FILTER COMPONENT FOR COMMUNICATION AND CONTROL CABLES TO BE INTRODUCED INTO SHIELDED ENCLOSURES

Abstract: 1. A filter assembly for EMP-protected communications and control lines, screened where appropriate, which are intended for insertion into shielded booths and rooms, characterised by a double-sided contacted first circuit board (1) which serves as carrier for the electrical filter components (10, 11), and which is provided, at the input end of the filter, considered in the filter-conducting direction, with an input terminal strip (3) which extends in parallel to the circuit board, and is attached to a flange (4) through which filter feed-through elements (12), at the output end of the filter, lead to a second circuit board (5) attached to the flange and bears, on its side remote from the flange, an output terminal strip (6) which extends parallel to the first circuit board.

Description: Filterbaugruppe für Nachrichten- und Steuerleitungen, die zur Einführung in geschirmte Kabinen und Räume bestimmt sind Die Erfindung betrifft eine Filterbaugruppe für EMP-ge- schützte und ggf. entstörte Nachrichten- und Steuerleitungen, die zur Einführung in geschirmte Kabinen und Räume bestimmt sind. Der zunehmenGe EinsaTz nochempfindlicher Nachrichten- und Messgeräte für hohe und höchste Vrecuenzen bedingt n steigenden zsse die Absc:iirmung von Räumen gegen elektro- magnetische Felder. Ihre besondere Bedeutung erhält diese Schirmung noch zusätzlich lurch den immer mehr zunehmenden Einsatz von industriellen HF-Generatoren, mechanischen Hochspannungsgleichrichtern, elektromedizinischen Geräten und ähnlichen Einrichtungen mit teilweise erheblicher Stör- strahl energie. Je nach den vorliegenden Verhältnissen handelt es sich erste weder darum, Räume, in denen empfindliche Messungen durch geführt oder in die Nachrichten- und Steuersignale störungsfrei eingeleitet werden, gegen von aussen kommende Störfelder wirksam abzuschirmen oder aber störende Anlagen und Apparate in einem geschirmten Raum so unterzubringen, dass ihre Umgebung nicht gestört wird. Zur Lösung dieser Probleme wurden daher bereits geschirmte Kabinen und Raumabschirmungen mit Schirmungselementen für hohe Anforderungen geschaffen. Insbesondere gelangen her Metallfolien bzw. Bleche zum Einsatz, die als Wand, Boden und Deckenelemente hochfrequenzdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweisst sind. Bei Verwendung dieser Folien bzw. Bleche in geeigneter Materialstärke lässt sich eine beliebig hohe Schirmdämpfung der elektrischen und magne- tischen Storko-ponente erzielen, vorausgesetzt, die erforderlichen Fenster- und Turkonstruktionen für die ge schirmten Kabinen und Räume besitzen die notwendige hochfrequenzdichte Abdichtung ihrer Spalten und Fugen. Die in die geschirnten Kabinen und Räume führenden elektri schen Leitungen bussen hochfrequent verriegelt werden, um die hohen Dämpfungseigenschaften der Folien und sonstigen Schirmungselemente voll auszunutzen. Da die Dämpfung eines geschirmten Raumes durch das schwächste Clied nitbestist wird, kommt dieser Netzverriegelung eine besondere Bedeutung zu. Es wurden daher hochwertige HF-Entstörgeräte in Breitbandausführung entwickelt, die eine wirksame Entstörung bis zu 35 GHz sicherstellen. Fiir die störungsfreie Einführung von Nachrichten - und Steuerleitungen in geschirmte Kabinen und Räume stehen Filter zur Verfugung, die aus Einzeidrosseln aufgebaut bzw. mit stromkoipensierten Drosseln bestückt sind. Unter der Bezeichnung Filterreihe B 84 311 - .... im Handel erhältliche Sierens-Zwei leiterfilter erfordern pro zu beschaltende Doppelader ein vollständiges, in einem vollgeschirm- ten Gehäuse untergebrachtes Filter, das wahlweise iit einem Vorsatzger t für den EHP-Schutz, d.h. für den Überspannungsschutz ausrüstbar ist. Hierzu ist zu bemerken, dass der EflP-Schutz in all den Fällen erforderlich ist, in denen elektrische und elektronische Gerate und Anlagen durch nukleare elektromagnetische Impulse bedroht sind, die bekanntlich Feldgrössen im kV/m und Amper/m-Bereich und Impulsanstiegs- bzw. Abfallzeiten von wenigen ns bzw. einigen 100 ns besitzen. In all diesen Fällen, in denen mit impulsförmigen Über- spannungen auf Leitungen zu rechnen ist, deren Amplitude die Stossspannungsfestigkeit der eingesetzten Bauelemente übersteigt, sei es durch atmosphärische Entladungen, Schalthandlungen oder durch einen nuklearen elektromagnetischen Impuls (NEMP), kommen Entstörfilter mit integriertem Überspannungsschutz zur Anwendung. Hierfür geeignete elektrische Bauelemente sind z.B. Varistoren, Einzelableiter und Elektrodenableiter. Beim vorstehend erwännten Aufbau der bekannten, mit einem EMP-Vorsotz ausrüstbaren Filter ist es aufgrund der im Fsltergehäuse angeordneten Durchführungskondensatoren nicht möglich, bei Zusammenfassung mehrerer filter in einem geschirmten Schrank auf das in diesem ralle an sich unnötiae Schirmgehäuse je Einzelfilter zu verzichten. Zusätzlich sind bei Einsatz dieser bekannten Filter in geschsrmten Schränken auf der Schrankein- und Ausgangsseite Anschlussleisten für den Kunden notwendig, die über Kabelbäume sehr aufwendig mit den Filtern verbunden werden müssen. Da der EMP-Schutz nur gegeben ist, wenn der hierzu erforderliche ENP-Vorsatz in Kombination mit einem Entstörfilter betrieben wird, stand bisher auch für Fälle, in denen keine hohen Dämpfungsforderungen, sondern nur ein EMP-Schutz gefordert wurde, ausschliesslich die Kombination eines EMP-Vorsatzgerätes mit einem 100 dB Filter zur Verfügung. Ausgehend von den vorstehend aufgezeigten Problemen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für die Beschaltung einer grösseren Anzahl von Nachrichten- und Steuerleitungen zun Zwecke des EMP-Schutzes und ggf. der Entstörung geeignete Filterbaugruppe mit einer für den reinen MP-Schutz ausreichenden, geringeren Einfügungsdämpfung zu schaffen, die sowohl als Einzelbaugruppe mit eigenem Schirngeh use und entsprechenden Befestigungsmitteln fur die geschiraten tabinen und Räume verwendbar ist, als auch unter Verzicht auf ein eigenes Schirigehäuse iit weiteren Filterbaugruppen in einem geschirmten Schrank zu einer Filtereinheit xit grosser Zahl von Doppeladlern, d.h. mit hoher Packungadichte, zusammengefasst werden kann. Der sechanische Aufbau dieser Filter-Baugruppen soll dabei so gewahlt sein, dass sich ohne erheblichen Mehraufwand eine Vielzahl von Schaltungs- variationen, z.B. betreffend eine höhere Dämpfung, anders dimensionierte Überspannungsab- leiter, Feinschutz und dergleichen, durchführen lässt. Eine Filter-Baugruppe gesäss dem Oberbegriff des Patent- anspruchs 1, welche diese Aufgabe löst, zeichnet sich er findungsgemäss durch eine doppelseitig durchkontaktierte erste Leiterplatte als Träger der elektrischen Filterbauelemente aus, die - betrachtet in Filterdurchlass- richtung - filtereingangsseitig eine zur Leiterplatte parallele Eingangsanschlussleiste trägt, und filterausgangsseitig an einen Flansch angeflanscht ist, durch den Filterdurchführungselemente zu einer auf dem Flansch befestigten zweiten Leiterplatte geführt sind, die auf ihrer zum Flansch abgekehrten Seite eine zur ersten Leiterplatte parallele Ausgangsanschlussleiste trägt. Als Eingangsanschlussleiste dient dabei eine an sich bekannte, unter der Typenbezeichnung C 39 104 - A 77 - A 2 von Sisiens vertriebene, mit durchlaufendem Masseleiter ausgerüstete, lottreie Rangierleiste, die je Doppelader zwei Schneidklemmkontakte mit zwischengeschalteten Federkontakten aufweist, die zur Aufnahme von Überspannungs schutz-Elementen, insbesondere Knopf-Varistoren, Einzeloder 3-Elektrodenableitern mittels Klemisitzgeeignet sind. Die verwendete Rangierleiste unterscheidet sich von der vorstehend genannten bekannten Rangierleiste nur durch das Fehlen des rückwertigen Leistenteils, der durch eine einfache lsolierleiste mit Durchbrechungen für die zur Leiterplatte geführten Kontaktelemente ersetzt ist. Diese Rangierleiste stellt eine sehr induktivitätsarme Kontakttierung der Schutzelemente sicher. Ihre geringfügige Ab änderung schafft darüberhinaus die Möglichkeit, die Rangierleiste so in Bezug auf die Leiterplatte auszurichten, dass die Schneidklemmkontakte und die in die Federkontakte der Rangierleiste eingeklemmten Überspannungsschutz-Elemente auch im eingebauten Zustand der Filter Baugruppe frei zugänglich und damit ohne Demontage der Filter-Baugruppe und der Verkabelung mühelos auswechselbar sind. Bevorzugt ist die erste Leiterplatte an Wlnkelelementen parallel geführter Bügel befestigt, deren Enden mit dem Flansch bzw. mit der Eingangsanschlussleiste verbunden sind. Ist dabei die erste Leiterplatte mit einem gemeinsamen, grossflächigen MasseanschluB für die Filterbauelemente, z.B. Varistoren, belegt, der über die Winkelelemente und ihre Bügel mit dem Masseleiter der Eingangsanschlussleiste und dem Flansch kontaktiert ist, so ist damit die Gewähr für die Ableitung hoher Störströme zum Flansch und damit zur Schirmwand z.B. einer geschirmten Kabine geschaffen. Das aufgezeigte Aufbauprinzip für eine Filter-Baugruppe ist auch anwendbar auf Filter-Baugruppen mit z.R. höheren Dämpfungswerten, Feinschutz durch Zener-Diode, Suppressor Diode usw. Diese Filter-Baugruppe ist z.B. iit einer Vielzahl gleicher Filter-Baugruppen in geschirmte Schränke, sog. Filterschranke einsetzbar, deren Aufgabe die EXP-geschutzte und ggf. entst? > rte Einfiihrung von Nachrichten und Steuerleitungen in geschirmte Raune und Kabinen ist. Diese Filter-Baugruppe kann aber auch als einzelne Filter-Baugruppe eingesetzt werden,. in diesem Fall ist sie in einem Filtergehäuse untergebracht, das durch eine durchbrochene Trennwand in mit Kabelein- bzw. Auslässen ausgestaltete Filterein- bzw. Ausgangsseiten aufgeteilt ist, die - betrachtet in Filtereinschubrichtung - durch zumindest ausgangsseitig HF-dichte Deckel verschliessbar sind. Das Filtergehäuse ist dabei mit seinem Kabelauslass lit einer Schirivand einer geschirnten Kabine bzw. eines ge schirmen Raumes verbunden, insbesondere verschraubt. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen naher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Ausfu-hrungsbeipiel einer Filter-Baugruppe nach der Erfindung in teilweise gebrochener und ge schnittener Seitenansicht, Fig. 2 in der Darstellung nach Fig. 1 eine Draufsicht auf die Filter-Baugruppe nach Fig. 1, wobei zur Yeran schaulichung Teile der Baugruppe entfernt sind, Fig. 3 eine Seitenansicht der Filter-Baugruppe nach Fig. 1, betrachtet in Pfeilrichtung gemass Fig. 1, Fig. 4 eine an eine Schiriwand einer geschirmten Kabine an geschraubte, in ein Filtergehause eingesetzte Filter Baugruppe nach Fig. 1 in geschnittener und teil weise gebrochener Darstellung, Fig. 5 ein Beispiel für eine Beschaltung einer EXP-ge- schützten Nachrichten= bzw. Steuerleitung für eine Filter-Baugruppe gemäss Fig. 1 bis 4. Die Filter-Baugruppe nach Fig. 1 bis 4 besitzt eine doppelseitig durchkontaktierte erste Leiterplatte 1 als Träger elektrischer Drosseln 10 und Varistoren 11, die z.B. gemäss dem Schaltbild nach Fig. 5 geschaltet sind. Betrachtet in Filterdurchlassrichtung ist filtereingangsseitig eine zur Leiterplatte 1 parallele EingangsanschltBleiste-D angeordnet, die eine mit Durchbrechungen für die Kontaktele- mente 16, 17 ausgestattete Isolierleiste 15 aufweist. Diese an sich bekannte, in ihrem rückwertigen Teil lediglich durch diese Leiste 15 ersetzte Rangier bzw. Eingangsan schlussleiste 3 ist mit einem durchlaufenden Masseleiter 21 und je anzuschliessender Doppelader mit zwei Schneidklemmkontakten 22 mit zwischengeschalteten Federkontakten 20 ausgerüstet. Die Schneidklemmkontakte 22 ermöglichen eine lötfreie Kontaktierung der Leitungen mit der Eingangsanschlussleiste 3. Die Federkontakte 20 hinwiederum gestatten die lötfreie Schaltung von Uberspannungsschutz- Elementen, insbesondere Knopfvaristoren, Einzel oder 3-Elektrodenableitern 13 zwischen die Schneidklemmkontakte 22. Die Leiterplatte 1 ist mit ihrem von der Eingangsanschlussleiste 3 abgekehrten Ende an einen Metallflansch 4 angeflanscht, durch den Filterdurchführungselemente 12, z.B. Durchführungskondensatoren oder Durchführungsfilter zu einer mittels Abstandshaltern 25 am Flansch 4 befestigten zweiten Leiterplatte 5 geführt sind. Die Filterdurchführungselemente 12 sind mit ihren einen Enden mittels Kontaktelementen 18 mit den entsprechenden Leiterbahnen der ersten Leiterplatte 1 kontaktiert. Die Leiterplatte 1 ist an Vinkeleleienten 28 parallel geführter Bügel 2 befestigt, deren Enden mit dem Flansch 4 bzw. mit der Eingangsanschlussleiste 3 verbunden sind. Die Leiterplatte 1 ist dabei mit einem gemeinsamen, grossflächigen, d.h. breitbandigen Masseanschluss 30 für die Varistoren 11 belegt, der über die Winkel elemente 28 und ihre Bügel 2 mit dem Masseleiter 21 der Eingangsanschlussleiste 3 und dem Flansch 4 kontaktiert ist. Dieserart wird die Möglichkeit zur Ableitung hoher Störströre zum Flansch 4 und damit z.B. zu einer Schiriwand 7 einer nicht darge- stellten geschirmten Kabine geschaffen. Der Flansch 4 ist mit Bohrungen 35 versehen, durch die mittels Schraubverbindungen die Filter-Baugruppe an die Schirnvand 7 angeflanscht werden kann. Auf seiner zur Schirmwand 7 gekehrten Seitenfläche ist in entsprechende Nuten des Flansches 4 eine HF-Dichtungsschnur 33 eingelegt, die eine EF-dichte Verbindung des Flansches 4 mit der Schirmwand 7 gewährleistet. An die zweite Leiterplatte 5, die mit ihren Abstandshaltern 25 und den Filterdurchfuhrungselementen 12 durch die Ausnehmung 24 der Schirnwand 7 ZF-dicht geführt ist, ist auf der vom Flansch 4 abgekehrten Seite eine Ausgangsanschluss- leiste 6 befestigt. Diese Leiste ist gleichfalls eine an sich bekannte lötfreie Mischlussleiste, die je Doppelader zwei Schneidklemmkontakte 26 besitzt. Fig. 4 zeigt eine einzelne Filter-Baugruppe nach Fig. 1 bis 3, die in ein Filtergehäuse 40 eingesetzt ist, das durch eine durchbrochene Trennwand 43 in mit Kabelein= bzw. auslässen A bzw. B ausgestattete Filterein bzw. Ausgangsseiten aufgeteilt ist. Die Durchführung der Kabel in das Ge häuseinnere bzw. iom Gehäuseinneren in einen lurch die Schirs- wand 46 angedeuteten geschirmten Raus erfolgt z.B. dabei mittels einer Kabelverschraubung 41 bzw. einer HF-dichten Schneidschraube 42. Das Filtergehäuse 40 ist - betrachtet in Filtereinschubrichtung - durch zumindest ausgangsseitig HF-dichte Deckel 44, 45 verschliessbar Ein Beispiel für eine geeignete, bekannte Schaltung für eine Filterbaugruppe für EMP-geschützte Nachrichten- und Steuerleitungen zeigt Fig. 5. Die lediglich für eine Doppeiader dargestellte Schaltung ist eine reine EMP Schutzschaltung mit minimaler Einfügungsdämpfung. Als Überspannungsschutzelement ist ein 3-Elektrodenabteiter 13 vorgesehen, Varistoren 1X, Durchführungskondensatoren 12 und Induktivitäten 10, die z.B. Filterspulen mit RM-Fer-it- Kernen sind, ergänzen die Schaltung. Mit strichlinierten Linien a bzw. b sind hier das Filtergehäuse und die Schirmwand einer nicht Cargestellten, geschirmten Kabine angedeutet. Die vorstehende Schaltung ist - wie bereits erwähnt lediglich ein Ausführungsbeispiel für eine mögliche Schaltung. Es sind auch Schaltungen denkbar, die sich durch höhere Dämpfungswerte, durch Feinschutz mittels Zener Diode, Suppressor-Diode und dergleichen auszeichnen.

Claims: Patentansprüche 1. Filter-Baugruppe für ESP-geschutzte und ggf. entstörte Nachrichten- und Steuerleitungen, die zur Einführung in geschirmte Kabinen und Räume bestimmt sind, g e k e n nz e i c h n e t durch eine doppelseitig durchkontaktierte erste Leiterplatte (1) als Träger der elektrischen Filter-Bauelemente (10, ii) die - betrachtet in Filterdurchlassrichtung - filtereingangsseitig eine zur Leiterplatte parallele Hingangsanschlussleiste (3) trägt, und filterausgangsseitig an einen Flansch (4) angeflanscht ist, durch den Filterdurchführungselemente (12) zu einer auf dem Flansch befestigten zweiten Leiterplatte (5) geführt sind, die auf ihrer zui Flansch abgekehrten Seite eine zur ersten Leiterplatte parallele AusgangsanschluB- leiste (6) tragt. 2. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z ei c h n e t, dass die Eingangsanschlussleiste (3) eine an sich bekannte, mit durchlaufendem Masseleiter (21) ausgerüstete, lötfreie Rangierleiste ist, die je Doppelader zwei Schneidklemmkontakte (22) mit zwischengeschalteten Federkontakten (20) aufweist, die zur Aufnahme von Überspannungsschutz-Elementen, insbesondere Knopf-Varistoren, Einzel= oder 3-Elektrodenableltern (t3) mittels Klemmsitz geeignet sind. 3. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Leiterplatte (i) an Winkelelementen (28) parallel geführter Bügel (2) befestigt ist, deren Enden mit dem Flansch (4) bzw. mit der Eingangsanschlussleiste (3) verbunden sind. 4. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e.k e n n z e i c h n e t, dass die erste Leiterplatte (1) mit einem gemeinsamen, grossflächigen Masseanschluss (30) für die Filterbauelemente (11) belegt ist, der über die Vinkelelemente (28) und ihre Bügel (2) mit dem Masseleiter (21) der Eingangsanschlussleiste (3) und dem Flansch (4) kontaktiert ist. 5. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Flansch (4) zur Schraubverbindung (35) der Filterbaugruppe mit den Aussenwänden (7) geschirnter Kabinen und Räume Bohrungen aufweist. 6. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Flansch (4) auf seiner zur zweiten Leiterplatte (6) gekehrten Seitenfläche eine XF-Dichtung, insbesondere HF-Dichtungsschnur (33) trägt. 7. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ausgangsanschlussleiste (6) eine an sich bekannte lötfreie Anschluss leiste ist, die je Doppelader zwei Schneidklemmkontakte (26) aufweist. 8. Filter-Baugruppe nach Anspruch 1 bis 7, g e k e n nz e i c h n e t, durch ein Filtergehäuse (40),das durch eine durchbrochene Trennwand (43) in mit Kabelein- bzw. Auslässen (41, 42) ausgestattete Filterein- bzw. Ausgangsseiten aufgeteilt ist, die - betrachtet in Filtereinschubrichtung - durch zumindest ausgangsseitig hochfrequenzdichte Deckel (44, 45) verschliessbar sind. 9. Filter-Baugruppe nach Anspruch 8, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Filterbaugruppe an die Trennwand (43) angeflanscht ist. 10. Filter-Baugruppe nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Filtergehäuse (X0) it seinem Kabelauslass (42) mit einer Schirm- wand (46) einer geschirmten Kabine bzw. eines geschiriten Raumes verbunden, insbesondere verschraubt ist.

Inventors: DIRMEYER, JOSEF, DIPL.-ING.(FH), SAMMET, WOLFGANG, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H03H1
IPC codes: H03H1, H05K1, H02H9