[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Störschutzeinrichtung gemäss dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
[0002] Es ist üblich, elektrische Geräte, von welchen Hochfrequenzstörsignale, die vom Stromversorgungsnetz
über die Anschlussleitung zum Gerät gelangen, fernzuhalten sind, an ihren Stromzuführungsklemmen
mit Störschutzfiltern zu versehen. Das gilt auch, wenn durch Geräte erzeugte Hochfrequenzstörungen
nicht ins Stromversorgungsnetz gelangen sollen. Solche Störschutzfilter setzen sich
bekanntlich aus Induktivitäten und Kapazitäten in einer vom Frequenzbereich der zu
unterdrückenden oder mindestens zu dämpfenden Hochfrequenzstörungen abhängigen Filter-Schaltungsanordnung
zusammen. Nachteilig ist hierbei, dass die Dämpfung der Hochfrequenzstörungen erst
im Gerät selbst erfolgt, was einen bezüglich Hochfrequenzstrahlung sorgfältigen Aufbau
des Störschutzfilters erfordert, der zudem im Gerät selbst Raum beansprucht, und dass
ein ursprünglich nicht mit einem eingebauten Störschutzfilter versehenes Gerät bei
späterer Notwendigkeit einer Dämpfung von über die Stromversorgung zugeführten Hochfrequenzstörungen
nur unter erheblichem Aufwand oder in unzulässiger Weise, z.B. durch angebaute oder
sonstwie vorgeschaltete, äussere und separate Störschutzfilter, schützbar ist.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist, eine Störschutzeinrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, mit welcher Hochfrequenzstörungen für ein beliebiges elektrisches Gerät
ohne grossen Aufwand und ohne zusätzlichen Raumbedarf vor den Stromanschlussklemmen
des Geräts gedämpft werden können.
[0004] Erfindungsgemäss weist zur Lösung dieser Aufgabe die Störschutzeinrichtung die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.
[0005] Dadurch, dass die das Störschutzfilter bildenden induktiven und kapazitiven Störschutzelemente
mindestens im Netzstecker und im Kabel (vorzugsweise als durch eine äussere Abschirmung
des Kabels und die Leiter des Kabels gebildete verteilte Kapazität) eingebaut sind,
kann die vorliegende Störschutzeinrichtung ohne weiteres und vor allem ohne grosse
Mehrkosten sowie ohne zusätzlichen Raumbedarf statt der üblichen Geräte-Anschlussleitung
benutzt werden, um Hochfrequenzstörungen von einem an sich mit keinem Störschutzfilter
versehenen Gerät fernzuhalten oder gegebenenfalls die Wirkung eines im Gerät eingebauten
Störschutzfilters zu erhöhen.
[0006] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Störschutzeinrichtung
besteht darin, dass die zur Dämpfung eines unteren Frequenzbereichs, beispielsweise
bis 1 MHz, vorgesehenen Induktivitäten im Netzstecker eingebaut sind, dass die zur
Dämpfung eines mittleren Frequenzbereichs, beispielsweise 1 bis 30 MHz, vorgesehenen
Kondensatoren im Netzstecker und in der Gerätekupplung eingebaut sind, und dass die
zur Dämpfung eines hohen Frequenzbereichs, beispielsweise 30 MHz bis 1 GHz, vorgesehenen
Kapazitäten durch die verteilte Kapazität, gebildet aus den Leitern und einer Abschirmung
des Kabels gegeben sind. Bei dieser Ausführungsform sind die zur Erzielung einer Dämpfung
von Hochfrequenzstörungen über ein sehr breites Frequenzband erforderlichen Induktivitäten
und Kapazitäten derart günstig über die Bestandteile der Anschlussleitung verteilt,
dass die Anschlussleitung einschliesslich Netzstecker und Gerätekupplung kaum grössere
Abmessungen hat, als eine konventionelle steckbare Stromanschlussleitung für ein elektrisches
Gerät.
[0007] Die Gerätekupplung kann in bekannter Art Kontaktbuchsen zum Aufstecken auf Kontaktstifte
des Gerätes aufweisen. Alternativ kann die Gerätekupplung ein in einer Wand des Gerätes
einbaubares, zum Beispiel anschraubbares oder einrastbares Gehäuse aufweisen, mit
welchem das Kabel zugfest mechanisch verbunden ist und welches mindestens ein an die
Leiter des Kabels angeschlossenes Störschutzelement enthält. Insbesondere können in
diesem Gehäuse der Gerätekupplung Steckerelemente angeordnet sein, welche mit den
Leitern des Kabels elektrisch fest verbunden sind und auf welche ein mindestens ein
Störschutzelement enthaltender Filterblock aufgesteckt ist, der seinerseits mit Klemmen,
zum Beispiel Steckerklemmen, zum Anschliessen von Leitern des Gerätes versehen ist.
[0008] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Störschutzeinrichtung,
Fig. 2 eine aufgeschnittene Ansicht einer ersten Bauform des genannten Ausführungsbeispiels
mit einer steckbaren Gerätekupplung, und
Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer weiteren Bauform der erfindungsgemässen
Störschutzeinrichtung mit einer im Gerät einbaubaren Gerätekupplung.
[0009] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte steckbare Anschlussleitung für ein elektrisches
Gerät weist ein Kabel 1 mit drei Adern 2, 3 und 4, insbesondere Litzen, und einer
äusseren metallischen Abschirmung 5 auf, ferner am einen Ende des Kabels 1 drei Kontaktstifte
6 für den Phasenleiter L, den Nulleiter N und den Erdleiter E eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes,
sowie am andern Ende des Kabels 1 drei entsprechende Kontaktbuchsen 7 mit gleichen
Leiterbezeichnungen für das anzuschliessende Gerät.
[0010] Der Kontaktstift 6 für den Erdleiter E ist über die Kabelader 4 mit der Kontaktbuchse
7 für den Erdleiter E verbunden, wobei die Abschirmung 5 des Kabels 1 an beiden Kabelenden
ebenfalls mit der Kabelader 4 verbunden ist. An den Kontaktstift 6 für den Phasenleiter
L sowie an den Kontaktstift 6 für den Nulleiter N ist je eine Wicklung 8 bzw. 9 einer
gesamthaft mit 10 bezeichneten stromkompensierten Spule angeschlossen. Die anderen
Enden der Wicklungen 8, 9 sind mit der Kabelader 2 bzw. 3 und damit mit den Kontaktbuchsen
7 für den Phasenleiteranschluss und den Nulleiteranschluss des Geräts verbunden.
[0011] Die kontaktstiftseitigen Enden der Wicklungen 8, 9 sind zudem über einen ersten Kondensator
11 miteinander verbunden, während jedes kabelseitige Ende der Wicklungen 8, 9 über
einen zweiten Kondensator 12 bzw. einen dritten Kondensator 13 mit der Erdleiterader
4 des Kabels 1 verbunden ist. Am andern Kabelende sind die Kontaktbuchsen 7 für den
Phasenleiter L und den Nulleiter N über je einen vierten Kondensator 14 bzw. einen
fünften Kondensator 15 mit der Kontaktbuchse 7 für den Erdleiter E verbunden.
[0012] Die angeführten elektrischen Bauteile, nämlich die Spule 10 mit den symmetrischen
Wicklungen 8 und 9, die Kondensatoren 11 bis 15 sowie die verteilte Kapazität der
Abschirmung 5 des Kabels 1 gegenüber den Kabeladern 2 und 3 bilden eine Filterschaltung
mit folgenden Dämpfungseigenschaften:
In einem unteren Frequenzbereich, der sich beispielsweise bis 1 MHz erstreckt, wird
die Dämpfung von über die Kontaktstifte 6 eintreffenden Hochfrequenzstörungen im wesentlichen
durch die Induktivitäten der Wicklungen 8, 9 der Spule 10 bewirkt. Hochfrequenzstörungen
in einem mittleren, sich beispielsweise von 1 bis 30 MHz erstreckenden Frequenzbereich
werden im wesentlichen durch die Kondensatoren 11 bis 15 gedämpft, während zur Dämpfung
von Hochfrequenzstörungen in einem hohen Frequenzbereich von beispielsweise 30 MHz
bis 1 GHz vor allem die verteilte Kapazität zwischen den Adern 2, 3 und der Abschirmung
5 des Kabels 1 wirksam ist. Da die verteilte Kapazität der Abschirmung parallel zu
den diskreten Kondensatoren 12 bis 15 liegt, kann sie einen Teil der zur Erzielung
der gewünschten Dämpfung erforderlichen Kapazitäten bilden, so dass die Kondensatoren
12 bis 15 entsprechend kleiner diemensioniert werden oder als diskrete Kondensatoren
überhaupt wegfallen können.
[0013] Bei der vorliegenden Störschutzeinrichtung sind gemäss Fig. 2 die erwähnten, am kontaktstiftseitigen
Ende des Kabels 1 vorgesehenen Störschutzelemente in einem Netzstecker 16 des Kabels
und die am kontaktbuchsenseitigen Ende des Kabels 1 vorgesehenen Störschutzelemente
in einer Gerätekupplung 17 des Kabels untergebracht. Der Netzstecker 16 weist in bekannter
Weise die drei Kontaktstifte 6 auf, die Gerätekupplung 17 die drei Kontaktbuchsen
7, wobei der Netzstecker 16 und die Gerätekupplung 17 auf einen Isolierschutzmantel
18 des Kabels 1 aufgespritzt oder mit dem Kabel 1 abklemmbar verbunden sind.
[0014] Das Kabel 1 enthält die aus seinen beiden Enden austretenden isolierten Adern 2,
3 und 4 für den Phasenleiter, den Nullleiter und den Erdleiter. Die Adern 2, 3, 4
sind von der beispielsweise als Metallgeflecht ausgebildeten Abschirmung 5 umgeben,
die an ihren Enden mit je einer Anschlusslitze 19 bzw. 20 versehen ist und ihrerseits
vom Isolierschutzmantel 18 umhüllt ist. Die Erdleiterader 4 und die Anschlusslitzen
19, 12 der Abschirmung 5 des Kabels 1 sind im Netzstecker 16 mit dem mittleren, für
den Erdleiter E bestimmten Kontaktstift 6 und in der Gerätekupplung 17 mit der entsprechenden
mittleren Kontaktbuchse 7 verbunden.
[0015] Im Netzstecker 16 sind der Kondensator 11, die Spule 10 und die Kondensatoren 12
und 13 eingebaut, während in der Gerätekupplung 17 die Kondensatoren 14 und 15 eingebaut
sind. Die Spule 10 ist als Ringspule mit einem Ferritkern und zwei symmetrischen Wicklungen
8, 9 darstellt. Die genannten Bauteile sind mit den Kontaktstiften 6, den Kontaktbuchsen
7 und den Kabeladern 2, 3, 4 gemäss dem Schema der Fig. 1 verbunden.
[0016] Vorzugsweise werden die genannten Bauteile und ihre Verbindungen bei der Konfektionierung
der gesamten, in Fig. 2 dargestellten Anschlussleitung im gleichen Spritzvorgang mit
einem Kunststoffmaterial umspritzt, so dass sie vor Beschädigung und Stössen geschützt
sind. Da die vorgesehene Spule 10 und die Kondensatoren 11 bis 15 verhältnismässig
klein sind, können der Netzstecker 16 und die Gerätekupplung 17 im wesentlichen die
äusseren Abmessungen konventioneller Netzstecker und Gerätekupplungen bei konfektionierten
Kabeln (sog. Cord-Sets) haben. Dies gilt auch für das abgeschirmte Kabel 1, da dessen
Abschirmung 5 seinen Durchmesser nur geringfügig vergrössert. Somit entspricht die
vorliegende Störschutzeinrichtung sowohl bezüglich äusserer Form als auch bezüglich
ihrer Anwendung zur Verbindung eines elektrischen Geräts mit dem Stromversorgungsnetz
einer üblichen Geräteanschlussleitung, bewirkt jedoch eine wesentliche Dämpfung von
Hochfrequenzströrungen auf dem Stromversorgungsnetz.
[0017] Falls, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt, zur Dämpfung von Hochfrequenzstörung
im mittleren und hohen Frequenzbereich oberhalb beispielsweise 1 MHz einzig die verteilte
Kapazität des abgeschirmten Kabels 1 benutzt wird, dann ergibt sich gegenüber Fig.
2 eine vereinfachte Anschlussleitung. Der Netzstecker 16 enthält dann bloss die Spule
10, deren Wicklungen 8, 9 einerseits mit zwei Kontaktstiften 6 und andererseits mit
den Kabeladern 2 und 3 verbunden sind. Die Gerätekupplung 7 ist dann konventioneller
Bauart. Die Anschlussleitung kann in diesem Fall aber auch ohne eine Gerätekupplung
ausgebildet sein, d.h. fest an das Gerät angeschlossen sein.
[0018] Statt einer steckbaren Gerätekupplung 17 kann die Störschutzeinrichtung auch eine
in eine Wand des Gerätes einbaubare Gerätekupplung aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
ist in Fig. 3 dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
[0019] In Uebereinstimmung mit Fig. 2 weist das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ein Kabel
1 auf, das sich aus drei isolierten Leiteradern, einer metallischen Abschirmung und
einem Isolierschutzmantel (nicht dargestellt) zusammensetzt. An das eine Ende des
Kabels 1 ist ein Netzstecker 16 mit drei Kontaktstiften 6 (nur zwei sichtbar) angeschlossen.
Im Netzstecker 16 sind induktive und kapazitive Störschutzelemente untergebracht,
wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt sind. Der Netzstecker 16 kann ein Kunststoff-Spritzteil
sein, in welches die Kontaktstifte, das Ende des Kabels 1 und die erwähnten Störschutzelemente
integriert sind.
[0020] Das andere Ende des Kabels 1 ist mit einer Gerätekupplung 21 versehen, welche in
eine Oeffnung einer Gerätewand 22 einsetzbar ist. Die Gerätekupplung 21 hat ein äusseres
Gehäuse 23 mit einem äusseren Vorsprung oder Flansch 24, der zum Anliegen an der Gerätewand
22 bestimmt ist. Zur Befestigung der Gerätekupplung 21 an der Gerätewand 22 kann der
Flansch Bohrungen für eine Schraubbefestigung aufweisen, oder das Gehäuse 23 kann
mit Halteelementen versehen sein, welche beim Einsetzen des Gehäuses 23 in die Oeffnung
der Gerätewand 22 hinter dieser einrasten.
[0021] In an sich bekannter Weise ist das in das Innere des Gehäuses 23 geführte Kabel 1
mit einem im Gehäuse eingeklemmten, biegsamen Knickschutz 25 und mit einer ebenfalls
im Gehäuse verankerten Zugentlastungsklemme 26 versehen. Die einzelnen Leiteradern
27 des Kabels 1 sowie dessen Abschirmung sind an eine im Gehäuse 23 untergebrachte
Leiterplatte 28 geführt und dort mit elektrisch getrennten Anschlusspunkten elektrisch
verbunden, z.B. verlötet.
[0022] Die Leiterplatte 28 ist zudem mit mehreren Steckerelementen 29 versehen, von welchen
in Fig. 3 nur zwei sichtbar sind und welche in nicht dargestellter Weise über Leiterzüge
der Leiterplatte 28 mit den Adern 27 des Kabels 1 in elektrischer Verbindung stehen.
Ueber den Steckerelementen 29 der Leiterplatte 28 entsprechende Steckerelemente 30
ist ein Filterblock 31 aufgesteckt, der beispielsweise in der Masse des Blocks integrierte
weitere Störschutzelemente (nicht dargestellt) enthält, wie sie in der Gerätekupplung
17 der Fig. 2 dargestellt sind. An seiner hinteren Stirnseite ist der Filterblock
31 mit im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Kontaktstiften oder Kontaktlaschen
32 versehen, welche den Kontaktbuchsen 7 der Gerätekupplung der Fig. 2 entsprechen.
Die Kontaktstifte oder Kontaktlaschen 32 dienen dazu, entsprechende Kontaktorgane
aufzustecken, welche in an sich bekannter Weise an inneren Anschlussdrähten oder -litzen
des Gerätes angebracht sind.
[0023] Wie in Fig. 3 dargestellt, kann das Gehäuse 23 weitere Schutz- oder Schaltelemente
enthalten, nämlich beispielsweise eine in einen Halter 33 eingelegte röhrchenförmige
Schmelzsicherung 34. Um gegebenenfalls die Schmelzsicherung 34 auswechseln zu können,
ist der Halter in einem schubladenartigen Fach 35 untergebracht, das von der Aussenseite
des Gehäuses 23 her, also an der Aussenseite des Gerätes, nach aussen gezogen werden
kann. Der elektrische Anschluss des Halters 33 erfolgt über biegsame Leiterdrähte,
welche an entsprechende Punkte der Leiterplatte 28 angeschlossen sind. Anstelle der
dargestellten Schmelzsicherung 34 oder zusätzlich zu dieser kann im Gehäuse 23 auch
ein von aussen betätigbarer Schalter (nicht dargestellt) für das Ein- und Ausschalten
des Gerätes oder ein Spannungswähler untergebracht sein.
[0024] Wie leicht einzusehen ist, kann die in Fig. 3 dargestellte Störschutzeinrichtung
mit dem Netzstecker 16, dem Kabel 1 und der Gerätekupplung 21 als eine Einheit hergestellt
werden, wobei zur Erfüllung spezifischer Störschutzanforderungen jeweils ein ebenfalls
vorfabrizierter Filterblock 31, der die für den jeweiligen Fall erforderlichen Störschutzelemente
enthält, auf die Hinterseite des Gehäuses 23 gesteckt wird. Zum Anschliessen einer
solchen mit dem Speisekabel eine Einheit bildenden Störschutzeinrichtung an das betreffende
Gerät werden vorerst die inneren Anschlussdrähte des Gerätes durch die Oeffnung der
Gerätewand 22 nach aussen gezogen und auf die Kontaktstifte oder -laschen 32 des Filterblocks
31 gesteckt. Hierauf wird das Gehäuse 23 der Gerätekupplung 21 in die genannte Oeffnung
eingeführt, wonach abschliessend das Gehäuse 23 mit der Gehäusewand 22 in der beschriebenen
Weise fest verbunden wird.
[0025] Es versteht sich, dass die erfindungsgemässe Störschutzeinrichtung eine Anschlussleitung
mit anderer Filterschaltung als diejenige umfassen kann, die anhand der Fig. 1 und
2 beschrieben wurde.
1. Störschutzeinrichtung für ein elektrisches Gerät zur Dämpfung von auf einem Stromversorgungsnetz
vorhandenen bzw. durch das Gerät an das Stromversorgungsnetz abgegebenen Hochfrequenzstörungen,
wobei zur elektrischen Verbindung des Geräts mit dem Stromversorgungsnetz eine steckbare
Anschlussleitung vorgesehen ist, welche ein mit einem Netzstecker versehenes, mehrere
Leiter enthaltendes Kabel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass induktive und kapazitive
Störschutzelemente, die in einer Filterschaltung zusammenwirken, mindestens im Netzstecker
und im Kabel der Anschlussleitung angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Dämpfung eines
unteren Frequenzbereichs, beispielsweise bis 1 MHz, vorgesehenen Induktivitäten im
Netzstecker eingebaut und die zur Dämpfung höherer Frequenzbereiche vorgesehenen Kapazitäten
durch die verteilte Kapazität zwischen den Leitern des Kabels und einer Abschirmung
des Kabels gegeben sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein
weiteres kapazitives und/oder induktives Störschutzelement in einer Gerätekupplung
der Anschlussleitung angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Dämpfung eines
unteren Frequenzbereichs, beispielsweise bis 1 MHz, vorgesehenen Induktivitäten im
Netzstecker eingebaut sind, dass die zur Dämpfung eines mittleren Frequenzbereichs,
beispielsweise 1 bis 30 MHz, vorgesehenen Kondensatoren im Netzstecker und in der
Gerätekupplung eingebaut sind, und dass die zur Dämpfung eines hohen Frequenzbereichs,
beispielsweise 30 MHz bis 1 GHz, vorgesehenen Kapazitäten durch die verteilte Kapazität
zwischen den Leitern des Kabels und einr Abschirmung des Kabels gegeben sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Netzstecker
und in der Gerätekupplung eingebauten Kondensatoren diskrete Kondensatoren sind, die
mindestens teilweise derart geschaltet sind, dass ihre Wirkkapazität durch die verteilte
Kapazität zwischen den Leitern des Kabels und einer bzw. der Abschirmung des Kabels
erhöht wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher ein dreiadriges, mit einer Abschirmung
versehenes Kabel mit einem dreipoligen Netzstecker und einer dreipoligen Gerätekupplung
für einen Phasenleiter, einen Nulleiter und einen Erdleiter des Stromversorgungsnetzes
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Netzstecker mit einem Phasenleiter-Kontaktstift
und einem Erdleiter-Kontaktstift des Netzsteckers ein erster Kondensator sowie das
eine Ende je einer Wicklung einer stromkompensierten Spule angeschlossen sind, deren
andere Wicklungsenden mit einer Phasenleiterader bzw. einer Xulleiterader des Kabels
und über je einen zweiten bzw. dritten Kondensator mit einem Erdleiter-Kontaktstift
des Netzsteckers verbunden sind, dass ferner die Abschirmung des Kabels mit dem Erdleiter-Kontaktstift
des Netzsteckers und einer Erdleiter-Kontaktbuchse der Gerätekupplung verbunden ist,
und dass in der Gerätekupplung eine Phasenleiter-Kontaktbuchse und eine Nulleiter-Kontaktbuchse
der Gerätekupplung über je einen vierten bzw. fünften Kondensator mit der Erdleiter-Kontaktbuchse
der Gerätekupplung verbunden sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gerätekupplung ein in einer Wand des Geräts einbaubares, zum Beispiel anschraubbares
oder einrastbares Gehäuse aufweist, mit welchem das Kabel zugfest mechanisch verbunden
ist und welches mindestens ein an die Leiter des Kabels angeschlossenes Störschutzelement
enthält.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse der Gerätekupplung
Steckerelemente angeordnet sind, welche mit den Leitern des Kabels elektrisch fest
verbunden sind und auf welche ein mindestens ein Störschutzelement enthaltender Filterblock
aufgesteckt ist, der seinerseits mit Klemmen, zum Beispiel Steckerklemmen, zum Anschliessen
von Leitern des Gerätes versehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der
Gerätekupplung zusätzlich mindestens ein mit den Leitern des Kabels verbundenes Schutz-
oder Schaltelement für das Gerät enthält.