DE9405511U1

DE9405511U1 - Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen

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Publication number: DE9405511U1
Application number: DE9405511U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2004-04-01

Description

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Lippert, Stachow, Schmidt

& Partner ³¹- ^{März 1994}

Patentanwälte
Frankenforster Straße 135-137

D-51427 Berglseh Gladbach

Dietmar Koch
51645 Gummmersbach

Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen in elektrischen Schaltungen oder Bauteilen, die zumindest während des Nichtbetriebes mittels eines Transformators galvanisch vom Wechselspannungsnetz getrennt sind.

Moderne elektronische Geräte, aber auch elektrische Antriebe, beispielsweise für die Bewegung von Lattenrosten von Sitz- oder Liegemöbeln, werden mit Schaltungsanordnungen ausgerüstet, mit denen die Geräte im Stand-by-Betrieb betrieben werden. Mit diesen Stand-by-Schaltungen wird der Antrieb bei Nichtbetrieb vom Wechselspannungsnetz getrennt. Eine Hilfsspannungsquelle erzeugt aus dem Wechselspannungsnetz eine Niederspannung, die dem Antrieb in einem Bereitschafts(stand by)-zustand hält. Soll der Antrieb betätigt werden, wird er durch die Stand-by-Schaltung mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Dadurch wird bei Nichtbetrieb der Geräte oder Antriebe einerseits der Stromverbrauch reduziert, aber anderer-0 seits auch die Belastung des menschlichen Körpers durch magnetische Felder, die durch den Antrieb, insbesondere durch den Antriebstransformator hervorgerufen werden, verringert.

Jedoch ist festzustellen, daß in der Nähe von Antrieben, die mit diesen Schaltungsanordnungen ausgerüstet sind, zwar magnetische Felder während des Nichtbetriebes vermieden werden, aber elektrische Wechselfelder entstehen. Befinden sich Menschen in der Nähe dieser Antriebe, so können die durch die

elektrischen Wechselfelder hervorgerufenen Wechselspannungen gegebenenfalls die Größen der Netzspannung erreichen. Derartige Wechselfelder entstehen durch die beim Betrieb der Geräte in den Stand-By-Schaltungen notwendigerweise anliegenden Wechselspannungen, insbesondere der Netzspannung. Diese Wechselspannungen werden über die kapazitive Kopplung zwischen den einzelnen Bauelementen, insbesondere über die Transformatoren und die Kabel, und dem menschlichen Körper auf diesen übertragen. Infolge der ebenfalls vorhandenen Kapazität des menschlichen Körpers gegenüber Masse entsteht ein kapazitiver Stromkreis, wobei die Größe des in diesem Stromkreis fließenden Stromes von der Größe der Kapazitäten abhängig ist.

Da die genannten Kapazitäten sehr gering sind, ist nur mit einem äußerst geringen Stromfluß zu rechnen, der im Normalfall keinerlei Gefährdung des menschlichen Körpers mit sich bringt. Jedoch kann ein negativer Einfluß auf den menschlichen Körper, der zu einer gesundheitlichen Belastung oder zu einer Beeinträchtigung des Wohlbefindens führt, nicht ausgeschlossen werden.

Die Größe des Stromflusses ist auch von der Entfernung des menschlichen Körpers von der Spannungsquelle abhängig, so daß insbesondere dann mit einer Beeinträchtigung des menschlichen Körpers gerechnet werden kann, wenn dieser sich unmittelbar in der Nähe eines elektrischen Antriebes oder einer Steuerschaltung aufhält, wie dies beispielsweise bei elektromotorisch betriebenen Lattenrosten für Sitz- oder Liegemöbel der Fall ist.

Im Gegensatz zur Verringerung der Belastung durch magnetische Felder läßt sich diese Beeinträchtigung durch die eingangs beschriebenen Stand-by-Schaltungen nicht vermeiden, da auch bei abgeschalteten Geräten eine parasitäre Kapazität zwischen den abgeschalteten und den nichtabgeschalteten Teilen der Geräte, insbesondere zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators, nicht zu vermeiden ist. Diese parasitäre Kapazität kann als Koppelkapazität bezeichnet werden, da

sie trotz galvanischer Trennung eine elektrische Kopplung zwischen den abgeschalteten und den nichtabgeschalteten Teilen bewirkt, so daß Anteile der Netzwechselspannung übertragen werden.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 92 12 501.4 ist eine Verstelleinrichtung für Sitz- oder Liegemöbel bekannt geworden, bei der die von einer Steckdose zu einer Steuerschaltung, die innerhalb einer Antriebseinheit angeordnet ist, und den einzelnen Aggregaten führenden Leitungen und Bauteile getrennt werden können, wenn die Verstelleinrichtung nicht betätigt wird. Zu diesem Zweck befindet sich in einem Steckernetzteil ein ständig mit der Netzspannung verbundener Transformator mit einer nachgeschalteten Gleichrichterschaltung. Der Transformator mit der Gleichrichterschaltung beaufschlagt die nachfolgende Steuerschaltung mit einer Hilfsgleichspannung.

In dem Steckernetzteil befindet sich weiterhin ein Relais, um die Steuerschaltung mit Netzspannung zu versorgen, sofern ein ebenfalls mit dem Steckernetzteil verbundener Handschalter zur Auslösung von Steuerfunktionen betätigt wird. Über den Handschalter wird nämlich das Relais mit der Hilfsspannung beaufschlagt und zieht an. Damit kann die gewünschte Verstellung durch Betätigung des Handschalters erreicht werden.

Nach dem Loslassen des Handschalters fällt das Relais wieder ab und trennt die Netzspannung von der Steuerschaltung. Damit wird erreicht, daß die das Sitz- oder Liegemöbel benutzende Person im wesentlichen nur für kurze Zeit, d.h. nur während des Verste11Vorganges einer höheren magnetischen Belastung durch den in der Verstelleinrichtung befindlichen eigentlichen Antriebstransformator ausgesetzt ist. Während der Zeit des Nichtbetriebes ist der Antriebstransformator abgeschaltete und die Steuerschaltung mittels des Transformators im Steckernetzteil galvanisch vom Wechselspannungsnetz getrennt.

Mit dieser Schaltungsanordnung läßt sich der eingangs beschriebene Nachteil des Entstehens elektrischer Wechselfelder

durch kapazitive Einkopplung nicht vermeiden. Das bedeutet, daß sich im wesentlichen durch die, wenn auch geringe, Koppelkapazität des Netztransformators im Steckernetzteil ständig, d.h. auch bei abgeschalteter Spannungsversorgung noch eine beträchtliche Wechselspannung in der Steuerschaltung, bzw. hinter der galvanischen Trennstelle aufbauen kann. Diese Koppelkapazität liegt in der Größenordnung von einigen pF, so daß in dem kapazitiven Stromkreis, dessen Bestandteil der menschliche Körper ist, durchaus ein nennenswerter Strom in der Größenordnung des Nervenstromes fließen kann, der eventuell zu einer Beeinträchtigung des Wohlbefindens führen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Wohlbefinden von sich auf Sitz- oder Liegemöbeln aufhaltenden Personen durch deutliche Reduzierung des durch parasitäre Kapazitäten verursachten Stromflusses dauerhaft zu verbessern.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die über Koppelkapazitäten eingekoppelten Wechselspannungen auf der von dem Wechselspannungsnetz galvanisch getrennten Schaltungsseite gegen Massepotential kurzgeschlossen sind.

Durch die Erfindung werden die eingekoppelten Wechselspannungen derart reduziert, daß sich in den Steuerschaltungen, die beispielsweise zur Steuerung eines Antriebes für Lattenroste Verwendung finden, im Falle der galvanischen Trennung vom Wechselspannungsnetz bei Nichtgebrauch keine durch Koppelkapazitäten verursachte Wechselspannungen aufbauen können. Damit wird der in dem eingangs beschriebenen Stromkreis durch den menschlichen Körper fließende Strom dann auf nahezu Null reduziert, wenn der Antrieb nicht betätigt wird. Das bedeutet, daß das Wohlbefinden von Personen, die sich auf den Sitz- oder Liegemöbeln befinden, nicht mehr durch parasitäre Kapazitäten beeinflußt wird. Ausgenommen hiervon sind lediglich die kurzen Zeiten, während derer der Antrieb betätigt wird.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

nicht nur bei Antrieben für Lattenroste von Sitz- oder Liegemöbeln eingesetzt werden kann, sondern sie kann auch bei beliebigen anderen Stand-by-Schaltungen der eingangs genannten Art, verwendet werden. Beispielsweise kann die Schaltungsan-5 Ordnung auch bei Stand-by-Schaltungen, die innerhalb von Geräten angeordnet sind, verwendet werden.

Der Kurzschluß gegen Massepotential erfolgt zweckmäßig durch einen kapazitiven Teiler.

In Fortführung der Erfindung besteht der kapazitive Teiler aus Kondensatoren, die nach der Trennstelle jeweils zwischen den weiterführenden Leitungen und dem Massepotential aufweisenden Schutzleiter geschaltet sind.

Um eine wirksame Verringerung der eingekoppelten Wechselspannung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Kapazität der Kondensatoren ein Mehrfaches, mindestens jedoch das Zehnfache der Koppelkapazität beträgt, wodurch sich ein Kurzschluß daraus ergibt, daß der Wechselwiderstand gegen Massepotential nahezu Null ist.

Da die Kondensatoren bei eingeschalteter Netzspannung einen unnötigen Stromfluß zum Massepotential verursachen, ist es zweckmäßig, die Kondensatoren abschaltbar anzuordnen. Das ist durch die Nutzung weiterer Relaiskontakte des ohnehin vorhandenen Relais problemlos möglich.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Leitungen, die vom Netztransformator zur Erzeugung einer Hilfsspannung zur angeschlossenen Steuerschaltung führen und Masse ein weiterer Kondensator geschaltet ist. Damit kann auch die durch die Wicklungskapazität des Netztransformators eingekoppelte Wechselspannung gegen Masse kurzgeschlossen werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer schematisch dargestellten Stand-by-Schaltungsanordnung.

Wie aus der zugehörigen Zeichnung ersichtlich ist, ist innerhalb eines Steckernetzteiles 1, wie es beispielsweise zur Verbindung eines angeschlossenen Antriebes für ein Lattenrost für Sitz- oder Liegemöbel mit der Netzspannung Verwendung findet, ein Netzschalter 2 angeordnet. Von diesem Netzschalter 2 sind lediglich die Kontakte eines zugehörigen Relais dargestellt, die im geöffneten Zustand eine Koppelkapazität von einigen pF aufweisen. Eine Seite des Netzschalters 2 ist über eine Steckdose mit der Netzspannung verbunden, d.h. mit der Phase 3 und dem Nulleiter 4. Die andere geschaltete Seite des Netzschalters 2 ist über Kabel 5, 6 mit einer nicht dargestellten Steuerschaltung des Antriebes verbunden. Weiterhin ist innerhalb des Steckernetzteiles 1 ein Netztransformator 7 als Hilfsspannungsquelle zum bedarfsweisen Schalten des Relais angeordnet, der mit der nichtgeschalteten Seite des Netzschalters 2, d.h. der Netzspannungsseite, verbunden ist.

Um die durch die Koppelkapazität der Kontakte und des Netztransformators 7 hinter die Trennstelle eingestreute netzfrequente Wechselspannung zu verringern sind zusätzliche Kondensatoren 8, 9 vorgesehen, die zwischen dem Schutzleiter 11 und den zur Steuerschaltung des Antriebes führenden Kabeln 5, 6 geschaltet sind. Weiterhin ist ein Ende der Sekundärwicklung 12 des Netztransformators 7 über einen weiteren Kondensator 10 mit dem Schutzleiter 11 verbunden.

Die Größe der Kondensatoren 8, 9, 10 sollte mindestens bei dem Zehnfachen der Koppelkapazität liegen. Soll die eingekoppelte Wechselspannung beispielsweise auf 10% ihres ursprünglichen Wertes verringert werden, so sollten die Kondensatoren 8, 9, 10 eine Kapazität von mindestens 22pF aufweisen. Damit wird die eingekoppelte Wechselspannung gegen Masse kurzgeschlossen, so daß ein Stromfluß zur Masse zustande kommt. Der zusätzliche Kondensator 10 wird bei solchen Netzschaltern 2 nicht benötigt, bei denen der zur Erzeugung einer Hilfsspannung dienende

Netztransformator 7 beim Freischalten mit von der Netzspannung getrennt wird, d.h. bei dem die Erzeugung der Hilfsspannung vom Wechselspannungsnetz unabhängig, z.B. durch Batterie, erfolgt.
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Da durch die Kondensatoren 8, 9, 10 ständig, d.h. auch beim Zuschalten der Netzspannung ein geringer Strom zum Massepotential fließt, ist es zweckmäßig, die Kondensatoren 8, 9, 10 über Relaiskontakte mit dem Schutzleiter 11 zu verbinden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Kondensatoren beim Zuschalten der Netzspannung vom Schutzleiter 11 zu trennen. Hierfür können weitere Kontakte des ohnehin vorhandenen Relais zu verwendet werden.

Durch diese Schaltungsanordnung werden die eingekoppelten netzfrequenten Wechselspannungen derart reduziert, daß sich in den Steuerschaltungen, bzw. in den hinter der Trennstelle befindlichen Schaltungsteilen, im Falle der galvanischen Trennung keine durch Koppelkapazitäten verursachte Wechselspannungen aufbauen können. Damit wird der durch dem menschlichen Körper fließende Strom dann auf nahezu Null reduziert, wenn der Antrieb nicht betätigt wird.

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Uppeit Stachow, Schmidt

& Partner 3i. März 1994

Patentanwälte Frankenforster Skate 135-137

D-51427 Bergisch Gladbach

Dietmar Koch 51645 Gummmersbach

Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen

Bezugszeichenliste

1	Steckernetztei1
2	Netzschalter
3	Phase
4	Nulleiter
5	Kabel
6	Kabel
7	Netztransformator
8	Kondensator
9	Kondensator
10	Kondensator
11	Schutzleiter
12	Sekundärwicklung

Claims

_L ru. L. ou·.,. S-Ad/Ad

üppert, Stachow, Schmidt

& Partner ³¹· ^{März 1994}

Patentanwälte
Frankenforster Straße 135-137

D-51427 Berglsch Gladbach

Dietmar Koch 51645 Gummmersbach

Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Verringerung von kapazitiv eingekoppelten Wechselspannungen in elektrischen Schaltungen oder Bauteilen, die zumindest während des Nichtbetriebes mittels eines Transformators galvanisch vom Wechselspannungsnetz getrennt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die über Koppelkapazitäten eingekoppelten Wechselspannungen auf der von dem Wechselspannungsnetz galvanisch getrennten Schaltungsseite gegen Massepotential kurzgeschlossen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß der Kurzschluß gegen Massepotential durch einen kapazitiven Teiler erfolgt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der kapazitive Teiler aus Kondensatoren besteht, die nach der galvanischen Trennstelle jeweils zwischen den weiterführenden Leitungen und dem Massepotential aufweisenden Schutzleiter geschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Kondensatoren ein Mehrfaches der Koppelkapazität beträgt.
5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Kapazität der Kondensatoren mindestens das zehnfache der Koppelkapazität beträgt.
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6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren abschaltbar sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Leitungen, die vom Netztransformator zur angeschlossenen Steuerschaltung führen, und Masse ein weiterer Kondensator geschaltet ist.

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