DE4142341A1 - Stoerschutzfilter fuer elektrische geraete/systeme mit symmetrisch betriebenen leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Störschutzfilter für elek­ trische Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen gemäß dem Oberbetriff des Patentanspruchs 1.

Wenn im folgenden von elektrischen Geräten/Systemen die Rede ist, so sind damit beispielsweise Kommunikationsendgeräte, wie Fernsprech-, Teletex-, BTX- und Faxapparate, Kommunikationssy­ steme, wie private und öffentliche Vermittlungssysteme, sowie Geräte/Systeme aus der Meß-, Daten- und Steuerungstechnik um­ faßt.

Symmetrisch betriebene Leitungen, z. B. Fernmelde-, Signal- und Steuerleitungen, sind dabei nach der DIN VDE 0878 symme­ trisch aufgebaute Leitungen, deren Sende- und Empfangsschal­ tungen an den Anschlußpunkten oder Doppeladern eine hohe Un­ symmetriedämpfung gegen das Bezugspotential aufweisen.

In den verschiedenen technischen Bereichen, in denen elektri­ sche Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen zur Anwendung kommen, können die elektrischen Geräte/Systeme durch potentielle Störquellen, wie z. B. Funksender, Stör- oder Schaltimpulse sowie Lampen, Geräte und Motoren, in ihrer Funk­ tion erheblich gestört werden. Das elektrische Gerät/System wird dabei im Unterschied zu den angegebenen Störquellen als Störsenke bezeichnet. Man spricht im vorliegenden Fall auch von einer Störfestigkeit des elektrischen Geräts/Systems ge­ genüber seiner elektromagnetischen Umwelt, die durch die po­ tentielle Störquellen bestimmt wird. Andererseits ist aber auch der umgekehrte Fall möglich, daß das elektrische Gerät/ System als Störquelle auf seine elektromagnetische Umwelt wirkt. Dieser als Störaussendung bezeichnete Fall, wo andere elektrische Geräte als Störsenke dienen, ist beispielsweise bei einem gestörten Empfang von Funksignalen, bei der die Si­ cherheit von Funknetzen herabgesetzt wird, sowie bei der Aus­ wertung von geschützten Informationen (Kompromittierung) ge­ geben.

Um das aktive und passive Störverhalten (Störaussendung und Störfestigkeit) der elektrischen Einrichtungen mit den symme­ trisch betriebenen Leitungen gegenüber der elektromagnetischen Umwelt zu verbessern, werden an den elektrischen Einrichtungen Maßnahmen, wie z. B. eine Gehäuse-Metallisierung, Einsatz von Entstörbauelementen und eine Leitungsschirmung/Erdung, vorge­ nommen. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, das elektri­ sche Gerät/System bezogen auf dessen elektromagnetische Umge­ bung örtlich zu verändern oder durch qualitativ bessere Gerä­ te/Systeme zu ersetzen. Bei dieser Art des Störschutzes für elektrische Geräte/Systeme wirkt es sich jedoch nachteilig aus, daß stets eine Bezugsmasse (Erde) für das elektrische Ge­ rät/System erforderlich ist sowie aufwendige konstruktive Än­ derungen an dem betreffenden elektrischen Gerät/System zur Verbesserung des Störschutzes notwendig sind.

Aus der DE-B2-26 23 412 ist eine Leitungsdrossel zur Erhöhung der Umlaufdämpfung von Zwischenverstärkern für Nachrichten­ übertragungsstrecken bekannt. Die Leitungsdrossel besteht da­ bei aus zwei auf einem Koaxialkabel aufgeschobenen, in Reihe geschalteten Ferritringen. Da die Leitungsdrossel durch den Aufbau des Koaxialkabels und der Ferritringe gleichsinnige Wicklungen besitzt, erzeugt der zu übertragende Signalstrom im Gegentaktbetrieb in beiden Wicklungen entgegengesetzt gerich­ tete Magnetfelder, die sich aufheben. Für Ströme in gleicher Richtung (Gleichtaktbetrieb) wirkt die Anordnung dagegen als HF-Drossel mit einer hohen Induktivität.

Aus der DE-A1-30 27 469 ist weiterhin ein Störschutzfilter für transportable Fernmelde-Betriebsstellen bekannt. Das Stör­ schutzfilter besteht dabei aus einer Blitzschutzdrossel mit zwei gleichsinnigen Wicklungen, die an den Wicklungsenden mit symmetrisch betriebenen Leitungen verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Störschutzfilter für elek­ trische Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen aufzubauen, durch das das aktive als auch passive Störverhal­ ten des elektrischen Geräts/Systems gegenüber der elektroma­ gnetischen Umgebung verbessert und das vielseitig verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß in die symmetrisch betriebene Leitung des elek­ trischen Geräts/Systems ein Störschutzfilter eingeschleift wird, kann gegenüber den bisherigen Maßnahmen eine verbesserte Störfestigkeit des elektrischen Geräts/Systems gegen leitungs­ geführte, impuls- oder sinusförmige Störsignale sowie elektro­ magnetische Feldeinwirkungen erreicht werden. Das elektrische Gerät/System kann dabei beispielsweise ein Kommunikationsend­ gerät und/oder -system enthalten, in dessen unmittelbarer Nähe das Störschutzfilter ohne jeglichen Bezug zu einem Massepoten­ tial in die symmetrisch betriebene Leitung eingeschleift wird. Dadurch wird insbesondere die Wirkung der symmetrisch betrie­ benen Leitung als Sende-/Empfangsantenne für das Kommunika­ tionsendgerät und/oder -system herabgesetzt. Die Verwendung des Störschutzfilters reduziert außerdem die Funkstörspannung und Funkstörfeldstärke und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit. Durch das Einschleifen des Störschutzfilters in die symmetrisch betriebene Leitung kann zudem ein breites Spektrum von elektrischen Geräten/Systemen in deren aktiven wie passiven Störverhalten verbessert werden. Dies trifft so­ wohl für analoge, digitale und hybride Fernsprechendgeräte als auch für alle anderen elektrischen Geräte/Systeme zu, bei de­ nen die symmetrisch betriebene Leitung z. B. als Fernmelde-, Signal-, Daten- und Steuerleitung ausgebildet ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnun­ gen in Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 die Beschaltung einer Anschlußleitung für Fernsprech­ endgeräte mit einem Störschutzfilter,

Fig. 2 den Aufbau des Störschutzfilters nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Konstruktionsbeispiele für die Anordnung der Drosseln des Störschutzfilters.

Fig. 1 zeigt eine Kommunikations- und Dateneinrichtung 1 mit einer symmetrisch betriebenen Anschlußleitung 2. Die Anschluß­ leitung 2 ist dabei gemäß der Darstellung in Fig. 2 bei­ spielsweise vieradrig aufgebaut. Die Kommunikations- und Da­ teneinrichtung 1 weist einen Fernsprechapparat 10 und ein Störschutzfilter 11 auf, die über die Anschlußleitung 2 und einer Wandanschlußdose 3 mit einem nicht dargestellten Ver­ mittlungssystem verbunden sind. Das Vermittlungssystem kann z. B. ein privates Kommunikationssystem, wie z. B. eine HICOM- Anlage, oder ein öffentliches Kommunikationssystem, wie z. B. das EWSD-System, sein. Alternativ zu der Kommunikations- und Dateneinrichtung 1 mit dem Fernsprechapparat 10 kann das Stör­ schutzfilter 11 auch in einer Meß- und Steuerungseinrichtung mit symmetrisch betriebenen Signal- und Steuerleitungen vor­ handen sein.

Das Störschutzfilter 11 hat in jedem der genannten Fälle die Funktion, einen hochfrequenten Strom i_HF auf der Anschlußlei­ tung 2 bzw. der Signal- und Steuerleitung der Meß- und Steue­ rungseinrichtung bei der Einstrahlung durch Funksignale oder auch durch Einkopplung leitungsgebundener Signale, wie z. B. Transienten, zu reduzieren. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird das Störschutzfilter 11 immer dort eingesetzt, wo der Fernsprechapparat 10 bzw. das Meß- und Steuerungsgerät ei­ ner erhöhten hochfrequenten Umweltbelastung, z. B. einem star­ ken hochfrequenten elektromagnetischen Feld, ausgesetzt ist. Da die Anschlußleitung 2 als Sende-/Empfangsantenne für den Fernsprechapparat 10 wirkt, sollte das Störschutzfilter 11 so nah wie möglich an den Fernsprechapparat 10 angebracht werden. Die gleiche Anforderung an das Störschutzfilter 11 sollte auch im Fall der Meß- bzw. Steuerungseinrichtung gelten. Das Stör­ schutzfilter 11 dient für Zwei-Draht- bis Vier-Draht-Geräte. Der wirksame Frequenzbereich reicht von einer Frequenz f_u < 100 kHz bis einer Frequenz f_o < 100 MHz mit einem zwei­ stelligen Störschutzfaktor. Das Störschutzfilter 11 soll dar­ über hinaus

• a) ein möglichst breites Geräte-Spektrum abdecken,
• b) eine möglichst geringe Beeinträchtigung für das Endgerät und
• c) gute HF-Eigenschaften im Sperrbereich aufweisen sowie
• d) möglichst viele Punkte der elektromagnetischen Verträglich­ keit am Endgerät verbessern.

Ein breites Geräte-Spektrum kann dadurch abgedeckt werden, daß das Störschutzfilter 11 z. B. für analoge und digitale Zwei- Draht-Fernsprecher, für analoge, digitale und hybride Vier- Draht-Fernsprecher, für Geräte mit der Stromversorgung über die Anschlußleitung und für alle Geräte mit der Anschlußlei­ tung, bei denen 100 V/100 mA nicht überschritten werden, z. B. Telex, Teletex, Telefax etc., verwendbar ist.

Eine geringe Beeinträchigung für das zu schützende Gerät ist dann gegeben, wenn das Störschutzfilter 11 einen geringen Gleichstrom-Widerstand, eine geringe Frequenzgang-Beeinträch­ tigung und eine große Teilnehmer-Arbeitsbandbreite aufweist.

Gute HF-Eigenschaften liegen dann vor, wenn das Störschutzfil­ ter 11 eine große Sperrbandbreite, keine Resonanzstellen im Sperrbereich sowie ein hohes Dämpfungsmaß im hochohmigen Fern­ sprechapparat-Meßkreis aufweist.

Die elektromagnetische Verträglichkeit des elektrischen Ge­ räts/Systems kann schließlich dadurch verbessert werden, daß die Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Sinussignale, Feld­ kopplung und leitungsgeführte Impulse erhöht sowie die Funk­ störspannung auf der Fernmeldeleitung und die Funkstörfeld­ stärke (Abstrahlung) gesenkt wird.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Störschutzfilters 11 nach Fig. 1. Das Störschutzfilter 11 besteht danach aus der Reihenschal­ tung zweier stromkompensierter Drosseln 110, 111, bei denen die z. B. aus Kupfer hergestellten Hin- und Rückleitungen der vieradrigen symmetrisch betriebenen Anschlußleitung 2 auf ei­ nen gemeinsamen Ferritkern gewickelt sind (gleicher Wicklungs­ sinn). Dadurch wird der Ferritkern durch den Betriebsstrom nicht vormagnetisiert, so daß für die höheren Störfrequenzen die volle Permeabilität zur Verfügung steht. Dies ist gleich­ bedeutend damit, daß im Gleichtaktbetrieb eine hohe Induktivi­ tät und im Gegentaktbetrieb (Fernsprechbetrieb) nur noch die Streuinduktivität der Drossel 110, 111 wirksam ist. Bei der Drossel 110 handelt es sich beispielsweise um eine stromkom­ pensierte Ringkerndrossel, die für den unteren Frequenzbereich ausgelegt ist. Demgegenüber handelt es sich bei der Drossel 111 beispielsweise um eine stromkompensierte E-Kern-Drossel, die für den oberen Frequenzbereich ausgelegt ist.

Fig. 3 und 4 zeigen Konstruktionsbeispiele für die Anord­ nung der in die symmetrisch betriebene Anschlußleitung 2 ein­ geschleiften Drosseln 110, 111. Die Drosseln 110, 111 sind da­ nach auf einer Platine 4 ohne Gehäuseabschirmung und ohne Be­ zug zum Massepotential angeordnet.

In der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Drossel 110 des Störschutzfilters 11 über die Anschlußleitung 2 mit einem Kopplungselement 5 und die Drossel 111 des Störschutzfilters 11 über die Anschlußleitung 2 mit einem Stecker 6 verbunden. Während das Kopplungselement 5 mit einem entsprechenden, nicht dargestellten Gegenstück zur Verbindung des Störschutzfilters 11 mit dem Fernsprechapparat 10 zusammengesteckt wird, wird der Stecker 6 in die Wandanschlußdose 3 nach Fig. 1 gesteckt.

In der weiteren Ausführungsform nach Fig. 4 sind neben den Drosseln 110, 111 zusätzlich noch zwei Buchsen 7 auf der Pla­ tine 4 angeordnet. Über die Buchsen 7 werden die Drosseln 110, 111 an den Fernsprechapparat 10 bzw. der Wandanschlußdose 3 nach Fig. 1 angeschlossen. Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, das Störschutzfilter 11 nach Fig. 1 im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 3 als kompaktes Modul, ohne die vieradrige Anschlußleitung 2 zu verwenden. Die Verbindung zu dem Fernsprechapparat 10 und zu der Wandanschlußdose 3 er­ folgt bei der Ausführungsform nach Fig. 4 über in der Fig. 4 nicht dargestellte Steckelemente, die in die Buchsen 7 hinein­ gesteckt werden.

Claims (6)

1. Störschutzfilter für elektrische Geräte/Systeme mit symme­ trisch betriebenen Leitungen bei der eine Drossel (110, 111) derart in die symmetrisch betriebene Leitung (2) eingeschleift ist, daß im Gleichtaktbetrieb der symmetrisch betriebenen Lei­ tung (2) eine hohe Induktivität und im Gegentaktbetrieb der symmetrisch betriebenen Leitung (2) nur noch die Streuindukti­ vität der Drossel (110, 111) wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, für un- terschiedliche Frequenzbereiche ausgelegte und auf einer Pla­ tine (4) angeordnete Drosseln (110, 111) in unmittelbarer Um­ gebung des elektrischen Geräts/Systems (10) ohne Bezug zu ei­ nem Massepotential in Reihenschaltung in die symmetrisch be­ triebene Leitung (2) eingeschleift und mit einer für das Ein­ schleifen dienenden Kontaktierungsvorrichtung (5, 6, 7) ver­ bunden sind.

2. Störschutzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente (5, 6) über die symmetrisch betriebene Leitung (2) mit den Dros­ seln (110, 111) verbunden sind.

3. Störschutzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (110, 111) jeweils mit dem Kopplungselement (7) auf der Platine (4) ver­ bunden sind.

4. Störschutzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stör­ schutzfilter in Kommunikations- und Dateneinrichtungen (1) verwendet wird.

5. Störschutzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stör­ schutzfilter in Meß- und Steuerungseinrichtungen verwendet wird.

6. Störschutzfilter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrische Gerät/System (10) als Fernsprechapparat ausgebildet ist.