Schirmung bezeichnet innerhalb einer Kabelverbindung die Ma\u00dfnahme zur Abschirmung elektromagnetischer St\u00f6rfelder durch leitendes Material um die Kabel, um eine st\u00f6rungsfreie Daten\u00fcbertragung zu gew\u00e4hrleisten. Diese Abschirmung verhindert sowohl das Eindringen externer St\u00f6rungen in die Kabel als auch das Austreten von Signalen, die andere elektronische Systeme im Fahrzeug beeinflussen k\u00f6nnten.<\/p>\n
In modernen Fahrzeugen werden aufgrund zahlreicher Fahrerassistenzsysteme immer mehr leitungsgebundene \u00dcbertragungsstrecken mit hoher Bandbreite eingesetzt. Diese Systeme erfordern eine st\u00f6rungsfreie Daten\u00fcbertragung, insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen wie Fahrwerk, Bremsen, Lenkung und Antrieb. Um die hohen Datenraten \u00fcber Kupferkabel \u00fcbertragen zu k\u00f6nnen, werden nicht mehr bin\u00e4re NRZ-Kodierungen mit zwei Spannungspegeln eingesetzt, sondern Kodierungen mit mehreren Pegelzust\u00e4nden, wie zum Beispiel in 10GBASE-T1 (IEEE 802.3ch-2020), das f\u00fcr eine \u00dcbertragungsrate von 10 Gbit\/s \u00fcber ein Twisted-Pair-Kabel eine PAM4 (Puls-Amplituden-Modulation) mit 4 Spannungspegeln verwendet wird. Damit kann die \u00dcbertragungsrate verdoppelt werden. Wird die Anzahl der Pegel bei gleichbleibender Maximalspannung erh\u00f6ht, so wird die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Pegeln kleiner. Dieser Abstand ist jedoch wichtig, um die Zust\u00e4nde im Empf\u00e4nger unterscheiden zu k\u00f6nnen. Durch den geringeren Abstand der Pegel zueinander k\u00f6nnen St\u00f6rungen auf der \u00dcbertragungsstrecke die Pegelunterscheidung im Empf\u00e4nger leichter st\u00f6ren und die Bitfehlerrate steigt. Da die elektrischen Leitungen vieler verschiedener Systeme in Fahrzeugen oft geb\u00fcndelt verlegt sind, erh\u00f6ht die Wahrscheinlichkeit f\u00fcr St\u00f6rungen weiter. Eine wirksame Abschirmung und deren korrekter Anschluss ist eine wichtige Ma\u00dfnahme, um Ausf\u00e4lle von Systemfunktionen zu vermeiden.<\/p>\n
St\u00f6rfelder k\u00f6nnen nach ihrer Frequenz eingeteilt werden. Elektrostatische und quasi-statische bzw. niederfrequente elektrische Felder k\u00f6nnen durch ein Schirmgeflecht aus gut leitendem Material um die signalf\u00fchrenden Adern reduziert werden. Das Schirmgeflecht wirkt dabei nach dem Prinzip des Faraday\u2019schen K\u00e4figs. Ein von au\u00dfen angelegtes elektrisches Feld bewirkt eine Ladungsverschiebung im Metallgeflecht, wodurch im Inneren des Geflechts ein entgegengesetztes Feld entsteht und das von au\u00dfen einwirkende Feld durch \u00dcberlagerung der beiden entgegengesetzten Felder ausgel\u00f6scht wird. Mit steigender Frequenz des elektrischen Feldes nimmt die Schirmwirkung durch den Skin-Effekt zu. Der Skin-Effekt bezeichnet die Verdr\u00e4ngung von Str\u00f6men aus dem Zentrum an die Oberfl\u00e4che eines elektrischen Leiters mit steigender Frequenz. Die Eindringtiefe der Felder h\u00e4ngt neben der Frequenz auch von der Leitf\u00e4higkeit ab. Aufgrund des Skin-Effekts k\u00f6nnen hochfrequente elektrische und elektromagnetische Felder auch durch gut leitf\u00e4hige, d\u00fcnne Metallfolien oder metallbedampfte Folien abgeschirmt werden. Die Abschirmungen wirken sowohl gegen unerw\u00fcnschte Abstrahlung von Signalen (St\u00f6raussendung, Electro magnetic interference (EMI)) als auch gegen die Einwirkung von St\u00f6rungen auf Signalleitungen (St\u00f6rfestigkeit, Electro magnetic compatibility (EMC)). Dies gilt gleicherma\u00dfen f\u00fcr elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder.\u00a0<\/p>\n
Niederfrequente Magnetfelder bis zu einigen hundert Kilohertz k\u00f6nnen metallische Abschirmungen durchdringen und St\u00f6rstr\u00f6me in Signalleiter induzieren. Solche Felder werden mit hochpermeablen Materialien abgeschirmt. Die Wirkung dieser Abschirmung besteht darin, dass die magnetischen Felder im Schirmmaterial geb\u00fcndelt werden, so dass das magnetische Feld nicht bis zum Signalleiter durchdringt. Da diese hochpermeablen Materialien jedoch sehr teuer sind und die Flexibilit\u00e4t eines Kabels einschr\u00e4nken k\u00f6nnen, werden niederfrequente Magnetfelder durch differentielle Signal\u00fcbertragung und Verdrillen der beiden Signalleiter vermieden. Bei der differentiellen Signal\u00fcbertragung werden zwei Adern mit halber Nennspannung, aber unterschiedlichem Vorzeichen verwendet und im Empf\u00e4nger die Differenzspannung zwischen den beiden Adern ausgewertet. Durch die Verdrillung dieser beiden Adern \u00e4ndert sich die Stromrichtung des induzierten St\u00f6rstromes in jeder Schleife und wird bei symmetrischer Verdrillung im Mittel kompensiert. Dieses Verfahren wird unter anderem bei UTP-Leitungen (Unshielded Twisted Pair) angewendet. Bei hochfrequenten magnetischen und elektromagnetischen Feldern wirkt der Skineffekt eines elektrisch leitenden Materials d\u00e4mpfend. Hierbei ist zwischen einem Geflechtschirm und einem Folienschirm zu unterscheiden. Bei der Verwendung von Drahtgeflechten als Abschirmung nimmt die Wirksamkeit der Abschirmung zu h\u00f6heren Frequenzen hin ab, was auf die unvollst\u00e4ndige Bedeckung der Oberfl\u00e4che zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Es gibt kleine L\u00fccken im Schirmgeflecht, durch die der magnetische Feldanteil bei hohen Frequenzen durchdringt. Um die Schirmwirkung zu erh\u00f6hen, befindet sich bei hochwertigen Leitungen unter dem Schirmgeflecht eine elektrisch leitende Folie, die die restlichen hochfrequenten Felder abschirmt.<\/p>\n
Ein geschirmtes Kabel mit einem gut leitenden Schirmgeflecht und einer Metallfolie oder metallisierten Folie bietet keinen zuverl\u00e4ssigen Schutz, wenn die Schirmenden nicht ordnungsgem\u00e4\u00df mit dem Bezugspotential des Systems verbunden sind. Ohne Verbindung mit dem Bezugspotential des Systems k\u00f6nnen keine Ausgleichsstr\u00f6me flie\u00dfen, so dass der Schirm nur eine geringe Wirkung gegen St\u00f6rfelder hat. Ist der Schirm auf einer Seite der Leitung mit dem Bezugspotential verbunden, werden nur elektrische Felder abgeschirmt. Um magnetische Felder oberhalb des Kilohertz-Bereiches abzuschirmen, muss der Schirm beidseitig geerdet werden, um einen Stromfluss zu erm\u00f6glichen. Im Bereich der Kontaktierung sollte der Schirm allseitig (360\u00b0) mit dem geschirmten Steckergeh\u00e4use kontaktiert werden, da sonst \u00d6ffnungen entstehen, durch die h\u00f6herfrequente St\u00f6rfelder eindringen k\u00f6nnen und Signale abgestrahlt werden.<\/p>\n
Um die Schirmwirkung von Kabeln mit unterschiedlichen Schirmgeflechten vergleichen zu k\u00f6nnen, werden Messwerte ben\u00f6tigt. Dabei wird zwischen nieder- und hochfrequenten Messungen unterschieden. Im Niederfrequenzbereich wird die Transferimpedanz bzw. der Kopplungswiderstand bestimmt. Bei dieser Messung wird ein Strom auf die Au\u00dfenseite des Schirms aufgepr\u00e4gt und die Spannung zwischen Innenleiter und Schirm gemessen. Im h\u00f6heren Frequenzbereich wird die Schirmd\u00e4mpfung verwendet. Die Schirmd\u00e4mpfung kann z.B. mit dem Triaxial Messverfahren bestimmt werden. Die Schirmd\u00e4mpfung stellt dabei das Verh\u00e4ltnis von eingespeistem Signal zu durch den Schirm abgestrahltem Signal dar.<\/p>\n