzig Meter Kabel sind also einige Nanofarad — und eine steile Flanke in einige Nanofarad ist ein Impuls im Ampere-Bereich mit Energie im Megahertzbereich.

Dieser Strom ist kein Fehlerstrom. Er ist eine normale, konstruktiv bedingte Folge des Schaltens, und er muss zu dem Antrieb zurück, aus dem er kam. Existiert ein niederimpedanter Rückweg, nimmt er ihn, bleibt innerhalb von ein, zwei Metern Verdrahtung und stört niemanden. Existiert er nicht, kehrt der Strom über das zurück, was verfügbar ist: den Maschinenrahmen, den Kabelkanal, den PE-Leiter, den er sich mit der Sensorversorgung teilt, den Schirm eines Messkabels, das Encoderkabel des benachbarten Servos. Jeder dieser Wege hat Impedanz, und Strom durch Impedanz ist Spannung. Diese Spannung erscheint genau dort, wo sie am wenigsten erwünscht ist: als Verschiebung des Bezugspotentials eines Analogeingangs oder als Störung an den Empfängern eines Encoders.

## Das wichtigste Detail: wie der Schirm aufgelegt ist

Der Heimweg ist der Schirm des Motorkabels, und er funktioniert nur, wenn der Schirm an beiden Enden über seinen vollen Umfang angebunden ist. Ein Pigtail, bei dem das Geflecht zu einer kurzen Ader gedreht und auf eine Klemme gelegt wird, hat genug Induktivität, um bei Megahertz einem offenen Kreis nahezukommen — und es ist der Mangel, den wir am häufigsten finden. Richtig ist eine EMV-Verschraubung oder eine Schirmschelle, die das Geflecht rundum gegen eine saubere, unlackierte Metallfläche presst, am Antrieb und noch einmal am Motorklemmkasten. Ein symmetrisch geschirmtes Kabel mit drei Phasenadern und drei symmetrisch angeordneten Schutzleitern innerhalb des Schirms ist bei jedem längeren Kabel seinen Aufpreis wert, weil es dem Gleichtaktstrom einen symmetrischen Weg gibt und die am Motorgehäuse eingeprägte Spannung senkt.

Für Signalkabel gilt eine andere Regel, und die beiden zu verwechseln verursacht eigene Probleme. Ein Messkabel mit einem langsamen Analogsignal wird üblicherweise nur an einem Ende angebunden, am Schrank, damit kein netzfrequenter Strom im Schirm zwischen zwei Anlagenpunkten unterschiedlichen Erdpotentials kreist. Schnelle Signale, Encoder- und Feldbuskabel werden an beiden Enden angebunden, weil für sie die Hochfrequenzschirmung wichtiger ist als die Erdschleife und ihre Transceiver dafür ausgelegt sind. Muss ein Kabel für Brummen einseitig und für Hochfrequenz beidseitig geerdet sein, ist der übliche Kompromiss eine harte Anbindung am Schrank und ein kleiner Kondensator am fernen Ende.

## Der Schaltschrank ist Teil des Stromkreises

Im Gehäuse ist die Montageplatte kein Regal. Sie ist die Hochfrequenz-Bezugsfläche, die Antrieb, Filter, Schirmschellen und PE-Schiene auf kürzestem Weg verbindet. Das heißt blankes Metall dort, wo Komponenten montiert werden, abgekratzter Lack oder Kontaktscheiben unter jedem Bolzen und kurze Flachbänder statt langer Rundleiter überall dort, wo eine Verbindung Hochfrequenz führt — denn ein Band hat einen Bruchteil der Induktivität eines Leiters gleichen Querschnitts. Antrieb, EMV-Filter und Kabeleinführungen gehören eng zusammen; ein Filter, der über anderthalb Meter quer durch den Schrank mit seinem Antrieb verbunden ist, hat den größten Teil seiner Wirkung schon verloren.

Die Trennung im Kanal folgt derselben Logik. Motorkabel, Bremswiderstandsleitungen und Netzleitungen laufen in ihrem eigenen Kanal; Signal-, Encoder- und Feldbuskabel in einem anderen, idealerweise 200 mm entfernt, und wo sie sich kreuzen müssen, kreuzen sie im rechten Winkel statt nebeneinander zu laufen. Ein Meter paralleler Verlauf in einem Kanal koppelt mehr Störung ein, als jeder Filter später entfernt. Die Regel überlebt im Feld nur, wenn der Schaltschrankbauer versteht, warum es sie gibt — weshalb wir die Verlegung in das Layout zeichnen, statt sie dem Verdrahter am Tag der Montage zu überlassen.

## Lagerströme und das Motorende

Dieselbe Gleichtaktspannung erscheint auch über den Motorlagern. Bricht der Ölfilm durch, pittet die Entladung den Laufring, und über Monate entwickelt sich aus den Pittings das regelmäßige Riffelmuster, das aus einem leisen Motor einen lauten und dann einen defekten macht. Die Abwehr, nach Kosten geordnet: ein ordentliches symmetrisch geschirmtes Kabel mit 360-Grad-Anbindungen, das einen großen Teil der treibenden Spannung entfernt; dann eine Gleichtaktdrossel am Antriebsausgang; dann ein Wellenerdungsring, der dem Strom einen Weg gibt, der nicht durch ein Lager führt; und bei größeren Maschinen ein isoliertes Lager am Nichtantriebsende. Motoren, die am Umrichter jedes Jahr Lager verlieren und am Direktanlauf nie, leiden nicht an schlechten Lagern.

Lange Motorkabel bringen einen zweiten Effekt mit. Das Kabel verhält sich wie eine Leitung, und die Fehlanpassung am Motorende reflektiert die Schaltflanken, sodass der Motor Spannungsspitzen nahe dem Doppelten des Zwischenkreises sehen kann. Standardmäßige Umrichterisolation verträgt das über normale Entfernungen, aber jenseits der vom Antriebshersteller angegebenen Länge gehört ein dv/dt-Filter oder ein Sinusfilter in die Auslegung. Dieselbe Länge erhöht den Ableitstrom, und der Ableitstrom ist es, der Fehlerstromschutzschalter auslöst, die nie für diese Aufgabe gewählt wurden: Wo ein Antrieb im Spiel ist, ist ein Typ-B-Gerät erforderlich, denn der Fehlerstrom ist keine saubere Wechselgröße, die ein Typ-A-Gerät korrekt sehen kann.

## Konformität ist eine Eigenschaft der Installation, keine Artikelnummer

Die IEC 61800-3 ordnet Antriebsinstallationen den Kategorien C1 bis C4 nach der vorgesehenen Umgebung zu, und die Antriebshersteller geben an, welche Kategorie ihr eingebauter Filter unter welchen Bedingungen erreicht: eine maximale Motorkabellänge, ein geschirmtes Kabel, eine festgelegte Taktfrequenz. Diese Bedingungen sind Teil der Erklärung. Eine Maschine mit ungeschirmtem Motorkabel, mit doppelter Länge oder mit einer bei der Inbetriebnahme erhöhten Taktfrequenz, um einen Motor leiser zu machen, befindet sich nicht mehr innerhalb der Bedingungen, unter denen irgendjemand irgendetwas geprüft hat — unabhängig davon, was im Datenblatt steht.

Das ist kommerziell ebenso wichtig wie technisch. Wird eine Maschine in den europäischen Markt geliefert, stützt sich ihre EMV-Erklärung darauf, dass die Installation das ist, was die Dokumentation sagt. Deshalb schreiben wir Kabeltypen, maximale Längen, die Art der Anbindung und die Taktfrequenz in das Maschinenhandbuch, und wir prüfen diese Punkte bei der Abnahme, statt an einem Kundenstandort zu entdecken, dass jemand ein ungeschirmtes Kabel eingesetzt hat, weil es auf Lager war.

## Die Prüfungen, die solche Fehler schnell finden

Kommt ein Schaltschrank mit Symptomen wie im ersten Absatz, ist die Reihenfolge kurz. Zuerst das Motorkabel ansehen: Ist es geschirmt, ist der Schirm an beiden Enden rundum geschellt, gibt es irgendwo ein Pigtail? Dann die Verlegung: Teilt sich das Motorkabel einen Kanal mit Signalen? Dann die Montageplatte: Ist sie unter dem Antrieb und unter den Schirmschellen lackiert? Den Widerstand vom Antriebsgehäuse zur PE-Schiene und von der PE-Schiene zum Maschinenrahmen messen; alles deutlich über einem Zehntel Ohm ist eine Verbindung zum Nacharbeiten — und ein niedriger Widerstandswert beweist noch keine niedrige Hochfrequenzimpedanz, wenn die Verbindung ein langer dünner Draht ist. Dann das Symptom beim Hochlauf des Antriebs reproduzieren, denn ein Fehler, der nur beim Beschleunigen auftritt, hat Ihnen bereits gesagt, wo er wohnt.

Im Fall des Schranks mit den drei Symptomen waren die Reparaturen unspektakulär: ein symmetrisch geschirmtes Motorkabel anstelle eines ungeschirmten, zwei EMV-Verschraubungen, das Analogsignal aus dem Leistungskanal heraus und von einem Spannungssignal auf eine 4-bis-20-Milliampere-Schleife umgestellt sowie ein Typ-B-Fehlerstromschutzschalter. Der Analogwert hörte auf zu wandern, die Encoderfehler hörten auf, und die Fehlauslösungen hörten auf. Am Schaltplan änderte sich nichts — und genau das ist der Punkt.


---

GANI Industrial — Engineering, Fertigung und Lifecycle für europäische OEMs. Bursa, Türkei.
Site-Index: https://ganiindustrial.com/de/llms.txt