Kupfer-Schirmgeflecht und ESD-Schutz

In meinem letzten Beitrag über elektrostatische Entladung (ESD), „Lassen Sie sich nicht von ESD schockieren“, habe ich beschrieben, wie ich als junger Ingenieur über die Gefahren dieses Phänomens aufgeklärt wurde. Unglücklicherweise, zum Teil basierend auf einem optimistischen Irrglauben, dass die Hersteller moderner elektronischer Komponenten Schritte unternommen haben, um sie vor ESD zu schützen, begann meine Wachsamkeit nachzulassen.

Ich wurde eines Besseren belehrt, als ein Blitz von berauschender ESD mein Hobbyprojekt „Phantasmagorical and Pedagogical Prognostication Engine“ (fragen Sie nicht) in Mitleidenschaft zog. Nach dieser Katastrophe habe ich meine persönlichen Antistatik-Protokolle und -Vorkehrungen schnell aktualisiert.

Unter anderem habe ich eine große, ableitfähige Erdungsmatte wie die 6672436 von ACL Staticide gekauft. Ich habe auch eine Reihe von antistatischen Handgelenkbändern mit zugehörigen Kabeln gekauft, wie die Kombination ECWS61M-1 von SCS, zusammen mit einer gleichen Anzahl von Erdungssteckeradaptern, wie die Einheiten 09838 von Desco.

Wie ich bereits in meiner früheren Kolumne erwähnt habe, können Sie alle antistatischen Matten, Handschlaufen und Erdungssteckeradapter der Welt haben, aber sie werden Ihnen nichts nützen, wenn sie nicht richtig geerdet sind. Das ist etwas, das ich auf die harte Tour entdeckt habe, denn obwohl die LED an Ihrer Steckdosenleiste ein beruhigendes Leuchten erzeugen mag, weiß man nie, wann die Steckdose selbst defekt ist. Ich empfehle daher dringend, das Geld für einen Steckdosentester, wie den RT210 von Klein Tools, auszugeben.

Was die Prognostication Engine betrifft, so hätte ich, als es an der Zeit war, die Kippschalter, Druckschalter, Potentiometer und LEDs im unteren Gehäuse zu verdrahten, vor meiner aufregenden ESD-Überraschung wahrscheinlich einzelne Stücke normaler 22AWG-Litze zum Anschließen verwendet. Nach meinem ESD-Vorfall entschied ich mich als älterer und weiser Mann für ein vieradriges geschirmtes Kabel, wie das 8723 060100 aus dem 22AWG-Kabelangebot von Belden (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die gesamte Verdrahtung im unteren Schrank der Prognostication Engine erfolgt über mehradrige, geschirmte Kabel. (Bildquelle: Max Maxfield)

Ein Ergebnis davon war, dass eine Verdrahtungsaufgabe, von der ich erwartet hatte, dass sie ein paar Stunden dauern würde, schließlich Tage meiner Zeit in Anspruch nahm. Wenn Sie sich z. B. die untere linke Seite von Abbildung 1 ansehen, können Sie erkennen, dass es sich um mehrere Abschnitte abgeschirmter Kabel handelt, die jeweils etwa 1 Zoll lang sind. Ich bin mir sicher, dass ein erfahrener Techniker damit kurzen Prozess hätte machen können.

Sollte in Zukunft jemand meine antistatische Haltung in Frage stellen, muss ich nur auf die Innereien meiner Prognosemaschine verweisen, um ihm zu versichern, dass ich kein Risiko eingehe.

Aber halt, da ist noch mehr. Ich habe auch in eine Rolle Kupferklebeband investiert, z. B. das 1181 X 1" von 3M. Während ich eines meiner schicken neuen Antistatik-Armbänder trug, wickelte ich dieses Band um die Stromkabel zum Mikrocontroller-Entwicklungsboard und um die Strom- und Signalkabel zum Messgerätgehäuse. In beiden Fällen habe ich Drähte hinzugefügt, die die Kupferfolie mit der Erde verbinden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Strom- und Signalkabel zur Mikrocontrollerplatine im oberen Gehäuse der Prognostication Engine und von der Platine zum Gehäuse des Messgeräts sind nun mit leitendem Kupferband umwickelt, das seinerseits mit der Erde verbunden ist. (Bildquelle: Max Maxfield)

Die Verwendung von Kupferfolienband auf diese Weise hat mehrere Vorteile, nicht zuletzt kann es auf bestehende Kabelbäume aufgebracht werden, ohne dass alles abgeklemmt werden muss. Obwohl ich mir sicher bin, dass ein erfahrener Techniker dieses Kupferfolienband so hätte anbringen können, dass es dem Betrachter Freudentränen in die Augen treibt, sah mein Versuch leider eher wie „Hundefutter“ aus, wie man so schön sagt.

Abschirmgeflecht aus Kupfer

Ich unterhielt mich über dieses Problem mit einem Freund namens Rick Curl, der mir mitteilte, dass eine andere Lösung, die ich in Betracht ziehen könnte, Kupfer-Abschirmgeflecht sei. Wie das Schicksal es wollte, arbeitete Rick (der jetzt im Ruhestand ist) zu dieser Zeit für eine Firma, die Testgeräte für den Einsatz mit Stromübertragungsleitungen herstellte, die Hunderttausende von Volt führen. Es stellte sich heraus, dass seine Firma eine bestimmte Form von RG/8-Koaxialkabel gekauft hatte, das mit diesem Geflecht ummantelt war, aber sie brauchten nur die Innenleiter, also entfernten sie das Geflecht und - ob Sie es glauben oder nicht - sie warfen es weg. So besuchte Rick ein paar Tage später mein Büro und beschenkte mich mit genügend Abschirmgeflecht für den Rest meines Lebens. Sie sehen mich in Abbildung 3, wie ich stolz meinen neuen ESD-Killer in der Hand halte.

Abbildung 3: Hier sehen Sie mich sehr erfreut über den Erhalt eines lebenslangen Vorrats an Kupferschirmgeflecht. Es ist nicht nur ein ESD-Killer, sondern wegen des Skin-Effekts auch für HF-Erdungszwecke sehr praktisch. (Bildquelle: Max Maxfield)

Das Schöne an einem Kupferschirmgeflecht ist, dass es nicht nur vor ESD schützt, sondern auch sehr nützlich für HF-Erdungszwecke ist. Dies ist auf den Skin-Effekt zurückzuführen, bei dem der Strom bei höheren Frequenzen dazu neigt, an der Oberfläche des Leiters zu fließen, anstatt durch den gesamten Bereich zu wandern. Das Geflecht hat eine viel größere Oberfläche als ein Massivdraht (oder sogar eine Litze) mit demselben Querschnitt.

So, bewaffnet mit meinem neuen Abschirmgeflecht, habe ich mich sofort daran gemacht, alle meine Hauptstrom- (5 Volt) und Signalkabel zu schützen. Das Tolle daran ist, dass Sie, sobald Sie die Drähte durch das Geflecht geführt haben, an den Enden des Geflechts ziehen können, um seinen Durchmesser zu verringern, so dass es sich eng an die zu schützenden Kabel schmiegt (Abbildung 4).

Abbildung 4: Das Kupferschirmgeflecht ist nicht nur äußerst wirksam gegen ESD, sondern kann auch so gezogen werden, dass es sich ordentlich um die zu schützenden Kabel legt, was zu einer ästhetisch ansprechenden Präsentation führt. (Bildquelle: Max Maxfield)

Wenn Sie genau hinsehen, können Sie sehen, dass ich kurze Drahtstücke an ein Ende jedes Litzenstücks gelötet habe, um Verbindungen zur Masse herzustellen. Außerdem habe ich kurze Stücke Schrumpfschlauch an beiden Enden jedes Stücks des Geflechts eingesetzt, um ein Ausfransen zu verhindern.

Glücklicherweise gibt es für diejenigen, die keine Quelle für wiedergewonnenes Kupferabschirmgeflecht haben, dieses großartige Produkt in einer Vielzahl von Durchmessern zu kaufen, wie z. B. das 0,5 Zoll durchmessende Erdungsgeflecht MBC0.50CP25 von Techflex.

Fazit

Wenn ich mit jungen Ingenieuren spreche, die am Anfang ihrer Karriere stehen, ist einer der Ratschläge, die ich ihnen gebe, neben der Empfehlung, aufmerksam zu sein und aus den Fehlern anderer zu lernen, immer ein Hobbyprojekt zu haben. Neben der Möglichkeit, sich zu entspannen, indem ich an etwas anderes als an die Arbeit denke, lerne ich bei der Arbeit an meinen Hobby-Projekten immer wieder alle möglichen nützlichen Dinge. Im Fall meiner Prognostication Engine habe ich mehr über ESD gelernt, als ich jemals wissen wollte, aber ich wurde auch in eine Vielzahl von Werkzeugen, Materialien und Techniken eingeführt, die mir in Zukunft gute Dienste leisten werden.