90 Jahre Triaxialverfahren – 25 Jahre Partnerschaft bda connectivity – Rosenberger Hochfrequenztechnik

Zur Bestimmung des Kopplungswiderstandes für Kabelschirme gibt es seit nunmehr 90 Jahren das Triaxialverfahren. Bereits in den frühen 1930er Jahren wird die Messung des Kopplungswiderstandes erstmals von Sergei Alexander Schelkunoff erwähnt, seitdem wird das Triaxialverfahren weiter entwickelt und ist immer noch eines der vorherrschenden Verfahren und weltweit im Einsatz.

Eine weitere Beschreibung des Kopplungswiderstandes von verschiedenen Kabelschirmkonstruktionen einschließlich eines triaxialen Prüfverfahrens findet sich 1936 bei Heinz Ochem. Heinrich Kaden beschreibt in den 1950er Jahren die elektromagnetischen Eigenschaften von Kabeln und Komponenten, u.a. auch den Kopplungswiderstand.* John Zorzy und R.F. Mühlenberger beschreiben im Jahr 1961 die Messung des Kopplungswiderstandes mit dem Triaxialverfahren bis 7,5 GHz. Dabei wird der Kopplungswiderstand von Kabelschirmen üblicherweise als längenbezogene Größe in MilliOhm pro Meter (mOhm/m) gemessen.

Mit der Einführung des Kabelfernsehens kommt die Forderung auf, anstelle des Kopplungswiderstandes in mOhm/m die Schirmdämpfung der hier eingesetzten koaxialen Kabel (CATV-Kabel) als Dezibel-Wert (dB) bis zu 1000 MHz zu messen. Dazu wird bereits in den 1970er und 80er Jahren das Verfahren mit Absorberzangen eingeführt.**

Lauri Halme entwickelt 1987 die Summenfunktion und die Kopplungsübertragungsfunktion von Kabelschirmen. Halme und Breitenbach erkennen, dass die Maximalwerte der Resonanzen im triaxialen Messrohr bei höheren Frequenzen die Schirmdämpfung darstellen. Auf dieser Basis erweitert Otto Breitenbach ab 1989 zusammen mit Thomas Hähner das Triaxialverfahren zur Messung der Schirmdämpfung im Frequenzbereich ab ca. 30 MHz. Unter der Leitung von Bernhard Mund beteiligt sich bda connectivity (früher bedea Berkenhoff & Drebes GmbH) an dieser Erweiterung des Triaxialverfahrens und führt einige mechanischen Verbesserungen gegenüber bis dahin üblichen Messrohren ein. Dazu gehören u.a. der abgesetzte Messkopf sowie Klemmtechniken zum Anschluss der Prüfobjekte am nahen und am fernen Ende. Dadurch wird der Einbau des Prüfmusters in das Messrohr wesentlich vereinfacht.

Obwohl das CoMeT Mess-System bei bda connectivity zunächst nur für die eigene Laboranwendung entwickelt wird, melden sich bald die ersten Interessenten bei bda connectivity; u.a. ein namhaftes Prüf- und Zertifizierungsinstitut und das Fernmeldetechnische Zentralamt FTZ der Post. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit der professionellen Fertigung des Systems durch einen qualifizierten Hersteller, der mit Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG, Fridolfing, gefunden wird. Damit beginnt bereits vor einem Vierteljahrhundert, im Jahre 1997, im Bereich der triaxialen Messmethoden zur EMV-Messung die erfolgreiche Zusammenarbeit der Unternehmen Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG, Fridolfing und bda connectivity GmbH, Asslar. Auf der Basis der

Prototypen von bda connectivity wird 1997 in Zusammenarbeit mit dem Chefkonstrukteur von Rosenberger, Herrn Eberhard Rodig, und dem Entwicklungsleiter bei bda connectivity, Herrn Bernhard Mund, die erste Serie des Messrohrs CoMeT (Coupling Measuring Tube) bei Rosenberger gefertigt.

Seitdem ist das CoMeT-System auf weitere Testparameter ausgeweitet, wie die Kopplungsdämpfung a_c von symmetrischen Kabeln und Assemblies oder die EMV-Messung größerer Komponenten, z.B. Kabel-Assemblies für elektrische Fahrzeuge mit der “Triaxialen Zelle“. Die verschiedenen triaxialen Messverfahren für unterschiedliche Anwendungsbereiche sind u.a. in internationalen Normen, wie z.B. IEC 62153-4-n beschrieben.

Die Präsentation des CoMeT-Systems 1998 beim IEC General Meeting in Houston, Texas, stellt einen Meilenstein für die erfolgreiche Einführung der Messung der Schirmdämpfung mit dem Triaxialverfahren auf internationaler Ebene dar, gefolgt von einem weiteren Highlight: der Aufnahme des Triaxialverfahrens in den weltweiten Standard IEC 61196-1 zur Messung der Schirmdämpfung a_S bis zu und jenseits der 3 GHz (1999). Weitere Wegbereiter für den erfolgreichen CoMeT-„Flug“ sind die Beschreibung der Messung der Kopplungsdämpfung symmetrischer Kabel mit dem Triaxialverfahren in IEC 62153-4-9Ed1 (2000), die Standardisierung als Messverfahren für Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung in EN 50289-1-6 (2002)*** sowie die Einführung der Schirmungsklassen für CATV-Kabel nach EN 50117 und IEC 61196. Hersteller von CATV-Kabeln müssen dem Zentralamt für Zulassungen im Fernmeldewesen, (ZZF) die Schirmungsklassen nachweisen.

Mit dem “Rohr-in-Rohr“-Verfahren nach IEC 62153-4-7 werden die Verfahren zur Messung von Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung an Kabelschirmen auf die Messung von Steckern und konfektionierten Kabeln ergänzt (2002).

2006 präsentiert Thomas Schmid das zusammen mit Michael Wollitzer entwickelte das CoMeT-K-System zum Messen von EMV-Durchführungen und EMV-Dichtungen, genormt als IEC 62153-4-10. 2008 übernimmt Ralf Damm die weltweiten CoMeT Vertriebsaktivitäten bei bda connectivity.

Größere Komponenten wie HV-Anschlusskabel und Stecker für Elektrofahrzeuge oder CATV-Verteiler erfordern die Erweiterung des CoMeT-Sysstems auf Triaxiale Zellen nach IEC 62153-4-15 (2010). Mit der Erweiterung der IEC 62153-4-9Amd1 zur Messung der Kopplungsdämpfung ungeschirmter symmetrischer Kabel wird das Triaxialverfahren auf internationaler Ebene als Referenzverfahren anerkannt (2018).

Vorzüge des Triaxialverfahrens gegenüber anderen Verfahren sind u.a. der geschlossene Messaufbau, die große Messbandbreite von DC bis zu ca. 9 GHz (CoMeT 40) bzw. 20 GHz (CoMeT 18) und die hohe Messempfindlichkeit. Ein wesentlicher Vorteil ist auch, dass mit nur einem Messaufbau sowohl der Kopplungswiderstand als auch die Schirm- bzw. die Kopplungsdämpfung gemessen werden können.

Mit dem Triaxialen CoMeT System ist bda connectivity weltweit Marktführer im Bereich der Messung der Schirmwirkung von Kabeln, Steckern und Komponenten.

Die Zusammenarbeit im Bereich der EMV-Messung mit dem CoMeT-Mess-System zwischen bda connectivity GmbH und Rosenberger erstreckt sich inzwischen auf die Weiterentwicklung der Theoretischen Grundlagen, der praktischen-Optimierung des CoMeT-Systems einschließlich neuer Anwendungen sowie die Überarbeitung der entsprechenden internationalen Normen. Mitarbeiter von bda connectivity und Rosenberger sind Mitglieder verschiedener Komitees und Arbeitsgruppen im Technischen Komitee IEC TC 46, Kommunikationskabel & Hochfrequenzstecker. Dazu gehört auch die gemeinsame Ausarbeitung und Vorstellung von Präsentationen und Fachbeiträgen, z.B. ****

• Higher order mode suppression in Triaxial Cells, IWCS 2016
• Kopplungsdämpfung bis 2 GHz mit virtuellem Balun, IWCS 2015
• EMV von Steckern & Komponenten mit dem Triaxialverfahren, Anwenderkongress Steckverbinder 2019
• EMV von fertigen Anschlussvorrichtungen (RMCD), IWCS 2020
• Schirmwirkung ungeschirmter symmetrischer Paare, EMC 2019, EMV 2020
• EMV-Parameter von einpaarigen Ethernet-Kabeln, ITG-Fachtagung Kommunikationskabelnetze 2021
• EMC of Single Pair Ethernet Cables, Wire & Cable Technology International/June 2022
• EMV-Parameter von SPE-Kabeln und Steckern, Anwenderkongress Steckverbinder Juli 2022, Würzburg

Die ausgesprochen erfolgreiche Zusammenarbeit beider Unternehmen im Bereich der EMV-Messtechnik lässt sich wie folgt in Zahlen ausdrücken:

• 25 Jahre exzellente Zusammenarbeit
• Entwicklung des Grundsystems CoMeT 40 und der Software WinCoMeT sowie der Weiterentwicklungen:
  • CoMeT 90
  • CoMeT 18
  • Rohr-in-Rohr
  • CoMeT-K
  • Triaxiale Zelle
  • div Zubehör
• 405 verkaufte CoMeT-Systeme, davon 356 Messrohre und 49 Triaxiale Zellen
• Hunderte zufriedene Kunden im Bereich der Industrie für Kommunikationskabel, Prüfinstitute und EMV-Labore, Automobilindustrie, u.v.m.

Im Oktober 2022 haben sich Vertreter von bda connectivity und von Rosenberger Hochfrequenztechnik zu ihrem alljährlichen Review-Meeting in Fridolfing getroffen. Hier wurden die 25-jährige Zusammenarbeit gewürdigt und gefeiert, jedoch auch die aktuelle Situation und zukünftige Zielsetzungen besprochen. Unter anderem werden diese Ziele in der Kooperation angegangen:

• Messadapter für verschiedene Anwendungen, wie z.B. HFM, SPE, RMC
• Anpassung an zukünftige Technologien und Endanwendungen, wie z.B. Automotive, e-Mobility etc.

„Wir wünschen uns, dass die gemeinsamen Aktivitäten beider Unternehmen noch lange fortgeführt werden kann, um die Technologie für weitere Anwendungen weiterzuentwickeln“, sagt Bernhard Mund, verantwortlich für die EMV-Prüftechnik und Normung bei bda connectivity. Und Thomas Schmid, Leiter  des EMV-Labors bei Rosenberger Hochfrequenztechnik, ergänzt: „Mit zunehmendem Ausbau der drahtlosen Technologien, IoT, e-Mobilität usw. werden die Einsatzmöglichkeiten des Triaxialverfahrens eher noch zunehmen“. Und das wiederum legt die Basis zu vielen weiteren produktiven Jahren der Zusammenarbeit.

*(Wirbelströme und Schirmung in der Nachrichtentechnik)
**(z.B. Spatz, Hildebrand, Ditscheid u.a. DKE-UK 412.3)
***(inzwischen zurückgezogen)
**** (zum Download auf der bda Website https://bda-connectivity.com)