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Anordnung zur breitbandigen Entstörung von elektrischen Leitungen
Bei der Entwicklung von modernen Systemen für Meßwert-und Datenverarbeitung sind
drei wesentliche Forderungen einzuhalten: 1) Unbedingte Betriebssicherheit 2) Hohe
und hochste Genauigkeit 3) Verarbeitung eines möglichst breiten Frequenzbereichs.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die der Erfüllung
der Forderung nach Verarbeitung eines möglichst breiten Frequenzbereichs dient.
Die sich daraus ergebende Problematik betrifft die Störsicherheit eines elektrischen
Systems. über dessen Leitungen bekanntlich der wesentliche Teil der Störungen in
das System selbst gelangt. Derartige Störungen sind insbesondere dann kritisch,
wenn ihre Frequenz in die Nähe der Arbeitsfrequenzen des jeweiligen Systems reicht.
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Es sind mehr oder weniger aufwendige,Schaltungen bekannt, die jeweils
mehr empirisch dem betreffenden System angepaßt sind und die Störsicherheit des
Systems erhöhen. Bezüglich elektronischer Meßgeräte ist es bekannt, solche mit erdfreiem
Eingang und Ausgang zu konzipieren, so daß die normalerweise über Erdschleifen in
ein Mengerät einfließenden Störungen ausgeschaltet sind. Bezüglich der Erhöhung
der Störsicherheit von Logikschaltungen ist es bekannt, Störung und Signal durch
Schwellertschaltungen, insbesondere auch durch Miller-Integratoren, zu separieren.
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Bei größeren und komplexeren Systemen,beispielsweise der Datenverarbeitung,
können einerseits jedoch keine Erdschleifen vermieden werden und andererseits kann
auch nicht durch eine Einzelmaßnahme wie beispielsweise die Einfügung eines Integrationselements
der gewünschte Grad an Störsicherheit erreicht werden.
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So ist es bereits bekannt geworden, Übertragungsleitungen in Datenverarbeitungsanlagen
mittels Ringkernen zu verdrosseln. Durch diese Maßnahme kann jedoch jeweils nur
in einem ganz bestimmten, durch die Materialeigenschaften des betreffenden Ringkerns
festgelegten Frequenzbereich.
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eine Unterdrückung der Störungen erreicht werden. In bestimmten Frequenzgebieten
findet somit bei bestimmten Kernen keine Störunterdrückung statt.
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Dieser bekannten Maßnahme haftet ferner der Nachteil an, daß die Störenergie
nicht absorbiert wird. In den verdrosselten Leitungen werden zwar die Störströme
an einer weiteren Ausbreitung gehindert, in benachbarten, nicht verdrosselten Leitungen
können die abgeblockten Störströme jedoch wirksam werden, und zwar zusätzlich zu
den ohnehin vorhandenen Störungen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Anordnung
zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet, indem sie in einem breiten und lückenlos
geschlossenen Frequenzbereich Störungen nicht nur bezüglich ihrer Wirksamkeit unterdrückt,
sondern auch absorbiert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leitungen von einer Mehrzahl
von benachbart angeordneten ferromagnetischen Dampfungrgliedern unterschiedlicher
Verlusteigenschafte umschlossen sind, von denen jedes einzelne in einem bestininten
Frequenzbereich wirksam ist. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Die Einzelheiten der Erfindung werden unter Zugrundelegung der Zeichnungen
anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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In der Zeichnung sind im einzelnen dargestellt:
in
Fig. la eine Signalkabelverdrosselung gemäß Stand der Technik; in Fig. Ib ein Ersatzschaltbild
für eine Gleichtaktstörung gemäß der Anordnung nach Fig. ta; in Fig. 2a eine erfindungsgemäße
Anordnung zur breitbandigen Entstörung elektrischer Leitungen; in Fig. 2b ein Ersatzschaltbild
für eine Gleichtaktstörung gemäß der Anordnung nach Fig. 2a; in Fig. 3 ein Diagramm
zur Erläuterung der Auswahl der als Dämpfungsglieder verwendeten Ringkerne.
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In Fig. la ist ein Ausschnitt einer Datenübertragungsstrecke dargestellt,
wobei Hin- und Rückleiter zwischen zwei Geräten G1 und G2 eines Datenverarbeitungssystems
mittels eines Ringkerns K miteinander verdrosselt sind. Entsprechend der Darstellung
führen der obere und der untere Leiter jeweils gegensinnig gerichtete Nutzsignalströme
gleichen Betrag iN denen aufgrund der zwischen den Geräten G1 und G2 wirksamen Erdschleife
zwei gleichgroße, gleichsinnige Störkomponenten ie/2 überlagert sind, die den Gleichtaktstörstrom
e bilden.
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Fig. lb zeigt das Ersatzschaltbild für den Gleichtaktstörstrom ie,
wobei die Erdschleife über eine Kapazität C geschlossen ist, die mit der durch den
Ringkern verkörperten Induktivität L eine Serienresonanz bildet.
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Sieht man von den geringen Leitungs- und Kondensatorverlusten der
Erdschleife ab, so wird im Falle der Serienresonanzfrequenz die Impedanz der Erdschleife
zu Null.
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Im allgemeinen läßt sich die Impedanz einer Ringkerndrossel durch
die Reihenschaltung eines reellen Widerstandes und eines Blindwiderstandes darstellen.
Im Falle. der Serienresonanzfrequenz ergibt sich nun für die Summe der Blindwiderstände
der Erdschleife der Wert Null, wogegen- der reelle Widerstand der Ringkerne erhalten
bleibt.
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Entsprechend der Darstellung von Fig. la ist noch ein drittes Gerät
G3 dargestellt, das gemäß der Verdrosselung nach dem Stand der Technik zusätzlich
zur eigenen Störung noch die der zwischen den Geräten G1 und G2 wirksamen Erdschleife
verarbeiten muß.
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Aus der Forderung nach- einer sehr breitbandigen Wirkung eines Filters,
sowie nach Absorption der Störenergie ergibt sich die in Fig. 2a dargestellte erfindungsgemäße
Anordnung.
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Um zu vermeiden, daß die Impedanz der Erdschleife im Bereich der Resonanzfrequenzen
Null wird, muß ein Ringkern gewählt
werden, der über einen breiten
Frequenzbereich einen möglichst hohen reellen Widerstand aufweist.
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In Fig. 2a ist eine Übertragungsstrecke dargestellt, die grundsätzlich
gleicheVerhältnisse aufweist und gleichen Bedingungen unterworfen ist wie die Übertragungsstrecke
nach Fig. la. In erfindungsgemäßer Weise sind hierbei jedoch mehrere Ringkerne nebeneinander
angeordnet, die sich in erster Linie durch ihre Naterialeigenschaften unterscheiden.
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Fig. 2b zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 2a, wobei
zusätzlich zum Ersatzschaltbild nach Fig. lb ein Serienwiderstand R5 vorgesehen
ist.
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Entsprechend dem jeweiligen Material haben die verschiedenen Ringkerne
auch jeweils unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Die im gegebenen Zusammenhand
interessierende Eigenschaft betrifft die Abhängigkeit des Serienwiderstands Rs von
der Betriebsfrequenz f, also die frequenzabhängigen Verluste.
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Anhand des Diagramms nach Fig. 3 ist zu zeigen, wie die Ringkerne
im einzelnen ausgewählt werden. Bei diesem Diagramm ist auf der Abszisse im logarithmischen
Maßstab die Betriebsfrequenz f, auf der Ordinate im linearen Maßstab der
Serienwiderstand
Rs aufgetragen. Wie bereits erwähnt, kommt es darauf an, zur Vermeidung von Serienresonanzfrequenzen
jeweils einen möglichst großen Serienwiderstand R5 zu haben.
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Entsprechend dem Diagramm nach Fig. 3 wählt man somit für die Frequenzbereiche
f < f1 f1 < f< f2 f2 > f jeweils die Ringkerne, deren Serienwiderstand
R5 im fraglichen Frequenzbereich den relativ höchsten Wert aufweist.
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Auf die in Fig. 2adargestellte Anordnung übertragen, läßt sich somit
folgende Aussage treffen: Im Frequenzbereich f < f1 dient der Ringkern K1 zur
Vermeidung der Resonanzfrequenzen. Im Frequenzbereich f1 < f < f2 dient dazu
der Ringkern K2 und im Frequenz--bereich f> f2 der Ringkern K3.
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Zu niedrigen Frequenzen hin ist die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe nicht durch einen Ringkern alleine zu lösen.
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Der Serienwiderstand R5 der Ringkerne ist, wie auch dem in Fig. 3
dargestellten Diagramm zu entnehmen ist, bei niedrigen Frequenzen so klein, daß
in diesem Frequenzbereich Serienresonanzen auftreten können.
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Um jedoch auch bei niedrigen Frequenzen eine hohe Störsicherheit gegen
Resonanzen zu erzielen, wird ein Ringkern KR als Transformator zwischen den Leitern
und einem ohm'schen Widerstand fl benutzt. Dadurch wird in niedrigen Frequenzbereichen
ein Wirkwiderstand eingekoppelt, der ebenfalls der Vermeidung von Serienresonanzfrequenzen
dient.
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Die Erfindung ermöglicht es, ein Gleichtaktfilter zu konziperen, dessen
Wirkungsbereich ein sehr breites Frequenz-',Jnd umfarJt und as sowohl für Signal-
als auch Netzleitungen verwendet werden kann. Dabei können gegebenenfalls Ringkerne
zusç3menge'cleDt werden und/oder in verschiedenen Kanunern eines metailischcn Gehäusen
untergebracht werden. Darüber hinaus können die Leitungen auch mehrfach durch den
Kern geführt, also um den Kern gewickelt werden, wodurch sich die Impedanz einer
Erdschleife ebenfalls beeinflussen läßt.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Ringkerne und die daraus
resultierende Absorption der Störenergie werden auch die zwischen zwei funktionell
zusammenwirkenden Geräten einer Anlage über eine Erdschleife eingeprägten Störungen
nicht in anderen verbundenen Geräten wirksam.