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Schirm einseitig oder beidseitig anschließen: zuerst Frequenz, Potenzialausgleich und Anschlussweg prüfen
Zusammenfassung: Eine Schaltschrankzeichnung mit dem Vermerk „Schirm geerdet“ kann dennoch zwei entscheidende Details auslassen: Welchen Weg legt der Schirmstrom bis zum Metallgehäuse zurück, und liegt am anderen Ende dasselbe Bezugspotenzial an? Der bloße Vergleich von „einseitig“ und „beidseitig“ unterscheidet nicht zwischen dem Weg hochfrequenter Störungen und niederfrequenten Ausgleichsströmen.
Dieser Beitrag richtet sich an Steuerungs- und Applikationsingenieure, die Schaltschrankumbauten, Instrumentenanschlüsse oder Kommunikationsstörungen beurteilen. Er hilft, die Anschlussvorgaben der Gerätehandbücher in einer gemeinsamen Darstellung der Verbindungswege zusammenzuführen. So lässt sich entscheiden, ob zuerst die Anschlussgeometrie, der Potenzialausgleich oder die besonderen Anforderungen des Sensorschaltkreises zu prüfen sind. Der Beitrag ist ein Leitfaden zur Prüfung von Konstruktionsunterlagen und Zeichnungen. Er berichtet weder über Hardwaretests von MTTJ noch enthält er Anweisungen zur Änderung der Verdrahtung unter Spannung.
Zuerst drei Wege in der Zeichnung trennen
Signalbezug, Schirmanschluss und Schutzerdung können innerhalb eines Geräts verbunden sein, erfüllen aber unterschiedliche Aufgaben. Kennzeichnen Sie den Signalstromkreis, die Verbindung vom Schirm zum Gehäuse sowie die Schutzleiter- und Potenzialausgleichswege des Geräts getrennt. Ein einziges „Masse“-Symbol ohne Angabe der Anschlusspunkte verdeckt die tatsächlichen Verbindungen innerhalb der Schnittstelle.
Der Schirm darf keinen Schutzleiter ersetzen. Die SH3-Installationsanleitung von Schneider Electric nennt diese Grenze ausdrücklich. Auch das UC20-M-Handbuch von Weidmüller fordert einen separaten Potenzialausgleich und untersagt, den Kabelschirm dafür zu verwenden. Ein Schirmanschluss an einem mit PE verbundenen Gehäuse oder einer entsprechenden Sammelschiene erlaubt nicht, den vom Gerät geforderten PE-Leiter wegzulassen. SH3-Installationsanleitung, UC20-M-Handbuch, Seite 47
Beschaffen Sie zu Beginn der Prüfung die genauen Gerätemodelle an beiden Enden, die Handbuchversionen, die Erdungsschaltbilder der Schnittstellen und den Potenzialausgleichsplan der Anlage. Widersprechen sich diese Unterlagen oder ist der Schirm bereits die einzige metallische Verbindung zwischen zwei Geräten, muss zunächst die für die elektrische Konstruktion verantwortliche Person das Problem klären. Trennen Sie PE nicht zur Untersuchung von Störungen.
Warum Durchgang am Multimeter für die Hochfrequenzschirmung nicht ausreichen kann
Phoenix Contact behandelt den ohmschen und den induktiven Anteil eines Schirmanschlusses getrennt. Ein niedriger Gleichstrom-Kontaktwiderstand beschreibt nur einen Teil der Verbindung; mit steigender Frequenz gewinnt die Induktivität des Anschlusswegs an Bedeutung. Wird der Schirm zu einem langen, dünnen Anschlusszopf, einem sogenannten Pigtail, verdrillt und zu einer entfernten Klemme geführt, verlängert dies den Weg. Eine kurze, großflächige Verbindung am Schaltschrankeintritt hilft, einen Rückstromweg bereitzustellen, bevor die Störung die interne Verdrahtung erreicht. Hinweise zum Schirmanschluss: Low-impedance shield connection / Pigtail
Ein Beispiel mit einem idealen Bauelement verdeutlicht den Unterschied. Angenommen, die Induktivität des Anschlusswegs beträgt 100 nH. Mit der Formel für den induktiven Blindwiderstand Xₗ = 2πfL ergeben sich ungefähr 0,63 Ω bei 1 MHz und 6,28 Ω bei 10 MHz. Die 100 nH sind eine beliebige didaktische Annahme und beziehen sich weder auf die Länge noch auf den Messwert eines bestimmten Anschlusszopfs. Diese Zahlen erlauben keine Vorhersage der Dämpfung der gesamten Schirmanordnung und sind keine Abnahmegrenzwerte. Sie erklären lediglich, warum derselbe Gleichstrommesswert das Hochfrequenzverhalten nicht ausreichend beschreibt.
Verfolgen Sie bei der Zeichnungsprüfung deshalb den Schirmanschluss bis zum Gehäuse. Prüfen Sie, wo die Klemme sitzt, wie die Sammelschiene mit der Montageplatte verbunden ist und wie diese mit dem Gehäuse verbunden ist. Achten Sie auf lange Leitungen, isolierende Halterungen oder Metallteile, die nur am entfernten Ende angeschlossen sind. Die Bauteilbezeichnung „Schirmklemme“ belegt nicht, dass der gesamte Weg kurz genug ist. Die Kontaktstabilität hängt außerdem vom passenden Klemmbereich, dem Oberflächenzustand und der Montageart ab. Gleichen Sie diese Punkte mit den Unterlagen des ausgewählten Bauteils ab.
Drei Anschlussarten unter denselben Bedingungen vergleichen
Der folgende Vergleich hilft, den zu prüfenden Anschlussweg auszuwählen. Er ersetzt keine gerätespezifische Installationsanleitung. Insbesondere Motorausgangsleitungen, Feldbusse und präzise analoge Sensoren dürfen nicht als derselbe Schaltungstyp behandelt werden, nur weil sie alle geschirmte Kabel verwenden.
Tabellen seitlich verschieben, um alle Spalten zu lesen.
| Anschlussweg | Unter welchen Bedingungen er infrage kommt | Hauptaufgabe | Was noch zu prüfen ist |
|---|---|---|---|
| Direkter Anschluss an einem Ende, kein direkter Schirmanschluss am anderen | Vom Gerät zugelassen; beispielsweise bestimmte Schaltungen mit niederfrequenter elektrischer Feldeinkopplung, kleinen Signalpegeln oder passiven Sensoren | Vermeidet einen geschlossenen Gleichstrom-/Niederfrequenzpfad über den Schirm zwischen den beiden Bezugspunkten und bietet zugleich die entsprechende elektrische Feldschirmung | Ob die Störung auch hochfrequente Anteile enthält, welche elektrische Länge das Kabel bei dieser Frequenz hat und ob innerhalb der Schnittstelle ein weiterer Schirmanschluss besteht |
| Direkte, kurze und breite Anschlüsse an beiden Enden | Von der Geräte-/Businstallationsanleitung gefordert; Bezugspotenziale und Potenzialausgleich an beiden Enden sind berücksichtigt | Stellt an beiden Enden Hochfrequenz-Schirmanschlüsse bereit und erhält den Weg Kabel–Steckverbinder–Gehäuse | Ob eine Potenzialdifferenz Ausgleichsströme im Schirm verursacht und ob Steckverbinder oder Zwischengehäuse den Schirm unterbrechen |
| Direkter Anschluss an einem Ende, ausgelegter kapazitiver Anschluss am anderen | Vom Gerät zugelassene Hybridanordnung, bei der sowohl der Hochfrequenzpfad als auch niederfrequente Kreisströme berücksichtigt werden müssen | Der Kondensator weist bei niedrigen und hohen Frequenzen unterschiedliche Impedanzen auf und führt die beiden Stromarten über unterschiedliche Wege | Auswahl des Kondensators und der Schutzbeschaltung, parasitäre Einflüsse der Montage sowie Systemanforderungen; dieser Anschluss übernimmt nicht die Funktion eines PE- oder Potenzialausgleichsleiters |
Einseitige Schirmanschlüsse haben einen bestimmten schaltungstechnischen Hintergrund. Abschnitt 9 von ADIs Hardware Design Techniques erklärt Einpunktanschlüsse anhand niederfrequenter elektrischer Feldeinkopplung und passiver Sensoren. Anschließend behandelt er elektrisch lange Kabel, hohe Frequenzen und hybride Anschlüsse. Der Abschnitt „Sensors and Cable Shielding“ hebt die Sensorkonfiguration und die Art der Störung hervor. Aus einem einzelnen Beispiel darf keine Regel werden, nach der jedes Analogkabel nur an einem Ende anzuschließen ist. ADI, Seiten 76–77 und 80–88
Unterlagen zur industriellen Steuerungstechnik können von anderen Voraussetzungen ausgehen. Das Kapitel zur Kabelschirmung für Siemens ET 200eco PN V20 sieht beidseitige Anschlüsse vor und fordert bei einer Potenzialdifferenz einen separaten Potenzialausgleich. Ist ein Potenzialausgleich nicht umsetzbar, behandelt es eine einseitige kapazitive Erdung. Dabei weist es ausdrücklich darauf hin, dass diese Anordnung nur hochfrequente Störungen erfasst und die Werte in der Abbildung an das System anzupassen sind. Diese Aussage bleibt auf ihren Kontext der industriellen Steuerungstechnik bezogen; sie ist keine allgemeine Regel für alle Instrumentenschaltungen. Siemens V20: Cable shielding
Eine kapazitive Anordnung entsteht nicht dadurch, dass man einen Wert aus einem der Handbücher auswählt und den Kondensator einfach ergänzt. Bei hohen Frequenzen hat ein realer Kondensator auch parasitäre Eigenschaften seiner Anschlüsse und Montage. Die Geräte- und Systemauslegung muss die zulässigen Anschlussbedingungen, Bemessungswerte und Schutzanforderungen festlegen. Die Tabelle dient der Vorauswahl; im nächsten Schritt ist diese auf die konkrete Schnittstelle anzuwenden.
Zwei Beispiele für die Zeichnungsprüfung mit unterschiedlichen nächsten Schritten
Beispiel 1: Geräte im selben Schaltschrank, deren Handbücher bereits beidseitige Schirmanschlüsse fordern. Angenommen, der Potenzialausgleich ist vollständig ausgelegt, der Schirm wird jedoch nach dem Eintritt in den Schaltschrank als langer Anschlusszopf zu einer entfernten Klemme geführt. Die Prüfung der Eintrittsklemme, des Steckverbindergehäuses und des Wegs von der Sammelschiene zum Schaltschrank setzt direkt an der bereits erkannten konstruktiven Abweichung an. Ein Ende allein wegen auftretender Störungen abzutrennen, verändert zugleich die geforderte Schirmanordnung, ohne zu klären, warum der Weg zu lang ist. Erstellen Sie zuerst eine Anschlusszeichnung gemäß der Geräteanleitung und planen Sie anschließend die Verifikation; so lassen sich die Ergebnisse leichter erklären.
Beispiel 2: Ein entfernter Analogsensor und sein Empfänger liegen in unterschiedlichen Versorgungsbereichen. Angenommen, die Schaltungsunterlagen erlauben eine einseitige Schirmung und vor Ort treten niederfrequente Schwankungen auf. Prüfen Sie zuerst den Signalbezug, ob der Sensor potenzialfrei ist, den Typ des Empfängereingangs und die Bezugspotenziale an beiden Enden. Übertragen Sie die beidseitigen Direktanschlüsse aus dem vorigen Beispiel nicht unverändert. Wird zusätzlich ein Hochfrequenzproblem festgestellt, bewerten Sie hybride Anschlüsse, galvanische Trennung oder Änderungen der Leitungsführung im Rahmen der vom Gerät zugelassenen Anordnungen. Ohne Belege zum Störfrequenzbereich und zu den Stromkreiswegen lässt sich aus Schwankungen, die zeitgleich mit dem Start eines Frequenzumrichters auftreten, nicht ableiten, dass der Schirm die einzige Ursache ist.
Beide Beispiele sind hypothetische Szenarien für eine Zeichnungsprüfung und beziehen sich nicht auf tatsächliche Störungen in einer Kundenanlage. Sie zeigen unterschiedliche nächste Schritte: Im ersten Fall wird ein bekannter Anschlussweg korrigiert; im zweiten werden zunächst die Schaltungs- und Potenzialverhältnisse geklärt.
Eine Anschlusszeichnung erstellen, die andere Ingenieure nachvollziehen können
Ergänzen Sie die vorhandene Verdrahtungszeichnung um eine einfache Skizze; ein weiteres Dokumentationssystem ist nicht nötig. Eine andere Fachperson sollte darauf mindestens Folgendes verfolgen können:
- Schnittstellengehäuse und Schirmanschlusspunkt an Ende A;
- Schaltschrankeintritt;
- jeden dazwischenliegenden Steckverbinder oder Anschlusskasten;
- Schirmanschlusspunkt an Ende B;
- separat gekennzeichnete Potenzialausgleichs- und PE-Wege.
Zeigen Sie auch direkte oder kapazitive Verbindungen, die bereits innerhalb der Geräte bestehen. Andernfalls kann ein in der Zeichnung „einseitiger“ Anschluss im tatsächlichen System bereits beidseitig verbunden sein.
Fügen Sie für die zu ändernde Stelle den entsprechenden Abschnitt der Geräteanleitung, die Störsymptome und Beobachtungsbedingungen, Fotos oder Abmessungen des bestehenden Anschlusses sowie die geplante konstruktive Änderung bei. Die Prüfung ist abgeschlossen, wenn die Anforderungen beider Enden gleichzeitig erfüllt werden können, die Aufgaben von Schirm, Signalbezug und Schutzerdung klar sind, der Schirm keinen Potenzialausgleich ersetzt und die nächste Verifikation die Auswirkungen vor und nach der Änderung unterscheiden kann.
Der Verifikationsplan sollte Gerätezustand, Last, Kabelverlauf und Beobachtungszeitraum konstant halten. Legen Sie vorab fest, ob Kommunikationsfehler, Änderungen von Instrumentenanzeigen oder Ergebnisse einer festgelegten EMV-Prüfung beobachtet werden. Ändern Sie jeweils eine nachvollziehbare Bedingung und halten Sie die tatsächlichen Ergebnisse fest. Eine Abschwächung der Symptome kann weitere Untersuchungen dieser Konfiguration rechtfertigen. Ein einzelner störungsfreier Betrieb reicht jedoch nicht aus, um die EMV-Konformitätsprüfung des Gesamtgeräts als bestanden zu erklären. Arbeiten vor Ort, Freischaltung und Messungen müssen entsprechend qualifizierte Personen gemäß den Geräteanweisungen durchführen.
Prüfen Sie die Zeichnung erneut, wenn sich Geräte, Kabellänge, Steckverbinder, Schaltschrankposition oder Versorgungsbereich ändern. Deutet das Problem letztlich auf Busreflexionen oder Empfängerzustände hin, lesen Sie RS-485-Fehlersuche am Prüfstand: Abschluss, Stichleitungen und Ruhepegelvorspannung. So vermeiden Sie, mit Schirmanschlüssen weiter ein andersartiges Schaltungsproblem lösen zu wollen.
Englische Zusammenfassung
This note helps controls and application engineers review cable-shield termination before a cabinet change. It compares single-end, direct both-end and hybrid capacitive connections under their actual circuit conditions, explains why DC continuity does not establish high-frequency impedance, and separates shielding from protective earth and equipotential bonding. Two hypothetical cases show how those conditions change the next design check. The numerical inductance example is illustrative; no MTTJ hardware testing or EMC compliance result is claimed.
Quellen geprüft: 19. Oktober 2026. Dieser Artikel wurde mit KI-Unterstützung recherchiert und zusammengestellt. Der Dateiname im zitierten Weidmüller-Link enthält weiterhin „2024“; bei dieser Prüfung wurde tatsächlich das Handbuch in der Version 2922760000/03/02.2026 abgerufen. Das ADI-Dokument ist ein historisches Konstruktionshandbuch und dient zur Erläuterung der Grundlagen.