EMV-Prüfungen nicht bestanden. Was nun?

Was passiert, wenn Ihr Produkt eine wichtige EMV-Prüfung in einem akkreditierten Prüflabor nicht besteht? testxchange sprach mit dem EMV-Experten Markus Ridder, Gründer und Geschäftsführer von waveLAB Ruhr, über mögliche Lösungen für dieses Problem.

testxchange: Herr Ridder, vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, heute mit uns über EMV-Tests zu sprechen, und zwar speziell darüber, was passiert, wenn ein Produkt einen EMV-Test nicht besteht. Können Sie sich unseren Lesern bitte kurz vorstellen?

Markus Ridder: Guten Morgen, vielen Dank auch von meiner Seite. Mein Name ist Markus Ridder und ich bin der Geschäftsführer von waveLAB Ruhr, einem Unternehmen, das ich vor kurzem mitten im Ruhrgebiet gegründet habe. Ich bin Mitte vierzig und habe Ende der 90er, Anfang der 2000er Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Nachrichtentechnik studiert. Danach habe ich in der Halbleiterindustrie gearbeitet und bin schon sehr früh mit EMV-Themen in Berührung gekommen. Damals war ich für EMV-Messungen an Mikrocontrollern zuständig und kümmerte mich auch darum, unsere Produkte zwecks Konformitätsbewertung bei akkreditierten Prüfstellen testen zu lassen. Hier kam ich zum zweiten Mal mit EMV-Themen in Berührung, einschließlich Produkt-EMV-Messungen, EMV-Normen und auch EMV-Gegenmaßnahmen. Später beschäftigte ich mich mit der Fehler- und Schadensanalyse, hauptsächlich für Elektronik, bevor ich bei mehreren akkreditierten Prüfstellen arbeitete, zuletzt als Geschäftsführer bei einem größeren Prüfdienstleister. In dieser Zeit habe ich Kunden bei der Bewältigung von Problemen rund um EMV und Funkanlagen unterstützt, oft auf dem Weg zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen für den Marktzugang ihrer Produkte. Das ist meine Leidenschaft, der ich auch mit meinem neu gegründeten Unternehmen waveLAB Ruhr nachgehe.

testxchange: Bestimmt haben Sie in all den Jahren zahlreiche Fälle von Produkten erlebt, die bei EMV-Tests durchgefallen sind. Was ist für betroffene Kunden in solchen Situationen der gängige Ablauf, und wie kann das akkreditierte Prüflabor hier helfen?

Markus Ridder: Es gibt keine allgemeine Antwort auf diese Frage, aber nach meiner Erfahrung bestehen etwa 90 % der Produkte nicht alle EMV-Tests auf Anhieb. Je nach Produkt gibt es meist eine ganze Reihe von Prüfungen, z. B. gestrahlte Prüfungen und leitungsgebundene Tests, und wenn nur einer davon nicht bestanden wird, muss das nach ISO 17025 akkreditierte Labor einen Bericht mit dem Ergebnis "nicht bestanden" für die gesamte Prüfung ausstellen. Das Qualitätsmanagementsystem eines akkreditierten Labors erlaubt es nicht, an dem geprüften Gerät (DUT) nachträglich etwas zu verändern, um ein besseres Ergebnis zu erzielen. Wenn das Ergebnis "nicht bestanden" ist, ist es oft so, dass der Kunde nicht weiß, wie er das jeweilige Problem lösen kann. Auch der Prüfer in der Prüfstelle weiß oft nicht, wie man EMV-Gegenmaßnahmen wie Spulen, Koppelkondensatoren oder Ferrite einsetzen könnte. Wenn also ein Gerät versagt, schickt der Kunde dieses in der Regel wieder zurück in sein eigenes Entwicklungslabor und experimentiert dort mit verschiedenen Lösungsansätzen. Schließlich wird ein zweiter Versuch unternommen, um hoffentlich diesmal die Prüfanforderungen im akkreditierten Prüflabor zu bestehen. Und dann besteht das Produkt entweder alle Tests oder es fällt erneut durch. Meiner Meinung nach wäre es viel besser, wenn dieser Prozess effizienter gestaltet werden könnte, sowohl was den Zeitaufwand als auch was die Kosten angeht. So dass es nicht notwendig wäre, das Produkt an die Entwicklungsabteilung zurückzuschicken, sondern stattdessen direkt nach dem Auftreten eines Problems während der Tests Anpassungen vorzunehmen. Wenn nicht direkt im Labor, dann vielleicht bei einem fachkundigen Dienstleister in der Nähe, und hier kommt waveLAB Ruhr ins Spiel. Wir versuchen herauszufinden, warum ein Test nicht bestanden wurde, und dann die Ursache für z.B. eine Grenzwertüberschreitung zu finden. Wir helfen dann dem Kunden, dieses Problem zu lösen.

testxchange: Können Sie uns ein Beispiel für ein von Problemen betroffenes Produkt nennen und die Schritte, die Sie unternehmen würden, um dem Kunden dabei zu helfen?

Markus Ridder: Ja, hier fällt mir spontan ein Gerät ein, das wir begleitet haben und das nicht durch ein NDA abgedeckt ist. Dabei handelte es sich um ein Gerät für drahtlose Kurzdistanz-Verbindungen (SRD) mit einer Übertragungsfrequenz von 868 MHz. Die Störung wurde bei der so genannten RSE-Prüfung (Radiated Spurious Emissions) festgestellt; es war die fünfte Harmonische, die die vorgegebenen Grenzwerte für die europäische Zulassung verletzte. Der Kunde verfügte über umfangreiches Wissen und versuchte zunächst die Leistung zu reduzieren und die verwendeten Bandbreiten zu verringern, um das Problem zu beheben, aber letztendlich war es eine Frage des adaptiven Netzwerks, das nahe an der Antenne platziert war.Das Netzwerk musste modifiziert werden, was der Kunde selbst nicht vermutet hätte und auch nicht konnte. Dies ist ein gutes Beispiel, bei dem waveLAB helfen konnte. Wir waren in der Lage, die RSE erneut zu messen. Wir sahen dabei, dass die fünfte Harmonische höher war als die anderen und natürlich über dem Grenzwert lag. Wir haben uns dann um die Anpassung des Netzes gekümmert. Mit verschiedenen Arten von Messgeräten, wie Netzwerkanalysatoren, Spektrumanalysatoren und Nahfeldsonden, konnten wir die Ursache des Problems ermitteln. Als wir die Tests in unseren Pre-Compliance-Messkammern durchführten, stellten wir fest, dass die fünfte Harmonische reduziert werden konnte. Der Kunde ging also erneut in die Prüfung bei der akkreditierten Prüfstelle, diesmal mit einer viel niedrigeren fünften Harmonischen als beim vorherigen Test. Insgesamt denken wir, dass dies ein sehr effizienter, zeit- und kostensparender Prozess war.

testxchange: Sie haben erwähnt, dass Sie über eine Pre-Compliance-Prüfkammer verfügen. Würden Sie allen Kunden raten, grundsätzlich Pre-Compliance-Tests durchzuführen, und kann man dafür ein akkreditiertes oder nicht akkreditiertes Labor auswählen?

Markus Ridder: Der Ingenieur in mir würde sagen: Es kommt darauf an. Es hängt von der Erfahrung des Kunden ab. Es gibt sehr erfahrene Kunden, die ihre Produkte schon seit langem auf dem Markt haben, und diese brauchen oft keine Vorprüfung der Konformität. Dann gibt es Kunden, die zum ersten Mal mit Funkschnittstellen in Berührung kommen. Vielleicht haben sie Erfahrung mit kabelgebundener Kommunikation und steigen jetzt auf drahtlose Funkschnittstellen um. Für diese Art von Kunden würden wir in der Regel Pre-Compliance-Messungen während des Entwicklungsprozesses empfehlen. Diese können von akkreditierten Prüfstellen durchgeführt werden, von denen viele Pre-Compliance-Tests anbieten. Es kann jedoch vorkommen, dass diese recht teuer sind, lange Vorlaufzeiten haben oder nicht sehr flexibel sind. Oft verfügen sie nur über akkreditierte Prüfgeräte und große Prüfkammern, deren Buchung Ihren Preis hat. Die Mitarbeiter dieser akkreditierten Labore wissen in der Regel, wie man ein Prüfverfahren genau nach einer bestimmten Norm durchführt, aber sie verstehen nicht unbedingt die spezifischen Details des Prüflings und die Art und Weise, in der er mit bestimmten Prüfsystemen interagieren kann. Wie beeinflusst ein Test das getestete Gerät? Dies ist ein Punkt, bei dem waveLAB Ruhr sich von anderen Dienstleistern unterscheidet. Wir berücksichtigen die physikalischen Zusammenhänge. Die Norm ist hier erst einmal zweitrangig. Was wir uns stattdessen genau anschauen, sind die elektromagnetischen Felder, und zwar in beiden Richtungen, sowohl für die Emission als auch für die Störfestigkeit. Und das gilt auch für die Funkprüfung. Generell empfehlen wir also, sich schon während des Entwicklungsprozesses Gedanken über Funk und EMV zu machen. Wenn hier Pre-Compliance-Tests erforderlich sind, helfen wir gerne.

testxchange: Einige Kunden haben vielleicht beobachtet, dass verschiedene akkreditierte Prüflabore unterschiedliche Prüfergebnisse für denselben Prüfling liefern. Und manche fragen sich, ob die Ergebnisse eines nicht akkreditierten Labors hier nicht noch stärker abweichen können. Was ist Ihre Meinung zur Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen, insbesondere zwischen akkreditierten und nicht akkreditierten Laboren?

Markus Ridder: Letztendlich braucht man ein akkreditiertes Labor, in dem das Gerät die Tests besteht, um das Produkt auf den Markt zu bringen. Allerdings kann man die Prüfergebnisse von akkreditierten und nicht akkreditierten Laboren nicht miteinander vergleichen, ohne die jeweiligen Messunsicherheiten zu berücksichtigen. Meiner Meinung nach ist es wichtig, seine Messunsicherheiten zu kennen und sie zu berücksichtigen, anstatt sie zu ignorieren. Das macht jedes Labor zu einem guten Labor, ob akkreditiert oder nicht. Wenn Sie als Hersteller eine Konformitätserklärung unterschreiben, sind Sie rechtlich dafür verantwortlich, dass Ihr Gerät die Anforderungen der jeweiligen Richtlinien erfüllt, und das ist völlig unabhängig davon, welches Labor Sie gewählt haben. Wenn Sie also eine solche Erklärung unterschreiben, ist es üblich, dass zuvor ein akkreditiertes Labor die vorgeschriebenen Prüfungen durchgeführt hat. Wie sind die Prüfergebnisse eines solchen akkreditierten Labors im Vergleich zu den Prüfergebnissen eines nicht akkreditierten Labors wie dem meinen zu bewerten? Ein Hauptunterschied besteht darin, dass ich in meinem nicht akkreditierten Prüflabor nicht über ein Qualitätsmanagementsystem nach ISO 17025 verfüge. Ich habe zwar kalibrierte Geräte, die aber nicht nach ISO 17025 kalibriert sind. Wenn wir also über die Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen sprechen, wo hat ein nicht akkreditiertes Labor seinen Platz? Ein wichtiger Punkt ist, dass wir (wie alle anderen) Validierungsmessungen für alle Arten von Geräten durchführen. Wenn Sie einen frisch getesteten Prüfling von einer akkreditierten Prüfstelle erhalten, bekommen Sie in der Regel auch deren Prüfberichte, und Sie können sehen: Okay, das ist eine Frequenz, bei der die Grenzwertüberschreitung auftritt. Sehe ich dieselbe Frequenz auch bei meinem Messgerät? Die Antwort muss immer “ja” lauten. Wenn nicht, stimmt etwas mit meiner Prüfausrüstung nicht. Was die Amplitude betrifft, so sollte ich dasselbe Verhalten/denselben Wert wie in einem akkreditierten Labor sehen. Wenn also die fünfte Harmonische über dem Grenzwert im akkreditierten Prüfbericht liegt, sollte sie auch bei meiner Prüfung über dem Grenzwert liegen. Wenn ich dann die Amplitude um 3 dB oder z. B. 6 dB reduziere, sollte ich in etwa die gleichen Auswirkungen feststellen wie ein akkreditiertes Labor. Wenn wir also im akkreditierten Labor eine Überschreitung von 12 dB haben, wird eine Reduzierung um 6 dB in meiner Messkammer nicht ausreichen. Daher würde ich in der Regel auch einen Abstand von etwa 20 dB zwischen der Grenzwertüberschreitung und der Endamplitude anstreben, um alle Produktionsunsicherheiten für einen Prüfling zu berücksichtigen.

testxchange: Führen in diesem Zusammenhang auch nicht akkreditierte Labore Ringversuche durch, um ihre Ergebnisse mit denen anderer Labore zu vergleichen? Wenn ja, ist dies üblich?

Markus Ridder: Ehrlich gesagt glaube ich nicht, dass dies bei nicht akkreditierten Labors gängige Praxis ist. Vielleicht ist es in meinem Fall anders. Ich habe 2017 eine Ringversuchs-Interessengruppe von Laboren in Deutschland gegründet. Wir sind jetzt 13 akkreditierte Prüflabore plus waveLAB als nicht akkreditiertes Prüflabor. Ich nehme also mit dieser Gruppe an Ringversuchen teil. Akkreditierte Labore müssen einmal im Jahr für jede einzelne Disziplin einen Ringversuch durchführen, um die DAkkS-Anforderungen zu erfüllen. Da ich diese Gruppe gegründet habe, stehe ich immer noch in regelmäßigem Kontakt mit ihr, und ich denke, dass sie auch für den Ideenaustausch zwischen den Laboren wertvoll ist. Zum Beispiel in Bezug auf die Ausrüstung für die Prüfung abgestrahlter Emissionen. Verwenden andere Labore einen Kammgenerator oder andere Referenzstrahlungsquellen? Der Austausch in diesem Kreis sachkundiger Prüfexperten ist sehr fruchtbar und wertvoll. Deshalb ist es für mein nicht akkreditiertes Labor sehr sinnvoll, an Ringversuchen teilzunehmen. Diese Tests sind sogar kostenlos, da alle Labore in der Gruppe abwechselnd einen weiteren Ringversuch organisieren, der Aufwand wird also nicht von einem einzelnen Unternehmen getragen.

testxchange: Gibt es in Bezug auf EMV-Tests im Allgemeinen Trends und Herausforderungen, die Sie am Horizont auftauchen sehen?

Markus Ridder: Ein wichtiges Thema im Moment ist die Frequenzerweiterung in Bezug auf die ETSI-Anforderungen. Innerhalb von ETSI gibt es Gruppen, die derzeit über die Erweiterung der Frequenzen für gestrahlte Emissionen für EMV-Tests diskutieren. Bisher wurden diese Tests in der Regel bis zu 6 GHz durchgeführt. Das Gleiche gilt für die Störfestigkeit. ETSI arbeitet derzeit an dem Thema des Frequenzbereichs bis 40 GHz . Das liegt daran, dass sie sich mit der 5G-Technologie und 5G-Millimeterwellen ab 24 GHz auseinandersetzen. Und sie wollen sowohl die Störfestigkeit als auch die Emission bis 40 GHz abdecken. Ich denke, das ist eine neue Herausforderung, insbesondere für die akkreditierten Prüflabore, die heute aktiv sind. Viele ihrer Semi-Absorberkammern decken nicht mehr als 6 GHz ab. Sie beherrschen also VSWR- oder NSA-Messungen, die nur bis 6 GHz reichen, und ihre Ausrüstung ist nicht für die Prüfung bis 40 GHz geeignet. Auch die Störfestigkeit bei 40 GHz ist eine große Herausforderung. Die Verstärker dafür sind recht kostspielig, und auch damit müssen sich waveLAB und andere Labore auseinandersetzen, um in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Heute sind wir noch nicht so weit, dass wir mit 40 GHz arbeiten können, aber wir nähern uns 20 GHz, sind also auf einem guten Weg. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 40 GHz eine wichtige Herausforderung ist, der sich vor allem die Entwickler von Geräten bewusst sein müssen.

testxchange: Herr Ridder, vielen Dank für das Interview!

Markus Ridder: Auch für mich war es ein Vergnügen.