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Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung
für Netze,
die eine Phase und ein Durchführungsbauelement
enthält.
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Aus der Druckschritt
EP 0250919 sind Filterschaltungen
der eingangs genannten Art bekannt, mit denen die Aufgabe gelöst wird,
ein Netzleitungsfilter im Baukastenprinzip und mit einem geringen
Ableitstrom zu schaffen. Es ist ein Durchführungskondensatorgehäuse vorgesehen,
wobei ein Durchführungskondensator
mit einem metallischen Wellschlauch verbunden ist. Das Filtergehäuse ist
durch Trennwände
in hochfrequenzdichte Kammern unterteilt. In dem Durchführungskondensatorgehäuse sind eine
Vielzahl von Durchführungskondensatoren
enthalten. Als Netzleitungsfilter für ein 3-Phasen-System sind
die Durchführungskondensatoren
für alle Phasen
in einem einzigen Kondensatorgehäuse
zusammengefaßt.
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Die bekannte Filterschaltung hat
den Nachteil, daß zum
Aufbau des Durchführungskondensators
ein großer
mechanischer Aufwand erforderlich ist, der zum einen davon herrührt, daß eine Vielzahl von
Kondensatoren, nämlich
die Kondensatoren für alle
drei Phasen, in einem einzigen hochfrequenzdichten Gehäuse integriert
werden müssen.
Zum anderen resultiert der hohe mechanische Aufwand aus der Notwendigkeit,
einen metallischen Wellschlauch anzubringen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Filterschaltung anzugeben, die auf einfache Art und Weise in einer
ableitstromarmen Beschaltung geschaltet werden kann. Es ist ferner
Aufgabe der Erfindung, eine Filterschaltung anzugeben, in die auf einfache
Art und Weise weitere Funktionalitäten integriert werden können.
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Es wird eine Filterschaltung angegeben
für ein
Netz, das eine Phase aufweist. Die Filterschaltung weist ein Durchführungsbauelement
auf, das ein Gehäuse
enthält.
Im Gehäuse
ist eine Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren enthalten. Im Gehäuse ist
ferner ein Leiter enthalten, der vom Mittelabgriff der Reihenschaltung
aus dem Gehäuse
herausgeführt
ist. Die Phase des Netzes ist über
die Reihenschaltung mit einer Erde leitend verbunden.
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Die Filterschaltung hat den Vorteil,
daß über den
Leiter, der aus dem Gehäuse
des Durchführungsbauelementes
herausgeführt
ist, eine Vielzahl von Funktionalitäten durch einfaches Beschalten
erreicht werden können.
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Beispielsweise kann der Leiter mit
einem Null-Leiter des Netzes verbunden werden. In diesem Fall ergibt
sich der Vorteil einer ableitstromarmen Beschaltung der Filterschaltung.
Durch den Aufbau der Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren und
dem Mittelabgriff kann eine Frequenzweiche realisiert werden.
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Durch geeignete Wahl der Kapazitäten der beiden
Kondensatoren gelingt es, Frequenzen, die im Bereich der Nutzfrequenz
liegen, über
den Mittelabgriff der Reihenschaltung abzuleiten. Frequenzen, die
im Bereich der Störfrequenzen
liegen, können über beide
Kondensatoren auf das Gehäuse
abgeleitet werden. Das Gehäuse
kann beispielsweise mit einer Erde verbunden sein. Das Auftreten
hoher Blindströme
im Gehäuse,
welche im allgemeinen durch die Nutzfrequenz, welche beispielsweise
im Bereich von 50 Hz liegt, erzeugt werden, kann durch Ableiten dieser
Frequenzen durch den Leiter vermindert werden. Durch Anschließen an einen
Null-Leiter kann die an dem zwischen dem Mittelabgriff und Erde
geschalteten Kondensator anliegende Spannung auf sehr kleine Werte,
die durch die Spannungsdifferenz zwischen dem Null-Leiter und dem
Erdpotential gegeben sind, reduziert werden. Dadurch wird der über den
zwischen dem Mittelabgriff und der Erde geschalteten Kondensator
abgeleitete Strom in vorteilhafter Weise reduziert.
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In einer anderen Ausführungsform
der Filterschaltung kann ein Netz zur Anwendung gelangen, das ein
dreiphasiges Netz ist und das ein symmetrisches Netz ist. In diesem
Fall wird kein Null-Leiter benötigt
und es ist für
jede Phase ein Durchführungsbauelement
vorgesehen, wobei jeweils ein Leiter pro Phase vorgesehen ist. Jede
Phase ist über
jeweils eine Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren mit einer Erde
leitend verbunden. Es können
die Leiter mit einem virtuellen Null-Leiter verbunden sein. Dieser
virtuelle Null-Leiter ist für
den Fall, daß das
dreiphasige System symmetrisch ist, auf dem Potential Null. In allen
anderen Fällen
kann das Potential des virtuellen Null-Leiters von Null verschieden
sein.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Filterschaltung sind für
eine Phase zwei Durchführungsbauelemente
vorgesehen. Die beiden Durchführungsbauelemente
können
jeweils am Eingang und am Ausgang der Filterschaltung positioniert
sein. Sie brauchen nicht in ein gemeinsames Gehäuse integriert zu werden, da
jede Filterschaltung für
sich, in der bereits beschriebenen Art und Weise, ableitstromarm
ausgeführt
sein kann. Bei dieser Ausführungsform
ist jedes Durchführungsbauelement
zwischen der Phase und einer Erde geschaltet. Die Durchführungsbauelemente
untereinander sind in einer Parallelschaltung geschaltet.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Filterschaltung ist ein Netz vorgesehen, das eine Vielzahl von
Phasen aufweist. Jeweils drei der Phasen bilden ein dreiphasiges
System. Die jeweils zu einem dreiphasigen System gehörenden Durchführungsbauelemente
können
bzgl. ihrer Leiter wieder zu einem gemeinsamen virtuellen Null-Leiter
verschaltet sein. Solche mehrphasigen Systeme können beispielsweise verwendet
werden zur Ansteuerung von Motoren, welche je nach zugeschalteten
Phasen verschiedene Drehzahlen aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Filterschaltung ist es vorgesehen, daß die zu verschiedenen Phasen
gehörenden
Leiter von Durchführungsbauelementen
an eine Überwachungseinrichtung
angeschlossen sind. Eine solche Überwachungseinrichtung
kann beispielsweise dazu verwendet werden bei dreiphasigen, symmetrischen
Systemen die Symmetriebedingungen zu überwachen. Ist die Symmetriebedingung
erfüllt,
so kompensieren sich die in den drei Phasen anliegenden Spannungen
auf den Wert Null. Bei Auftreten von Unsymmetrien, welche beispielsweise
bei Störungen
an der Last auftreten, kompensieren sich die drei Phasen nicht mehr
zu Null und mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung kann
an dem virtuellen Null-Leiter das Auftreten eines Stroms bzw. einer
Spannung detektiert werden und somit die Störung in der Last detektiert
werden.
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In einer anderen Ausführungsform
der Filterschaltung ist in einem mehrphasigen System für jede Phase
je ein Durchführungsbauelement
vorgesehen. Jeder Leiter jedes Durchführungsbauelementes ist mit
einer Vorrichtung zur Signaleinkopplung verbunden. Damit können beispielsweise
Hochfrequenzsignale in ein Stromnetz eingekoppelt werden.
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In einer anderen Ausführungsform
sind in einem mehrphasigen System die Leiter jedes Durchführungsbauelementes
mit einer Vorrichtung zur Signalauskopplung verbunden. Dadurch können hochfrequente
Signale aus einem Stromnetz ausgekoppelt und hinterher weiterverarbeitet
werden.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Filterschaltung ist es vorgesehen, die Leiter der Durchführungsbauelemente
in einem dreiphasigen System zusammenzuschalten und mit einer geerdeten
Induktivität
zu verbinden. Dadurch kann die Frequenzselektivität der Filterschaltung
erhöht
werden, indem ein Parallelschwingkreis aufgebaut wird.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Filterschaltung kann in einem mehrphasigen System jeder Leiter
mit einer gegen Erde geschalteten Induktivität verbunden sein. Auch in diesem
Fall kann die Filterschaltung mit einer verbesserten Frequenzselektivität ausgestattet
werden.
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Durch die beschriebene Ausführung der
Filterschaltung gelingt es, eine verbesserte Modularität herzustellen,
da die für
jede Phase benötigten
Durchführungsbauelemente
als getrennte Komponenten einfach und ohne hohen mechanischen Aufwand ausgeführt und
montiert werden können.
Insbesondere ist es nicht notwendig, bei einem mehrphasigen System
sämtliche
Filter-Bauelemente
in ein einziges Gehäuse
zu integrieren.
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Es wird darüber hinaus ein Durchführungsbauelement
angegeben, das mit einem Gehäuse
versehen ist. Ferner ist das Bauelement mit einer durch das Gehäuse geführten Durchführung versehen.
Die Durchführung
ist elektrisch leitend und tritt vorzugsweise an einer Stelle des
Gehäuse
in das Gehäuse ein
und tritt an der der Eintrittsstelle gegenüberliegenden Stelle des Gehäuses wieder
aus dem Gehäuse
aus. Vorteilhafterweise verläuft
die Durchführung
geradlinig durch das Gehäuse
hindurch.
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Es ist ferner eine Reihenschaltung
aus zwei Kondensatoren vorgesehen. Die Reihenschaltung ist zwischen
der Durchführung
und dem Gehäuse
des Bauelements geschaltet. Am Mittelabgriff der Reihenschaltung
ist ein Leiter kontaktiert, der aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
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Das Durchführungsbauelement hat den Vorteil,
daß durch
den beschriebenen Aufbau der Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren
und dem Mittelabgriff eine Frequenzweiche realisiert werden kann.
Geeignete Wahl der Kapazitäten
der beiden Kondensatoren gelingt es, Frequenzen, die im Bereich
der Nutzfrequenz liegen, über
den Mittelabgriff der Reihenschaltung abzuleiten, während Frequenzen,
die im Bereich der Störfrequenzen
liegen, über beide
Kondensatoren auf das Gehäuse
abgeleitet werden können.
Das Auftreten hoher Blindströme
im Gehäuse,
welche im allgemeinen durch die Nutzfrequenz, welche beispielsweise
im Bereich von 50 Hz liegt, erzeugt werden, kann durch Ableiten
dieser Frequenzen durch den Leiter vermindert werden.
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Es wird darüber hinaus eine Filterschaltung angegeben
mit einem Bauelement der soeben beschriebenen Art, wobei die Durchführung mit
einer Phase, der Leiter mit einem Null-Leiter und das Gehäuse mit
einer Erde leitend verbunden ist. Die Durchführung ist also mit der Phase
verbunden, während
der Leiter, der zur Ableitung der über dem ersten Kondensator
liegenden Signale gedacht ist, auf dem Potential des Nulleiters
der Schaltung liegt. Daher kann der vorwiegend durch die Nutzfrequenzen
hervorgerufene Blindstrom über
den Nulleiter abgeleitet werden, wodurch eine Belastung der Erdung
vermindert wird.
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Da wiederum die auftretende Spannung
zwischen Nulleiter und der Erdung sehr niedrig ist (im Idealfall
0 V), entstehen dementsprechend sehr niedrige Ableitströme, die
sogar bis hin zur völligen
Ableitstromfreiheit reichen können.
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Das beschriebene Bauelement kann
sehr universell eingesetzt werden, sowohl in einphasigen als auch
in – dann
in entsprechender Vielzahl – mehrphasigen
Filtern. Dadurch sinkt die Teilevielfalt bei der Herstellung von
EMV-Filtern.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Kapazität des Kondensators,
der direkt mit dem Gehäuse
verbunden ist, kleiner ist als die Kapazität des Kondensators, der direkt
mit der Durchführung
verbunden ist. Dadurch gelingt es, die niederfrequenten Nutzströme über den
Mittelabgriff abzuleiten, während
hochfrequente Störungen über das
Gehäuse
des Durchführungsbauelement
abgeleitet werden können.
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Desweiteren kann es zur Realisierung
einer einfach herzustellenden, symmetrischen Bauweise, die darüber hinaus
auch noch kompakt ist, vorgesehen sein, daß die Kondensatoren Wickel kondensatoren
sind, deren Wickel um die Durchführung
herum angeordnet sind.
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Es können darüber hinaus zwei Wickelkondensatoren
konzentrisch zueinander angeordnet sein. Alternativ dazu können auch
zwei Wickelkondensatoren nebeneinander auf der Durchführung angeordnet
sein.
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Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn
das Bauelement eine oder mehrere Induktivitäten enthält, die mit den Kondensatoren
im Bauelement verschaltet sind.
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Beispielsweise kann eine Induktivität in Reihe
zur Durchführung
geschaltet sein. Darüber
hinaus kommt es auch in Betracht, eine Induktivität in Reihe zum
Leiter zu schalten.
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Darüber hinaus ist ein Bauelement
vorteilhaft, das eine weitere Reihenschaltung von zwei Kondensatoren
umfaßt,
die zwischen der Durchführung
und dem Gehäuse
geschaltet ist, und bei der zwischen den Verbindungspunkten der
Reihenschaltungen mit der Durchführung
eine Induktivität
geschaltet ist, und bei der zwischen den Mittelabgriffen der Reihenschaltungen
eine weitere Induktivität
geschaltet ist. Dadurch gelingt die Realisierung eines π-Filters,
welches den Vorteil noch besserer Filtereigenschaften aufweist.
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Eine Induktivität kann vorteilhaft durch einen um
die Durchführung
und gegebenenfalls um den Leiter herum angeordneten Ringkern gebildet
sein. Ein solcher Aufbau hat den Vorteil, daß für die Induktivität wenig
Platz beansprucht wird.
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Es wird darüber hinaus eine Schirmwand
für ein
geschirmtes Volumen angegeben, an der ein Bauelement der oben beschriebenen
Art durch Verschraubung des Gehäuses
mit der Wand auf der geschirmten Seite der Wand befestigt ist. Beispielsweise
kommt in diesem Zusammenhang eine Anwendung in Magneto-Resonanz-Räumen (Kernspintomographie)
in Betracht, wobei in diese Räume
Strom für
die Beleuchtung und für
Steckdosen durch die Schirmwand geführt werden müssen. Jede
Phase kann dabei durch ein beschriebenes Durchführungsbauelement gegenüber hochfrequenten
Störungen abgesichert
werden.
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Beim Einsatz in Filterschaltungen
oder Geräten
kann das Durchführungsbauelement
zur Erhöhung
der Stromtragfähigkeit
auch in Parallelschaltung betrieben werden.
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Beim Einsatz in Filterschaltungen
oder Geräten
mit mehrphasiger Stromzuführung
kann für
jeden Phasenanschluß ein
oder mehrere Durchführungsbauelemente
verwendet werden. Dadurch wird ein Modularaufbau realisiert, der
die Teilevielfalt reduziert und die Flexibilität beim Einsatz der Bauelemente
erhöht.
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Desweiteren kann die mechanische
Gestaltung des Durchführungsbauelements
so ausgeführt werden,
daß es
kompatibel zu bekannten Durchführungsbauelementen
nach dem oben beschriebenen Stand der Technik ist. Dadurch wird
die Umrüstung von
Geräten
auf das hier beschriebene Durchführungsbauelement
ohne weiteren Aufwand nachträglich
ermöglicht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen
und den dazugehörigen
Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Filterschaltung in einem schematischen Schaltbild.
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2 zeigt
eine Filterschaltung in ableitstromarmer Schaltung in einem schematischen
Schaltbild.
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3 zeigt
eine Filterschaltung in einem dreiphasigen Netz in einem schematischen
Schaltbild.
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4 zeigt
eine Filterschaltung mit einem mehrstufigen Aufbau.
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5 zeigt
ein Filter mit einem mehrstufigen Aufbau für ein dreiphasiges Netz.
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6 zeigt
eine Filterschaltung für
ein dreiphasiges System ohne Null-Leiter.
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7 zeigt
eine Filterschaltung für
ein vielphasiges System zum Betrieb eines Motors.
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8 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System mit einer zusätzlichen Überwachungseinrichtung.
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9 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System mit einer zusätzlichen Induktivität.
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10 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System mit drei zusätzlichen Induktivitäten.
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11 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System mit einer zusätzlichen Signaleinkopplung.
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12 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System mit einer zusätzlichen Signalauskopplung.
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13 zeigt
ein Durchführungsbauelement teils
in einem Längsschnitt,
teils in einer Draufsicht.
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14 zeigt
ein Ersatzschaltbild für
ein Bauelement nach 13.
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15 zeigt
ein Durchführungsbauelement, teils
in einem Längsschnitt,
teils in einer Draufsicht.
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16 zeigt
ein Ersatzschaltbild für
ein Bauelement nach 15.
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17 zeigt
ein Ersatzschaltbild für
ein Durchführungsbauelement,
das als π-Filter
ausgeführt
ist.
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18 zeigt
eine Filterschaltung mit zwei Durchführungsbauelement.
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19 zeigt
eine Anordnung von Durchführungsbauelementen
für den
Einsatz bei geschirmten Räumen.
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20 zeigt
ein Ersatzschaltbild für
die Anordnung von Durchführungsbauelementen
gemäß 19.
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1 zeigt
eine Filterschaltung für
ein Netz mit einer Phase PL und mit einem Null-Leiter N. Es ist ein
Durchführungsbauelement 8 vorgesehen,
das eine Reihenschaltung 3 von zwei Kondensatoren C1, C2
aufweist. Die Phase PL ist über
die Reihenschaltung 3 mit einer Erde verbunden. Die Reihenschaltung 3 ist
in einem Gehäuse 1 eingebaut.
Vom Mittelabgriff der Reihenschaltung 3, welcher zwischen
den beiden Kondensatoren C1, C2 angeordnet ist, verläuft ein
Leiter 4 aus dem Gehäuse 1 heraus.
Der Leiter 4 ist mit dem Null-Leiter N verbunden. Ferner
ist am Null-Leiter N ein weiterer Durchführungskondensator 112 – in an
sich bekannter Art und Weise aufgebaut -, angeordnet.
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2 zeigt
eine Filterschaltung mit Durchführungsbauelementen 8, 9 entsprechend 1. Die Filterschaltung umfaßt zwei
Phasen PL1, PL2, wie sie zum Beispiel zur Ein- bzw. Ausspeisung
von elektrischer Energie in einen Umrichter oder auch in ein Notstromaggregat
verwendet werden. Es sind ferner zu den Phasen PL1, PL2 gehörige Null-Leiter
N1, N2 vorgesehen. Jede Phase PLl, PL2 ist mit einem Durchführungsbauelement 8, 9 verbunden.
Für jedes Durchführungsbauelement 8, 9 ist
ein separates Gehäuse 1 vorgesehen,
was die Montierbar keit und den mechanischen Aufwand in vorteilhafter
Weise verbessert. Jedes Durchführungsbauelement 8, 9 ist
mit einem Leiter 408, 409 versehen, welcher jeweils
den Mittelabgriff des Durchführungsbauelements 8, 9 mit dem
zugehörigen
Null-Leiter N1,
N2 verbindet.
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3 zeigt
eine Filterschaltung entsprechend 1,
mit dem Unterschied, daß sie
für ein dreiphasiges
System vorgesehen ist. Es ist ein Netz vorgesehen mit drei Phasen
PL1, PL2, PL3 und ferner mit einem Null-Leiter N. Im Unterschied
zu 1 ist nicht nur ein
Durchführungsbauelement 8,
sondern es sind drei Durchführungsbauelemente 8, 9, 11 vorgesehen,
wobei jedes Durchführungsbauelement 8, 9, 11 einer
Phase PL1, PL2, PL3 zugeordnet ist. Jedes Durchführungsbauelement 8, 9, 11 verbindet die
entsprechende Phase PL1, PL2, PL3 mit einer Erde. Ferner umfaßt jedes
Durchführungsbauelement 8, 9, 11 einen
Leiter 408, 409, 411, welche alle zusammen
gemeinsam mit dem Null-Leiter N verbunden sind.
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4 zeigt
eine Filterschaltung mit mehrstufigem Aufbau, wobei die in der Mitte
von 4 gezeigten Induktivitäten und
Kapazitäten
für den
niederfrequenten Bereich des Filters ausgelegt sind. Am linken und
am rechten Ende der Filterschaltung sind Durchführungsbauelemente 8, 9 angeordnet,
die für die
Filterung im hochfrequenten Bereich der Filterschaltung gedacht
sind. Es sind ferner Varistoren V vorgesehen, die der Ableitung
von Überspannungen dienen.
Auf der linken Seite der Filterschaltung ist die Eingangsseite und
auf der rechten Seite der Filterschaltung die geschirmte Seite vorgesehen.
Es ist eine Phase PL sowie ein Null-Leiter N vorgesehen. Die Verschaltung
der Durchführungsbauelemente 8, 9,
die jeweils in einem separaten Gehäuse 1 angeordnet sind,
zusammen mit ihren Leitern 408, 409, erfolgt in
der den 1 bis 3 entsprechenden Art und Weise.
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5 zeigt
eine Filterschaltung entsprechend 4,
wobei jedoch statt einer Phase PL drei Phasen PL1, PL2, PL3 vorgesehen
sind. Für
jede Phase PL1, PL2, PL3 ist ein eigenes Paar von Durchführungsbauelementen 8, 9; 11, 12; 13, 14 sowie
entsprechend dazu jeweils ein Leiter 408, 409, 411, 412, 413, 414 vorgesehen.
Die Verschaltung der Durchführungsbauelemente 8, 9, 11, 12, 13, 14 erfolgt
in der 4 analogen Art
und Weise. 5 zeigt insbesondere,
wie eine Vielzahl von Durchführungsbauelementen 8, 9, 11, 12, 13, 14 an
vielen verschiedenen Orten innerhalb der Filterschaltung in jeweils
einem eigenen Gehäuse
zum Einsatz gelangen kann. Die Filterschaltung hat auch den Vorteil,
daß die Durchführungsbauelemente 8, 9, 11, 12, 13, 14 untereinander
gleich sein können,
wodurch mit einer relativ geringen Anzahl von Design-Variationen eine große Vielzahl
an Beschaltungsmöglichkeiten
realisiert werden kann.
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6 zeigt
eine Filterschaltung für
ein dreiphasiges System. Es sind drei Phasen PL1, PL2, PL3 vorgesehen.
Für jede
Phase PLl, PL2, PL3 ist ein Durchführungsbauelement 8, 9, 11 vorgesehen.
Jede Phase PLl, PL2, PL3 ist über
ein entsprechendes Durchführungsbauelement 8, 9, 11 mit
einer Erde verbunden. Die Filterschaltung nach 6 weist die Besonderheit auf, daß es sich
um ein dreiphasiges System ohne Neutral-Leiter, also um ein symmetrisches
Netz handelt. Dem entsprechend fehlt der Neutral-Leiter. Trotzdem
kann die ableitstromarme Verschaltung realisiert werden. Dies gelingt,
indem die Leiter 408, 409, 411 zusammengefaßt werden und
mit einem virtuellen Null-Leiter VN1 verbunden werden. Der virtuelle
Null-Leiter VN1 befindet sich bei einem symmetrischen Netz in störungsfreiem
Fall immer auf Null-Potential, so daß auch hier eine der vorteilhaften
Funktionen, nämlich
die ableitstromarme Beschaltung der Filterschaltung realisiert werden kann.
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7 zeigt
eine Filterschaltung entsprechend 6,
wobei jedoch ein vielphasiges System vorgesehen ist. Es sind die
Phasen PLl, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 vorgesehen. Diese Phasen PLl,
PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 werden dazu verwendet, einen Motor M mit
Strom zu versorgen. Der Motor besitzt die Anschlüsse 1u, 1v, 1w, 2u, 2v, 2w.
Jeder Anschluß 1u, 1v, 1w, 2u, 2v, 2w des
Motors M ist mit genau einer Phase PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 verbunden.
Je nach dem, wie viele der Phasen PLl, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 zugeschaltet
sind, kann die Drehzahl des Motors M erhöht oder erniedrigt werden.
Es ist darüber
hinaus für
jede Phase PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 ein Durchführungsbauelement 8, 9, 11, 12, 13, 14 vorgesehen,
welches die entsprechende Phase PLl, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6 über die jeweilige
Reihenschaltung von Kondensatoren mit einer Erde verbindet. Jeweils
drei der Phasen PL1, PL2, PL3 sowie PL4, PL5, PL6 bilden ein dreiphasiges
System, weswegen die Zusammenschaltung der Leiter 408, 409, 411 bzw. 412, 413,
414 und deren Zusammenfassung zu einem gemeinsamen virtuellem Null-Leiter
VN1, VN2 in einer zur 6 analogen Art
und Weise geschehen kann. Jeweils drei Leiter 408, 409, 411; 412, 413, 414 sind
mit einem gemeinsamen virtuellen Null-Leiter VN1, VN2 verbunden.
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8 zeigt
eine Filterschaltung mit einem dreiphasigen System. Es sind drei
Phasen PL1, PL2, PL3 vorgesehen. Die drei Phasen PL1, PL2, PL3 sind mit
den drei Motoranschlüssen 1u, 1v, 1w eines
Motors M verbunden. Es handelt sich entsprechend 6 um ein dreiphasiges System, welches
symmetrisch ausgeführt
ist und welches keinen Null-Leiter aufweist. Es sind wiederum drei
Durchführungsbauelemente 8, 9, 11 vorgesehen,
die in einer der 6 entsprechenden
Art und Weise bzgl. ihrer Leiter 408, 409, 411 verschaltet
sind. Im Unterschied zu 6 kann
bei 8 über die
Zuschaltung einer Überwachungseinrichtung 100 der
Zustand des Netzes und damit eine ggf. auftretende Störung des
Motors M detektiert werden. Falls nämlich im Motor M eine Störung auftritt,
hat dies im allgemeinen zur Folge, daß das Netz nicht mehr symmetrisch
ist und daß damit im
virtuellen Null-Leiter VN1 ein Strom fließt. Dieser Strom wird durch
die Überwachungseinrichtung 100 erfaßt. Die Überwachungseinrichtung 100 kann
beispielsweise aus einem Widerstand R und einem Verstärker 113 beste hen.
Der durch den Widerstand R fließende
Strom führt
zu einem Spannungsabfall, welcher durch den Verstärker 113 verstärkt und
dann der Ausleseeinheit zugeführt
werden kann.
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9 zeigt
ein dreiphasiges System, welches 6 entspricht.
Im Unterschied zu 6 sind die
Leiter 408, 409, 411 zu einem gemeinsamen Sternpunkt
geführt,
welcher mit einer Induktivität
L1 verbunden ist. Die Induktivität
L1 ihrerseits ist mit einer Erde verbunden. Durch die Zuschaltung
einer Induktivität
L1 kann die Dämpfung
der Durchführungsbauelemente
und damit deren Frequenzverhalten in positiver Art und Weise durch
Bildung eines Parallelschwingkreises verbessert werden.
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10 zeigt
noch eine weitere Ausführungsform ähnlich zu 9, wobei im Unterschied
zu 9 jeder einzelne
Leiter 408, 409, 411 mit einer eigenen
Induktivität
L1, L2, L3 verbunden ist.
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11 zeigt
eine Filterschaltung für
ein mehrphasiges System, wobei zusätzlich eine Vorrichtung 110 zur
Einkopplung von Signalen vorgesehen ist. Jeder Leiter 408, 409, 411 ist
mit der Vorrichtung 110 zur Einkopplung von Signalen über eine
gemeinsame Leitung verbunden. Durch eine Filterschaltung gemäß 11 können in ein konventionelles
Netz Daten, beispielsweise Internetdaten, eingespeist werden. Die
Signalrichtung ist durch den Pfeil auf der linken Seite der Vorrichtung 110 zur
Einkopplung von Signalen dargestellt.
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12 zeigt
eine Abwandlung von 11, indem
anstelle der Vorrichtung zur Einkopplung von Signalen eine Vorrichtung 111 zur
Auskopplung von Signalen vorgesehen ist. Jeder Leiter 408, 409, 411 der
Durchführungsbauelemente 8, 9, 11,
welche jeweils einer Phase PL1, PL2, PL3 zugeordnet sind, sind jeweils
separat mit der Vorrichtung 111 zur Auskopplung von Signalen
verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
wirken die Filterschaltungen gemäß 11 und 12 zusammen, wodurch erreicht wird, daß gemäß 11 in das Netz eingekoppelte
Signale durch eine Filterschaltung gemäß 12 aus dem Netz wieder ausgekoppelt und
detektiert werden können.
Eine Kombination der Filterschaltungen gemäß 11 und 12 kann
zur Nutzung konventioneller Stromnetze zur Datenübertragung vorteilhaft verwendet
werden.
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13 zeigt
ein Durchführungsbauelement, bei
dem rotationssymmetrisch um eine Durchführung 2 ein Gehäuse 1 angeordnet
ist. Die Durchführung 2 hat
die Form eines massiven metallischen Bolzens, der stellenweise mit
einem Gewinde versehen ist. Mit Gewinde versehene Abschnitte des
Bolzens 2 sind mit Muttern 16 versehen. Mit Hilfe
dieser Muttern 16 kann das Bauelement in einem Filteraufbau
angeschlossen werden.
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Das Gehäuse 1 besteht aus
Metall, zum Beispiel Messing, Kupfer oder Stahl, vorzugsweise aus Aluminium,
und dient der hochfrequenten Abschirmung des Bauelements nach außen. Ferner
ist das Gehäuse 1 an
einer Engstelle des Gehäuses 1 nach innen
mit einer Abdichtung 15a gegen Feuchte abgedichtet, welche
zum Beispiel eine Vergußmasse
oder ein PU-Kleber sein kann.
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Das Gehäuse 1 hat die Form
eines zur linken Seite hin offenen Topfes, wobei die linke offene
Seite durch eine Vergußmasse 15 gegenüber Feuchte
verschlossen ist.
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Das Gehäuse 1 ist in einem
verjüngten
Abschnitt mit einem Gewinde versehen, auf das eine Mutter 17 geschraubt
ist. Mittels der Mutter 17 kann das Durchführungsbauelement
in einem Filteraufbau montiert werden.
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Darüber hinaus ist das Gehäuse 1 dicht
gegenüber
Feuchtigkeit und weiteren klimatischen Beeinflussungen.
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Im Innern des Gehäuses 1 sind zwei Kondensatoren
Cl und C2. angeordnet. Es handelt sich hierbei um Wickelkondensatoren,
die konzentrisch zueinander und zur Durchführung 2 angeordnet
sind. Über
ein Verbindungselement 18, welches beispielsweise ein metallisches
Blech sein kann, sind die Kondensatoren C1, C2 elektrisch leitend
miteinander verbunden. Der Kondensator C1 ist darüber hinaus
mit der Durchführung 2 elektrisch
leitend verbunden. Der Kondensator C2 ist auf der gegenüberliegenden
Seite mit dem Gehäuse 1 elektrisch
leitend verbunden. Mit dem Mittelabgriff 51 zwischen den
beiden Kondensatoren C1, C2 ist ein Leiter 4 verbunden,
der elektrisch leitend ist und der aus dem Gehäuse 1 nach außen herausgeführt ist.
Die äußere Beschaltung
des Durchführungsbauelements
ist gegeben durch das linke Ende der Durchführung, Anschluß A1 sowie
das rechte Ende der Durchführung,
Anschluß A2.
Darüber
hinaus gibt es noch den Anschluß B,
der durch den aus dem Gehäuse 1 herausgeführten Leiter 4 gebildet
ist. Ein weiterer Anschluß E
wird gebildet durch das Gehäuse 1.
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Unter Bezugnahme auf die Anschlüsse A1, A2,
8, E in 13 und auf die
Kondensatoren C1, C2 in 13 wird
in 14 das Ersatzschaltbild
zu dem in 13 dargestellten
Bauelement gezeigt. Es ist gezeigt die elektrisch leitende Verbindung,
die gebildet wird durch die Durchführung 2 und die die
Anschlüsse
A1, A2 miteinander verbindet. Es ist ferner gezeigt eine erste Reihenschaltung 3 von
Kondensatoren Cl, C2. Die Reihenschaltung 3 ist am Verbindungspunkt
P1 mit der Durchführung 2 elektrisch
leitend verbunden. Die Reihenschaltung 3 ist auf der P1 gegenüberliegenden
Seite mit dem Anschluß E
verbunden. Der Mittelabgriff 51 zwischen den beiden Kondensatoren
Cl, C2 ist mit dem Leiter 4 verbunden, der außerhalb
des Gehäuses
den Anschluß B bildet.
Mittels des Verbindungselements 18 sind die beiden Kondensatoren
Cl, C2 elektrisch leitend zur Bildung einer Reihenschaltung miteinander
verbunden. Geeignete Kapazitäten
für die
Kondensatoren C1, C2 sind zum Beispiel: C1 = 4 μF; C2 = 0,5 μF.
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Der Kondensator C1 ist mit seiner
Kapazität von
4 μF dafür geeignet,
eine kleine Impedanz für
die Nutzfrequenzen, die beispielsweise bei 50 Hz liegen, zu bilden.
Der Kondensator C2 ist mit seiner Kapazität von 0,5 μF dafür geeignet, für die Nutzfrequenz eine
hohe Impedanz zu bilden. Gleichzeitig wird durch den Anschluß B der
Kondensator C2 auf einem niedrigen Spannungspotential gehalten,
weswegen die Nutzfrequenz nicht zum Anschluß E sondern bevorzugt zum Anschluß B abgeleitet
wird. Dadurch kann erreicht werden, daß der Anschluß E nur
in sehr geringem Umfang mit Blindströmen, die von der Nutzfrequenz
herrühren,
belastet wird.
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Darüber hinaus ist der Kondensator
C1 beziehungsweise die Reihenschaltung der Kondensatoren Cl und
C2 dazu geeignet, für
ein EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Störsignal
in einem Frequenzbereich von 1 MHz eine sehr kleine Impedanz zu
bilden, da in der Reihenschaltung der Kapazitäten die Gesamtkapazität von der
sehr kleinen Kapazität C2
dominiert wird. Dadurch kann das Störsignal sehr leicht gegen Anschluß E abgeleitet
werden, und der Anschluß B
erhält
nur einen sehr geringen Anteil des Störsignals.
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15 zeigt
ein Durchführungsbauelement in
analoger Weise wie 13,
mit dem Unterschied, daß zur
Bildung von zwei Induktivitäten
noch ein Ringkern 7 innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet
ist. Der Ringkern 7 ist mittels Vergußmasse fixiert und nach außen hin
abgedichtet. Der Ringkern 4 besteht vorzugsweise aus Carbonyleisen
und ist vorzugsweise weichmagnetisch. Durch den Ringkern 7 werden Induktivitäten für alle im
Inneren des Ringkerns 7 verlaufende elektrische Leiter
gebildet. Es wird also eine Induktivität gebildet durch die Durchführung 2 in
Verbindung mit dem Ringkern 7. Es wird ferner eine Induktivität gebildet
durch den Leiter 4 in Verbindung mit dem Ringkern 7.
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In analoger Weise zu 14 ist auch in 16 ein Reihenschaltbild für das in 3 dargestellte Bauelement
ge zeigt. Die Anschlüsse
A1, A2 werden miteinander verbunden durch die Durchführung 2.
In Reihe zur Durchführung 2 ist
eine erste Induktivität
L1 geschaltet. Diese Induktivität
L1 wird gebildet durch die Durchführung 2 zusammen mit
dem Ringkern 7 aus 3.
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Es ist darüber hinaus eine Schaltung von Kondensatoren
C1, C2 gezeigt, die in analoger Weise zu der in der 2 dargestellten Weise mit den Anschlüssen A1,
A2, B und E verschaltet ist. Zusätzlich
zu der in 2 gezeigten
Schaltung gibt es noch eine Induktivität L2, die in Reihe zum Leiter 4 gebildet ist.
Die Induktivität
L2 ist dabei geschaltet zwischen dem Mittelabgriff 51 zwischen
den Kondensatoren C1, C2 und dem Anschluß B. Durch die in 16 dargestellte Schaltung
wird eine LC-Filterschaltung realisiert, die eine bessere Dämpfung aufweist,
als eine Schaltung gemäß 14.
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Eine weitere Ausführungsform des Durchführungsfilters,
diesmal nur im Hinblick auf das Schaltbild, ist in 17 gezeigt. Dabei ist analog zu 14 und 16 eine Verbindung der Anschlüsse A1,
A2 durch eine Durchführung 2 realisiert.
Es gibt ferner eine erste Reihenschaltung 3 von Kondensatoren
C1, C2 sowie eine zweite Reihenschaltung 6 von Kondensatoren
C3, C4. Jede der Reihenschaltungen 3, 6 ist an
einem Verbindungspunkt P1 beziehungsweise P2 mit der Durchführung 2 elektrisch
leitend verbunden. Den Verbindungspunkten P1, P2 ist in Reihe zur
Durchführung 2 eine
Induktivität
L1 geschaltet. Die Induktivität
L1 kann beispielsweise ausgeführt
sein wie in der in 15 beschriebenen
Art und Weise.
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Darüber hinaus ist eine weitere
Induktivität L2
vorgesehen, die in Reihe zur Verbindung zwischen den Mittelabgriffen 51, 52 der
Reihenschaltungen 3, 6 geschaltet ist. Die Induktivität L2 kann
ausgeführt
sein entsprechend der in 15 dargestellten
Art und Weise durch Durchführen
des Leiters 4 durch einen Ringkern 7. An den gegenüberliegenden Seiten
der Verbindungspunkte P1, P2 liegenden Anschlüsse der Reihenschaltungen 3, 6 sind
jeweils mit Anschluß E
verbunden. Die Mittelabgriffe 51, 52 sind mittels
der Induktivität
L2 miteinander verbunden, wobei der Mittelabgriff 51 über den
Leiter 4 mit dem äußeren Anschluß B verbunden
ist.
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Durch die in 17 dargestellte Schaltung wird ein n-Filter realisiert,
das besonders gute Filtereigenschaften zur Entstörungen von elektromagnetischen
Störungen
bei Filterschaltungen erlaubt.
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Die Nutzfrequenz liegt im Bereich
von 50 Hz, während
die Störfrequenzen
im Bereich von > 1
MHz liegen. Geeignete Werte für
C1, C2, C3, C4 und L1 und L2, um bei den Frequenzen 50 Hz/1 MHz
eine geeignete Frequenzweiche beziehungsweise ein geeignetes n-Filter
gemäß 4 beziehungsweise 5 zu erhalten, liegen bei
folgenden Werten: C1 = C3 = 4 μF;
C2 = C4 = 0,5 μF;
L1 = L3 = 360 nH.
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18 zeigt
ein Netzleitungsfilter, das zur Entstörung von Netzleitungen verwendet
werden kann. Das Netzleitungsfilter aus 18 zeichnet sich durch eine hohe Stördämpfung aus.
Das Netzleitungsfilter ist mit einer Phase PL1 versehen, die jeweils
an der Primär-
beziehungsweise an der Sekundärseite
des Filters angeschlossen werden kann. Darüber hinaus ist das Filter mit
einem Anschluß für einen
Null-Leiter N versehen. Darüber
hinaus ist das Filter mit einem Anschluß für die Erde versehen. Jeweils
auf der Primär-
und auf der Sekundärseite
ist in Reihe zur Phase PL1 ein Durchführungsbauelement 8, 9 geschaltet,
wodurch eine wirksame Entstörung der
PLl erzielt werden kann. Der aus den Durchführungsbauelementen 8, 9 herausgeführte Leiter 4 ist mit
dem Null-Leiter N elektrisch leitend verbunden. Ferner ist jeweils
das Gehäuse 1 der
Durchführungsbauelemente 8, 9 mit
einer Schirmung des Filters verbunden, welche wiederum mit der Erde
verbunden ist. Das Ausführungsbeispiel
aus 18 zeigt den Einsatz
des Durchführungsbauelements
in einem einphasigen Netzleitungsfilter mit hoher Sperrdämpfung.
Bei der Schaltung gemäß 18 werden die hochfrequenten
Signale (EMV-Störungen) über die beiden
Kondensatoren der jeweiligen Durchführungsbauelemente 8, 9 niederinduktiv
zum Gehäuse 1 beziehungsweise
zur Erde abgeleitet. Niederfrequente Ableitströme werden dagegen über Leiter 4 in das
elektrische System beziehungsweise zum Null-Leiter N zurückgeführt.
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19 zeigt
den Einsatz von Durchführungsbauelementen 11, 12, 13, 14 bei
der Einführung von
Stromversorgungen in Magneto-Resonanz-Räumen, wie sie beispielsweise
für die
Anwendung in der Kernspintomographie verwendet werden. Dabei ist eine
Schirmwand 10 vorgesehen, die elektrisch leitfähig ist
und die beispielsweise aus Aluminium besteht. Die Schirmwand 10 ist
verbunden mit einer Erde. Vier Durchführungsbauelemente 11, 12, 13 sowie ein
Durchführungselement 14,
die gemäß dem Beispiel
aus 13 aufgebaut sein
können
sind durch Verschraubung mit Muttern 1711, 1712, 1713, 1714, die
der Mutter 17 aus 13 entsprechen,
mit der Schirmwand 10 verschraubt. Jedes Durchführungsbauelement
bildet auf seiner rechten Seite einen Anschluß für eine Phase PL1, PL2, PL3
beziehungsweise für
einen Null-Leiter N. Hierfür
sind Muttern 1611, 1612, 1613 und 1614 vorgesehen,
an denen elektrische Kontaktierungen zu den Durchführungen
der Durchführungsbauelemente
hergestellt werden können.
Entsprechend sind auf der der Eingangsseite gegenüberliegenden
Seite Durchführungsbauelemente 11, 12, 13, 14 weitere
Muttern zur Herstellung von Kontaktierungen angeordnet. Die Verschraubung
der Durchführungsbauelemente 11, 12, 13, 14 ist
dabei auf der geschirmten Seite durchgeführt. Jedes Durchführungsbauelement 11, 12, 13 ist
mit Leitern 411, 412, 413 versehen, die
zu einem Leiter 400 zusammengefaßt werden und die mit der Durchführung des
Durchführungsbauelements 14 durch
Verschrauben mittels Muttern verbunden und damit mit dem Null-Leiter
N verbunden sind. Die Schirmwand für ein geschirmtes Volumen kann
aber auch für
geschirmte Geräte
verwendet werden.
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19 zeigt
den Einsatz des Durchführungsbauelements
in einem mehrphasigen System, wobei identische beziehungsweise gleichartige Durchführungsbauelemente
für jede
Phase zum Einsatz gelangen können,
wodurch die Teilevielfalt reduziert werden kann.
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20 zeigt
ein elektrisches Schaltbild, das durch den in 19 gezeigten Aufbau realisiert wird. Dabei
sind jeweils Phasen PLl, PL2, PL3 durch Durchführungen miteinander verbunden.
Es sind ferner jeweils Reihenschaltungen 311, 312, 313 von Kondensatoren
gezeigt, die einerseits hochfrequente Störungen gegen eine Erde ableiten
können,
und bei denen jeweils an einem Mittelabgriff die niederfrequenten
Räume zum
Null-Leiter N zurückgeführt werden
können.
Ferner ist gezeigt, daß das
unterste Durchführungsbauelement,
welches dem Durchführungsbauelement 14 in 19 entspricht, nur. einen einzigen
Kondensator 314 aufweist, der mit der Durchführung und
mit der Erde verbunden ist.
-
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht
auf Filterschaltungen für
EMV-Störungen
im Bereich von 1 GHz, sondern kann für Störungen aller Art verwendet
werden, bei denen eine niederfrequente Nutzfrequenz und eine hochfrequente
Störfrequenz beziehungsweise
eine niederfrequente Störfrequenz und
eine hochfrequente Nutzfrequenz voneinander getrennt werden sollen.
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Durchführung
- 3,
6
- Reihenschaltung
- 4
- Leiter
- 51,
52
- Mittelabgriffe
- 7
- Ringkern
- 8,
9
- Durchführungsbauelement
- 10
- Schirmwand
- 11,
12, 13, 14
- Durchführungsbauelement
- 15a
- Abdichtung
- 15
- Vergußmasse
- 16,
17
- Mutter
- 18
- Verbindungselement
- 1711,
1712, 1713, 1714
- Mutter
- 1611,
1612, 1613, 1614
- Mutter
- 408,
409, 411, 412,
-
- 413,
414, 400
- Leiter
- PL1,
PL2, PL3, PL4, PL5,
- PL6
Phase
- 311,
312, 313
- Reihenschaltungen
- 314
- Kondensatoren
- A1,
A2
- Anschluß
- B
- Anschluß
- E
- Anschluß
- N,
N1, N2
- Null-Leiter
- PL
- Phase
- C1,
C2, C3, C4
- Kondensator
- P1,
P2
- Verbindungspunkt
- L1,
L2, L3
- Induktivität
- V
- Varistor
- VN1,
VN2
- Virtueller
Null-Leiter
- 100
- Überwachungseinrichtung
- 110
- Vorrichtung
zur Einkopplung von
-
- Signalen
- 111
- Vorrichtung
zur Auskopplung von
-
- Signalen
- 112
- Durchführungskondensator
- 113
- Verstärker
- R
- Widerstand
- 1U,
1V, 1W, 2U, 2V, 2W
- Motoranschlüsse
- M
- Motor