DE2947665A1 - Vorrichtung zur fernsteuerung elektrischer geraete - Google Patents

Vorrichtung zur fernsteuerung elektrischer geraete

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Michel Poumey
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Description

-U- SGF 102 Ro/Bt
Anmelder in:
Societe Generale de Fonderie,
8, Place d'Iena, F-75 Paris 16 (Frankreich)
"Vorrichtung zur Fernsteuerung elektrischer Geräte"
Die vorliegende Erfindung betrifft Anlagen, in denen über Draht ein oder mehrere Elektrogeräte ferngesteuert werden sollen, die mit der Energie eines Versorgungsnetzes mit industrieller Frequenz (beispielsweise 50 Hz) arbeiten. Im Hinblick auf die Menge der in solchen Systemen benötigten elektrischen Leitungen ist es sehr vorteilhaft, eine Steuerung über eine einzige solche Leitung, die als Steuerleitung bezeichnet wird, zu bewirken, wobei ein zentrales Steuergerät benutzt wird, welches die Steuerbefehle für die verschiedenen zu steuernden Geräte erzeugt.
Es sind bereits Anlagen vorgeschlagen worden, bei denen die einzige Steuerleitung ein Leiter für die Phase des Versorgungsnetzes ist, jedoch muß dabei die Anschlußpolung der verschiedenen Leiter genau beachtet werden, die zur Steuerung oder zur Leistungsversorgung zu den Geräten führen.
Um eine Steuerung über eine einzige Leitung zu verwirklichen, wird nun bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, diesen
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Steuerbefehl durch eine Gleichspannung darzustellen, die über die Steuerleitung übertragen wird. Der Pegel oder die Polarität, oder auch allein das Vorhandensein dieser Spannung bilden eine Information oder einen Steuerbefehl für die Geräte, die diese Spannung empfangen.
Dennoch muß diese Spannung, die am zentralen Steuergerät erzeugt wird, bei ihrer Übertragung gegenüber einem Referenzleiter definiert sein, der nicht zusammen mit der Steuerleitung mit den Geräten verbunden wird (weil die Übertragung über eine einzige Leitung erfolgt); und deshalb ist zum Vergleich der Gleichspannung eine Verbindung mit einem Leiter des Versorgungsnetzes vorgesehen. (Dieser Leiter ist notwendigerweise aus den Elektrogeräten herausgeführt, die an dieses Netz angeschlossen sind.) Jedoch ist es notwendig, daß der Installateur beim Anschließen sehr sorgfältig ist, um zu erreichen, daß die am Gerät empfangene Gleichspannung jeweils mit dem gleichen Leiter des Netzes verglichen wird, wie am zentralen Steuergerät. Wenn es sich dabei beispielsweise um einen neutralen Leiter handelt, dem gegenüber die Spannung erzeugt wird, so bedeutet dies, daß sie auch beim Empfang (am Gerät) gegenüber diesem neutralen Leiter gemessen werden muß und nicht gegenüber dem die Phase führenden Leiter. Man erkennt somit, daß sich andernfalls die Wechselspannung des Netzes mit industrieller Frequenz der Steuergleichspannung
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überlagern würde, so daß damit die Gefahr eines Nichtfunktionierens oder einer Zerstörung der Steuerung der Elektrogeräte bestünde.
Die vorliegende Erfindung soll Fehler beim Anschluß unmöglich machen, die auftreten könnten, weil es nicht immer leicht ist, an jeder Anschlußstelle zwischen den Leitern des Netzes zu unterscheiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Fernsteuerung elektrischer Geräte über eine einzige Steuerleitung vorgeschlagen; diese Vorrichtung besitzt:
1. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichspannungspegels auf der Steuerleitung in bezug auf einen Punkt mit Referenzpotential, welches so bestimmt ist, daß es gegenüber dem elektrischen Versorgungsnetz mit industrieller Frequenz nicht schwankt;
2. ein Tiefpaßfilter, welches jedem zu steuernden Gerät vorgeschaltet ist; dieses Filter besitzt einen Eingangsanschluß, der mit der Steuerleitung verbunden ist, einen Ausgangsanschluß, der mit einem Steuereingang des Gerätes verbunden ist, und einen gemeinsamen Anschluß, der mit einem Schaltungspunkt des Elektrogerätes auf einem Potential verbunden ist, welches so bestimmt ist, daß es gegenüber Versorgungseingangsanschlüssen des Gerätes, die zu
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dessen Verbindung mit dem Netz bestimmt sind, nicht schwankt, wobei das Tiefpaßfilter so ausgelegt ist, daß es jede zwischen seinem Eingangsanschluß und seinem gemeinsamen Anschluß auftretende Wechselspannung mit industrieller Frequenz unterdrückt.
Vorzugsweise ist der Referenzpunkt, der zur Bestimmung der Gleichspannung dient, ein Leiter des Netzes, beispielweise der neutrale Leiter; außerdem ist vorzugsweise vorgesehen, daß der gemeinsame Anschluß des Filters mit einem der Versorgungseingangsanschlüsse des Gerätes verbunden ist (der Anschluß, dem gegenüber der Pegel der Gleichspannung, die am Steuereingang des Gerätes zu dessen Steuerung erscheint, bestimmt wird).
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, die anhand der Figuren erfolgt. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
Fig. 2 ein Beispiel eines bei der Erfindung anwendbaren Tiefpaßfilters.
Die Anordnung nach Fig. 1 umfaßt zumindest ein Elektrogerät 10, welches ferngesteuert werden soll. Dieses Gerät ist ge-
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eignet für ein Elektrizitätsnetz mit industrieller Spannung und Frequenz. Ein Anschlußstecker 12 ermöglicht die Verbindung des Gerätes mit dem Netz. Dazu dient eine zweiadrige Leitung 14, die den Stecker 12 mit zwei Versorgungseingangsanschlüssen A und B des Gerätes verbindet.
In der Anlage können noch weitere dem Elektrogerät 10 entsprechende, nicht dargestellte Geräte vorgesehen sein.
Alle diese Geräte, bei denen es sich beispielsweise um Heizgeräte handelt, können durch ein elektrisches Signal gesteuert werden, welches über eine Leitung 16 übertragen wird, die als Steuerleitung bezeichnet wird und eine Information oder einen Steuerbefehl in Form eines Pegels einer elektrischen Spannung führt: Das übertragene Potential bildet die Information, und dabei kann es sich um eine Ja-Nein-Information handeln (beispielsweise um einen Heizungseinschalt- oder Heizungsabschaltbefehl, je nachdem, ob das Potential auf einem ersten oder einem zweiten Pegel liegt); jedoch kann es sich auch um eine fortlaufend veränderbare Information handeln, welche durch fortlaufende Potentialänderungen repräsentiert wird.
Beim Beispiel der dargestellten Anlage handelt es sich um Einschalt- oder Ausschaltbefehle für die Geräte, und diese Befehle werden durch Schließen oder öffnen eines elektrischen
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Kontaktes 18 erzeugt, der in einem elektrischen Leiter eingesetzt ist, welcher mit dem Wechselstromnetz verbunden und einer Gleichspannungsversorgung 20 vorgeschaltet ist, welche bei Beaufschlagung ihrer Eingänge El und E2 mit der Netzwechselspannung an ihrem Ausgang 31 eine Gleichspannung erzeugt, die gegenüber einer Referenzleitung, welche mit einer Masse M verbunden sein kann, einen konstanten Pegel besitzt. Die Öffnung des Kontaktes 18 unterbricht die Wechselspannungsversorgung an den Anschlüssen El und E2 und läßt das Potential am Ausgang Sl auf Null fallen. Die Referenzleitung, der gegenüber die Gleichspannung bei Sl definiert wird, ist vorzugsweise direkt mit einem Eingangsanschluß der Gleichspannungsversorgung 20 verbunden, beispielsweise mit dem Anschluß E2, und damit ist das Gleichspannungspotential am Punkt Sl gegenüber einem der Leiter des Elektrizitätsnetzes bestimmt.
Vorzugsweise ist der Anschluß E2 mit der Masse M verbunden und an einen neutralen Leiter des Netzes angeschlossen, dagegen ist der Anschluß El über den Kontakt 18 mit einem eine Phase führenden Leiter verbunden.
Die Gleichspannungsversorgung 20 und der Kontakt 18 bilden einen zentralen Steuerapparat. Die mit 10 bezeichneten Elektrogeräte werden ferngesteuert, und die an diese übertragenen Steuerbefehle werden über die Steuerleitung 16 übertragen, die mit dem Ausgangsanschluß Sl der Gleichspannungsversorgung
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verbunden ist. Der bei Sl vorliegende Potentialpegel wird dann über die Leitung 16 an die entfernt aufgestellten Geräte übertragen. Wenn die Übertragung der Steuerbefehle über die einzige Leitung 16 erfolgt, so hat die an den entfernt aufgestellten Geräten empfangene Information nur dann einen Sinn, wenn man das empfangene Gleichspannungspotential mißt und als Referenzpotential Null einen Leiter benutzt, der auf dem gleichen Potential liegt wie der Referenzleiter, der mit der Masse M verbunden ist, die zur Erzeugung der Gleichspannung bei Sl in der Spannungsversorgung gedient hat.
An den entfernt angeordneten Elektrogeräten 10 können also die Potentiale nur in Abhängigkeit vom Anschluß des Elektrogerätes über den Stecker 12 am Netz definiert werden. Es ist klar erkennbar, daß die Potentiale im Innern des Elektrogerätes 10 von der AnSchlußpolung des Steckers 12 in bezug auf den neutralen Leiter und den die Phase führenden Leiter des Netzes abhängen können, während es eine Forderung ist, den Pegel des Gleichspannungspotentials, welches von der Steuerleitung 16 kommt, zweifelsfrei zu bestimmen.
Aufgrund dieser Notwendigkeit läßt sich die Anordnung nur so treffen, daß die Potentiale im Innern des Gerätes 10 gegenüber den Potentialen der Netzleiter schwanken dürfen.
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Um Irrtümer beim Anschließen durch den Installateur zu vermeiden und um nicht fordern zu müssen, daß der Installateur jeweils den die Phase führenden Leiter und den neutralen Leiter des Netzes bei jedem Gerät 10 feststellen und außerdem die Anschlußpolung des Steckers 12 jeweils beachten muß, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, vor den Steuereingang E3 eines jeden Elektrogerätes 10 zwischen diesen Eingang E^ und die Steuerleitung 16 ein Tiefpaßfilter 22 zu schalten. Dieses Tiefpaßfilter besitzt einen Eingangsanschluß E4, einen Ausgangsanschluß S^ und einen gemeinsamen Anschluß C4. Das Filter ist so ausgelegt, daß es an seinem Ausgang zwischen den Anschlüssen S4 und C1+ jede Wechselspannung mit industrieller Frequenz, wie sie an seinem Eingang zwischen den Anschlüssen E 4 und C2J vorliegt, unterdrückt.
Anstatt die Steuerleitung 16 direkt mit dem Steuereingangsanschluß E3 des Elektrogerätes 10 zu verbinden und dabei auf die Anschlußpolung des Steckers 12 achten zu müssen, schaltet man somit das Filter 22 zwischen die Steuerleitung und das Gerät 10. Das Ende der Steuerleitung ist mit dem Anschluß Ek verbunden; der Ausgang des Filters Sk ist mit dem Steuereingang EJ) des Gerätes verbunden; und der gemeinsame Anschluß Ck des Filters ist mit einem Schaltungspunkt des Elektrogerätes 10 verbunden, welcher ein Referenzpotential bildet, dem gegenüber die am Steuereingang EJ auftretende Gleichspannung ge-
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messen werden muß, um den Pegel des über die Steuerleitung übertragenen Potentials zu definieren und damit festzustellen, welcher Befehl über diese Leitung übertragen worden ist.
Im Beispiel der Fig. 1 ist der gemeinsame Anschluß Ck mit einem der Versorgungseingangsanschlüsse A und B des Elektrogerätes 10 verbunden, hier mit dem Anschluß B, der hier als der Anschluß angenommen ist, gegenüber dem die Gleichspannung am Punkt E3 definiert werden muß. Man könnte sich vorstellen, daß die Gleichspannung am Eingang EJ> im Innern des Gerätes 10 beispielsweise gegenüber einem mittleren Punkt der Potentialdifferenz zwischen A und B (aber ohne Schwankung gegenüber den Eingängen A und B) definiert wäre. In diesem Falle würde man den gemeinsamen Anschluß C4 des Filters mit diesem mittleren Punkt verbinden. Dies ist auch richtig, wenn die Gleichspannung bei Sl bezüglich eines Leiters des Netzes und nicht bezüglich eines mittleren Punktes erzeugt wird. Allgemeiner ausgedrückt, ist es notwendig, daß die Spannung bei Sl in bezug auf einen Punkt mit einem Potential erzeugt wird, welches gegenüber den Leitern des Netzes nicht schwankt; und ebenso ist es notwendig, daß die Registrierung oder Messung der Gleichspannung am Steuereingang E3 des Gerätes in bezug auf einen Punkt mit Referenzpotential erfolgt, welches gegenüber dem Netz nicht schwankt; an einen solchen Punkt kann der gemeinsame Anschluß des Filters angeschlossen werden.
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Das Ti : -lter zeigt an seinem Ausgang einen Restschwingungsanteil, der für eine Wechselspannung von 50 Hz vorzugsweise kleiner ist als 0,01 % oder, besonders bevorzugt, kleiner als 0,001 56 ist. Wenn somit der Anschluß des Steckers 12 eine Wechselspannung von 220 Volt führt, welche sich der Gleichspannung der Steuerleitung zwischen den Anschlüssen Ek und Ck des Filters 22 überlagert, so ergibt sich praktisch nur noch eine Restschwingung von etwa 1 Millivolt am Ausgang des Filters zwischen den Anschlüssen S2J und Ck, während die Gleichspannung der Steuerleitung unverändert vom Anschluß E 4 zum Anschluß S4 übertragen wird.
Das Tiefpaßfilter besitzt eine Eingangs impedanz, die vorzugsweise mindestens 1 Megohm beträgt, so daß der Steuerbefehl in Form der Gleichspannung für eine gewisse Anzahl von Geräten nicht das elektrische Wechselstromversorgungsnetz durch eine Gleichstromkomponente in übermäßiger Weise belastet.
Ein Beispiel eines sehr einfach aufgebauten Tiefpaßfilters ist in der Fig. 1 einfach mit zwei RC-Gliedern dargestellt; dieses Tiefpaßfilter besitzt einen ersten Eingangswiderstand von 1 Megohm in Reihe mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad zwischen den Anschlüssen E4 und C4 und eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand von 1 Megohm und einem Kondensator von 1 Mikrofarad, welcher parallel zum ersten Kondensa-
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tor geschaltet ist; dabei liegen die Ausgangsanschlüsse S4, C^ an den Anschlüssen des zweiten Kondensators.
Ein weiteres Beispiel für ein Tiefpaßfilter ist in der Fig. 2 dargestellt. Es handelt sich um ein aktives Filter, das als Operationsverstärker ausgebildet ist, welcher aufgrund seiner großen Verstärkungsfaktoren einen besseren Unterdrückungsgrad für die Wechselstromkomponente von 50 Hz erreicht, die gegebenenfalls am Eingang des Filters vorliegt.
Abgesehen von dem Vorteil, daß Fehlschaltungen durch den Installateur vermieden werden, hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß die parasitären induzierten Spannungen unterdrückt werden, die insbesondere dann, wenn der Kontakt l8 geöffnet ist, in unerwünschter Weise in der Steuerleitung in solchen Teilstücken erzeugt werden können, die sich in der Nähe anderer Leiter befinden. Wenn das Filter nämlich Spannungen mit einer Frequenz von 50 Hz unterdrücken kann, so unterdrückt es erst recht die Spannungen mit höherer Frequenz bei den Übergangsspannungen.
Andererseits funktioniert das System in gleicher Weise für ein dreiphasiges Stromnetz, so daß es gleichfalls für den Benutzer nicht notwendig ist, zuvor festzustellen, ob der Stecker 12 mit der gleichen Phase verbunden ist, die zur Erzeugung der Gleichspannung auf der Steuerleitung dient.
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Dies beruht darauf, daß die Gleichspannung auf der Steuerleitung 16 sich aufgrund der sehr geringen Impedanz der Transformatoren des Elektrizitätsversorgungsnetzes gegenüber Gleichstrom auf den anderen Phasen wiederfindet. Die Gleichspannung wird damit in allen Fällen übertragen, und die Wechselspannung wird in allen Fällen durch das Filter unterdrückt.
Die Erfindung ist beispielsweise auch anwendbar, wenn der Kontakt l8 von einer Schaltuhr oder einem Programmschalter geöffnet oder geschlossen wird, um beispielsweise den Betrieb der Elektrogeräte 10 nur während bestimmter Stunden zu bewirken.
In gleicher Weise ist die Erfindung anwendbar, wenn an die Elektrogeräte nicht nur ein Einschalt- oder ein Ausschaltbefehl, entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Gleichspannung auf der Steuerleitung, übertragen werden soll. Die Erfindung kann vielmehr auch dann verwendet werden, wenn man eine Information übertragen möchte, die durch ein veränderliches Niveau einer Gleichspannung auf der Steuerleitung gebildet wird, wobei das Elektrogerät auf dieses veränderliche Niveau reagiert und den Spannungspegel jederzeit mißt.
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Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, in Elektrogeräte an einen Steuereingang ein Tiefpaßfilter einzusetzen, dergestalt, daß ein komplexes Gerät 10' realisiert wird, welches zwei Versorgungsanschlüsse A und B, die über ein zweiadriges Kabel 14 und einen Stecker 12 mit dem Elektrizitätsversorgungsnetz verbunden werden können, und einen Steuereingang E4 besitzt, der zum Empfang einer Gleichspannung dient, wobei das Gerät noch ein internes Steuerorgan und ein Filter besitzt, welches an einem Eingang mit dem Steuereingangsanschluß E4, an seinem Ausgang mit dem Steuerorgan und über einen gemeinsamen Anschluß mit einem Schaltungspunkt des Gerätes verbunden ist, welcher auf einem definierten Potential liegt, welches nicht gegenüber den Versorgungseingangsanschlüssen A und B schwankt; das Tiefpaßfilter ist dabei so ausgelegt, daß es im wesentlichen jede zwischen seinem Eingang und seinem gemeinsamen Anschluß auftretende Wechselspannung mit industrieller Frequenz unterdrückt.
Dabei ist erkennbar, wie aus der Beschreibung der Fig. 1 hervorgeht, daß es am einfachsten ist, den gemeinsamen Anschluß des Filters im Innern des Gerätes 10' mit einem der Versorgungseingangsanschlüsse A und B zu verbinden.
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also
Die Erfindung betrifft'eine Vorrichtung zur Fernsteuerung
von Elektrogeräten.
Diese Vorrichtung besitzt ein Mittel, um auf einer Steuerleitung ein Gleichspannungspotential gegenüber einem Punkt mit Referenzpotential zu erzeugen, welohes gegenüber dem Elektrizitätsversorgungsnetz mit industrieller Frequenz als unveränderlich bestimmt ist; weiter besitzt die Vorrichtung ein Tiefpaßfilter, welches jedem zu steuernden Gerät vorgeschaltet ist; dabei besitzt das Filter einen Eingangsanschluß, der mit der Steuerleitung verbunden ist, einen Ausgangsanschluß, der mit einem Steuereingang des Elektrogerätes verbunden ist, und einen gemeinsamen Anschluß, der mit einem Schaltungspunkt des Elektrogerätes mit einem Potential verbunden ist, welches so bestimmt ist, daß es gegenüber den beiden Versorgungseingangsanschlüssen des Gerätes nicht schwankt; das Tiefpaßfilter ist so ausgelegt, daß es im wesentlichen jede zwischen seinem Eingangsanschluß und seinem gemeinsamen Anschluß auftretende Wechselspannung mit industrieller Frequenz unterdrückt.
Vorzugsweise wird die Erfindung bei Heizgeräten angewendet.
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-η-
e e r s e
ite

Claims (1)

  1. PATENTANWÄLTE
    CRÄMKOW, MANITZ & FINSTERWALD
    SEELBERGSTRASSE 33/25
    7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT)
    SGF 102 Ro/Bt 26. November 1979
    Anmelderin:
    Societe Generale de Fonderie,
    8, Place d'Iena, F-75 Paris 16 (Frankreich)
    Ansprüche
    1. Vorrichtung zur Fernsteuerung elektrischer Geräte über eine einzige Steuerleitung, gekennze ichnet durch
    - eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichspannungspegels auf der Steuerleitung in bezug auf einen Referenzpunkt mit definiertem Potential, welches gegenüber dem Elektrizitätsversorgungsnetz mit industrieller Frequenz nicht schwankt;
    - ein Tiefpaßfilter, welches jedem zu steuernden Gerät vorgeschaltet ist, wobei das Filter einen Eingangsanschluß, der mit der Steuerleitung verbunden ist, einen Ausgangsanschluß, der mit einem Steuereingang des Elektro-
    030024/0735
    DlFL. -INC. W. C R A M K O W DR. C. MANITZDIP L.-IN C. M. Fl NSTERWALD
    SEELBERCSTR.23/35. 7OOO STUTTC AR TSO ROBERT-KOC H -STR AS SEI. 8OOO MÖNCHEN 22
    TELEFON (0 711)567261 TElEFON (O 69J 23 42 II. TE LE X 05-29672 PATMF
    ORIGINAL INSPECTED
    gerätes verbunden ist, und einen gemeinsamen Anschluß besitzt, der an einen Schaltungspunkt des Elektrogerätes mit einem Potential gekoppelt ist, welches so bestimmt ist, daß es gegenüber zwei Versorgungseingangsanschlüssen des Gerätes nicht schwankt; - wobei das Tiefpaßfilter so ausgelegt ist, daß es vor allem jede zwischen seinem Eingangsanschluß und seinem gemeinsamen Anschluß auftretende Wechselspannung mit industrieller Frequenz unterdrückt.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt für das Potential ein Leiter des Netzes ist, beispielsweise der neutrale Leiter, und daß der gemeinsame Anschluß des Filters mit einem Versorgungseingangsanschluß des Elektrogerätes verbunden ist, der zur Verbindung mit einem Netzleiter bestimmt ist und dem gegenüber der Pegel des Potentials bestimmt wird, welches am Steuereingang des Gerätes bei dessen Steuerung auftritt.
    . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter an seinem Ausgang einen Restwelligkeitsgrad aufweist, der kleiner als 0,01 % und vorzugsweise kleiner als 0,001 % ist.
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    k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Eingangs impedanz aufweist, die mindestens 1 Megohm beträgt.
    5. Elektrogerät, gekennzeichnet durch einen Steuereingang, ein Steuerorgan, welches zum Empfang einer Steuergleichspannung bestimmt ist, und Versorgungseingangsanschlüsse, die zur Verbindung mit einem Elektrizitätsversorgungsnetz dienen, wobei das Steuerorgan mit dem Ausgang eines Tiefpaßfilters verbunden ist, welches über einen Eingang mit dem Steuereingang des Gerätes und über einen gemeinsamen Anschluß mit einem Schaltungspunkt des Gerätes verbunden ist, der auf einem Potential liegt, welches so bestimmt ist, daß es gegenüber den Versorgungseingangsanschlüssen des Gerätes nicht schwankt, wobei das Tiefpaßfilter so ausgelegt ist, daß es vor allem jede zwischen seinem Eingang und seinem gemeinsamen Anschluß auftretende Wechselspannung mit industrieller Frequenz unterdrückt.
    6. Gerät nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Anschluß des Filters mit einem Versorgungseingangsanschluß des Gerätes verbunden ist.
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