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Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten und der Bedienungsperson bei hoher elektrostatischer Aufladung der Bedienungsperson - Dokument DE3617734C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3617734C2 12.11.1992
Titel Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten und der Bedienungsperson bei hoher elektrostatischer Aufladung der Bedienungsperson
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Andert, Tomas Jan, Dr.-Ing., 4290 Bocholt, DE;
Pieper, Stefan, Dipl.-Ing., 4358 Haltern, DE
DE-Anmeldedatum 27.05.1986
DE-Aktenzeichen 3617734
Offenlegungstag 03.12.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.11.1992
IPC-Hauptklasse H05F 3/02
IPC-Nebenklasse H04M 1/03   H05K 5/02   H02B 1/16   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz sowohl der Bedienungsperson eines elektrischen Gerätes als auch der elektronischen Einrichtung des Gerätes bei hoher elektrostatischer Aufladung der Bedienungsperson. Um eine sanfte Entladung der Bedienungsperson zu gewährleisten, sind im Gefahrenbereich des elektrischen Gerätes Widerstandsbahnen angeordnet, die an einen Massepunkt (31) des Gerätes geführt sind. Anwendbar bei in Isolationsgehäusen angeordneten elektrischen Geräten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz einer Bedienungsperson bei Berührung von einem in einem isolierten Gehäuse angeordneten elektrischen Gerät sowie zum Schutz der im Inneren des elektrischen Gerätes vorhandenen elektronischen Einrichtung bei hoher elektrostatischer Aufladung der Bedienungsperson, insbesondere bei Geräten der Kommunikationstechnik.

In Verbindung mit modernen, stark isolierenden Materialien wird man immer häufiger mit elektrostatischer Entladung (ESD-electrostatic discharging) konfrontiert. Diese mehr oder weniger schmerzhafte Erfahrung ist allgemein bekannt. Die elektrostatische Aufladung rührt zumeist von der modernen Ausstattung von Räumen, z. B. Teppichböden aus Kunststoff, her. Aufgeladene Personen werden mit einem mehr oder weniger heftigen Stromschlag belastet, wenn sie geerdete oder zumindest gut leitende Gegenstände berühren bzw. wenn sie Gegenstände berühren, deren Durchschlagsfestigkeit geringer als die Aufladespannung ist. Außerdem entsteht bei der Entladung der Personen mit einem hohen Strom ein starkes elektromagnetisches Feld, was in elektrischen Geräten Spannungen induzieren kann, die ihrerseits zu Störungen in der Funktionsweise der Geräte führen können.

Um diesem Übel abzuhelfen, hat man zunächst gefordert, die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen. Dies ist erreichbar z. B. durch Vergrößerung der Abstände oder der Zwischenlage von Isolatoren. Ein derartiges Vorgehen stößt jedoch rasch an Grenzen, da bei hohen Spannungen Neukonstruktionen erforderlich sind.

Vorrichtungen zum Schutz von Personen sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt.

So ist es durch die US-PS 45 86 106 bekannt, bei einem Gerät der Kommunikationstechnik in seinem der Bedienungsperson zugewandten Bereich eine Widerstandsbahn vorzusehen, die mit Erdpotential verbunden ist. Die Bedienungsperson soll vor der Benutzung des Gerätes diese gekennzeichnete Widerstandsbahn berühren, so daß gegebenenfalls vorhandene elektrostatische Aufladungen abgeleitet werden.

Weiterhin ist durch das DE-GM 85 27 651 U1 eine Leiterplatte einer Tastaturschaltung bekannt, die einen Bereich mit einem Tastenfeld und einen Bereich mit elektronischen Bauelementen aufweist. Die Leiterplatte ist auf ihrer Ober- und Unterseite von einem aus einer der Leiterplatte zugewandten, elektrisch isolierenden Schicht und aus einer der Leiterplatte abgewandten, elektrisch leitfähigen Schicht bestehenden Mantel umschlossen, der im Bereich des Tastenfeldes Öffnungen im Rastermaß der Tasten aufweist. Zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von seiten der Bedienungsperson ist die elektrisch leitfähige Schicht des Mantels geerdet.

Bei einer weiteren durch die US-PS 44 56 800 bekannten Tastatur ist zum Schutz vor statischer Entladung eine geerdete Folie vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl die Bedienungsperson vor schmerzhaften Entladungsströmen zu schützen als auch die elektronischen Einrichtungen von elektrischen Geräten vor hohen Strömen und damit verbundenen starken elektromagnetischen Feldern zu schützen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Ausstattung der Geräte mit einen im Megohmbereich liegenden Widerstand aufweisenden Kontaktbahnen wird die Bedienungsperson gewissermaßen sanft entladen. Die Kontaktbahn kann ersatzschaltmäßig durch eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Widerständen dargestellt werden, wobei jeweils zwischen den Widerständen kapazitive Widerstände angeordnet sind, die an Masse geführt sind. Berührt nun eine elektrostatisch aufgeladene Person die Kontaktbahn, so wird der entstehende Strom durch die Widerstände und die Kapazitäten begrenzt. Wenn man anstelle der Kontaktbahnen mit einem im Megohmbereich liegenden Widerstand eine Kontaktbahn mit einem Widerstand vorsehen würde, der nahezu Null ist, so wäre ersatzschaltmäßig nur eine Kapazität vorhanden. Im Falle eines Entladestroms wäre der kapazitive Widerstand des Kondensators gleich Null, wodurch keine Strombegrenzung erzielbar wäre. Aufgrund des hohen Stromes, der mitunter nicht weniger als 10 A beträgt, wäre das elektrische Gerät durch die durch den hohen Strom hervorgerufene magnetische Feldstärke gefährdet, wodurch die Betriebssicherheit erheblich eingeschränkt wäre.

Es ist nun nach der Erfindung möglich, daß die Kontaktbahn durch eine am Außenbereich des Gerätes angeordnete Widerstandsbahn gebildet ist, die von der Bedienungsperson bei Beginn der Bedienung automatisch berührt wird.

Diese Widerstandsbahn kann gleichzeitig ein Schriftzeichen oder einen Zierstreifen darstellen, so daß diese nicht störend wirkt.

Auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik ist besonders der Handapparatkörper gefährdet. Es ist daher zweckmäßig, daß die Widerstandsbahn zwischen den Gehäuseteilen eines Handapparates für Fernsprechgeräte angeordnet ist.

Auch diese Widerstandsbahn wirkt gewissermaßen als Dekorstreifen und wird zwangsläufig durch die Bedienungsperson berührt, wodurch eine sanfte Entladung der Bedienungsperson eingeleitet wird.

Zweckmäßigerweise kann die Widerstandsbahn im Randbereich der zwischen den Gehäuseteilen gebildeten Schattenfuge an einem Gehäuseteil (z. B. Gehäuseoberteil) angeordnet sein und über eine Druckkontaktverbindung an eine in Nähe der Masse aufweisenden Punkt des anderen Gehäuseteils (z. B. Gehäuseunterteil) geführt sein. Damit ist eine Berührung mit einer Widerstandsbahn nur an einem der Gehäuseteile erforderlich, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.

Zur Erzielung eines gleichmäßig hohen Widerstandes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Widerstandsbahn aus Graphit besteht.

Es ist jedoch auch möglich, daß die Widerstandsbahn aus einer zwischen den Gehäuseteilen eingelegten Folie besteht. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß gefährdete Geräte leicht nachrüstbar sind.

Zum Schutz von Tasten, Displays oder Lautsprechern hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, daß die Kontaktbahnen auf einer Folie aufgebracht sind, die zwischen der Innenseite der Geräteoberfläche und den auf einem Träger angeordneten durch die Geräteoberfläche herausragenden Bedienungselementen oder hinter der Gerätewand angeordneten elektrisch leitenden Bauteilen (Lautsprecher) angeordnet ist.

Damit sind praktisch keinerlei Änderungen an der Normalausstattung des elektrischen Gerätes erforderlich. Je nach Bedarf kann das Gerät mit der Folie nachgerüstet werden, um optimalen Schutz zu erreichen. Die Kontaktbahnen werden durch die Bedienungsperson jedoch nicht direkt berührt. Bei einem bestimmten Abstand und einer bestimmten Spannung setzt jedoch eine Koronaentladung ein, so daß auch bei dieser Variante die Bedienungsperson sanft entladen wird.

Eine Verbesserung der Wirkungsweise der Folie wird dadurch erzielt, wenn die Kontaktbahnen im Bereich der Bedienungselemente und/oder des Lautsprechers mit aus der Folie freigestanzten Spitzen versehen sind, die beim Zusammenbau des Gerätes an den Bedienungselementen und/oder des Lautsprechers, Displays usw. zur Anlage kommen und an den Außenflächen der Bedienungsebene enden.

Damit erfolgt zwangsläufig eine Berührung, z. B. bei Betätigung einer Taste, wodurch ebenfalls eine sanfte Entladung erfolgt.

Bei Einzeltasten kann jedoch eine Folie zu aufwendig sein. In diesem Fall kann die Gehäusewandung unmittelbar mit einer Widerstandsbahn versehen werden, die an Masse geführt ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Fernsprechstation in Seitenansicht,

Fig. 2 ein Gehäuseoberteil eines Handapparatekörpers mit Blick auf die Innenseite,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Gehäuseoberteils nach Fig. 2, teilweise geschnitten,

Fig. 4 ein Gehäuseunterteil eines weiteren Handapparatekörpers in Seitenansicht, teilweise geschnitten,

Fig. 5 das Gehäuseunterteil nach Fig. 4 mit Blick auf die Innenseite,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Handapparatekörpers im Schnitt,

Fig. 7 eine Seitenansicht auf den Handapparatekörper nach Fig. 6 in einer Draufsicht, teilweise geschnitten,

Fig. 8 eine Ansicht auf den Wandler gemäß der Schnittlinie VIII-VIII nach Fig. 6,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines Tasten-Fernsprechgerätes,

Fig. 10 und 11 eine Schnittdarstellung durch eine Gehäusewandung mit Maßnahmen zur sanften Entladung,

Fig. 12 eine Schnittansicht durch einen in einem Gehäuse angeordneten Wandler,

Fig. 13 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Handapparatekörpers nach Fig. 7,

Fig. 14 eine Seitenansicht einer Taste mit einer an deren Gehäuseaußenseite angeordneten Widerstandsbahn,

Fig. 15 eine Ausführung mit einer mit Widerstandsbahnen versehene Folie.

Die in Fig. 1 dargestellte Fernsprechstation weist ein Gerätegehäuse 1 auf, auf dem ein aus einem Gehäuseoberteil 2 und einem Gehäuseunterteil 3 bestehender Handapparatekörper aufliegt. Die zwischen dem Gehäuseoberteil 2 und dem Gehäuseunterteil 3 gebildete Schattenfuge ist mit einer Widerstandsbahn 4 versehen. Beim Anfassen des Handapparatekörpers durch die menschlichen Hände 5, 6 wird die Widerstandsbahn zwangsläufig berührt, so daß eine sanfte Entladung der Bedienungsperson über die Widerstandsbahn stattfinden kann.

Nähere Einzelheiten sind dazu in den Fig. 2 und 3 erkennbar. Hier ist das Gehäuseoberteil 2 des Handapparatekörpers gesondert dargestellt. Der umlaufende, die Schattenfuge bildende Randbereich 7 ist mit einer Widerstandspaste aus Graphit beschichtet und bildet die Kontaktbahn 8. Diese Kontaktbahn ist in das Innere 9 des Gehäuseoberteils geführt. Durch hier nicht dargestellte Maßnahmen ist die Kontaktbahn dann mit einem niedriges Potential aufweisenden Punkt des Gehäuseunterteils 3 verbunden.

Eine andere Ausführung ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Im Gegensatz zu der Ausführung nach der Fig. 2 und 3 ist hier das Gehäuseunterteil an seinem umlaufenden Rand 10 mit einem hochohmigen Kontaktstreifen 38 versehen, der die Kontaktbahn bildet. Dieser Streifen endet im Inneren des Gehäuseunterteils an der Kontaktstelle 11, die dann mit einem hier nicht gezeigten, ein niedriges Potential aufweisenden Punkt der elektrischen Schaltung verbunden ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 6 und 7 erkennbar. Im Inneren des Handapparatekörpers sind die beiden Wandler 39, 40 erkennbar, die unterschiedlich gehaltert sind. Während die durch den Wandler 40 dargestellte Hörkapsel eingeklemmt gehaltert ist, ist die durch den Wandler 39 gebildete Sprechkapsel elastisch in einem Schaumgummi 12 gelagert.

Im Inneren des Handapparatekörpers ist weiterhin eine Platte 13 aus Metall vorgesehen, die neben einer Gewichtserhöhung des Handapparatekörpers zur Kontaktierung der Ausführung nach Fig. 2 und 3 dient. Hieran liegt nämlich das Ende der Kontaktbahn 8 druckkontaktiert an.

Bemerkenswert ist weiterhin das Schaumstoffteil 12. Wie die Kontaktbahn soll auch dieses eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wobei das Teil 12 in Berührungskontakt mit der Stelle 14 steht. Wie die Fig. 8 zeigt, stellt eine mit einem Widerstand behaftete elektrische Verbindung 15 den Kontakt zur Platte 13 sowie zu einem der Pole 16 des Wandlers 39 her.

Wie eingangs bereits erwähnt, sind neben Bauteilen des Handapparatekörpers ebenfalls Bedienungselemente wie Tasten gefährdet. Wird das Fernsprechgerät z. B. als Freisprecher ausgeführt, so ist ein Abheben des Handapparates nicht nötig. Nötig jedoch ist immer die Betätigung einer das Freisprechen einleitenden ersten Taste. Zur sanften Entladung der Bedienungsperson ist der Bereich dieser Taste 17 mit einer Kontaktbahn (Fig. 9) versehen, durch die eine Widerstandsschicht gebildet und an einen Punkt mit einem niedrigen Potential geführt (nicht gezeigt) ist.

Zwei weitere Möglichkeiten zur sanften Entladung sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Nach Fig. 10 sind durch kleine Ausnehmungen 18, 19, 20 in den Ausnehmungen endende, jeweils eine Kontaktbahn bildende Entladespitzen 21, 22, 23 geführt, die mit einem Punkt mit niedrigem Potential, z. B. Masse, verbunden sind. Der Widerstand R (größer/gleich 30 Megohm) stellt symbolisch den Gesamtwiderstand der Kontaktbahn dar.

Nach Fig. 11 sind die Entladespitzen gemäß Fig. 10 durch ein in einem Gehäuse 25 angeordnetes Entladekissen 24 ersetzt, das über weitere Mittel mit Masse verbunden ist.

Problematischer ist die Erreichung einer sanften Entladung bei den Wandlern, da die Schalldurchlaßöffnungen frei bleiben sollen (Fig. 12). Zur Verhinderung oder Verringerung der Gefahr eines Überschlags kann der Bereich zwischen Gerätegehäuse 26 und Gehäuse 27 der Wandlerkapsel mit einer Widerstandsbahn 28 versehen werden, die an Masse geführt ist.

Das in Fig. 13 gezeigte Ersatzschaltbild bei einem gemäß der Erfindung ausgestatteten Handapparatekörper soll die sogenannte sanfte Entladung verdeutlichen. Die Widerstandsbahn kann ersatzweise durch eine Serie von Widerständen R dargestellt werden, zwischen welchen Kapazitäten C mit Masse verbunden sind. Bei einer sanften Entladung fließen die Ströme sowohl über die Widerstände als auch über die Kapazitäten zur Masse, wodurch ein hoher Spitzenstrom vermieden wird. Wird nun über den Finger 42 eines auf hohem Potential befindlichen Menschen, der durch den Widerstand RM = 150 Ω und die Kapazität CM = 150 pF ersatzweise dargestellt ist, der Randbereich des Handapparatekörpers berührt, findet wegen der Vielzahl geeigneter Widerstände und Kapazitäten eine sanfte Entladung statt. In dem Ersatzschaltbild ist ferner erkennbar, daß die Masseleitung 29 an das Mikrofon 30 und an einen Massepunkt 31 des Gerätegehäuses geführt ist.

Zum Schutz von Tasten, Leuchtdioden oder Diplays gegen Überschlag und zur Ermöglichung einer sanften Entladung kann die Ausführung nach Fig. 14 herangezogen werden. Danach ist die Gehäuseaußenseite 32 mit einer Widerstandsbahn 33 versehen, die an Masse geführt ist.

Eine weitere Möglichkeit zum Schutz derartiger Bauteile ist in Fig. 15 dargestellt. Die Figur zeigt auf einer Folie 34 durch Siebdruck aufgebrachte Widerstandsbahnen 35, an denen sich freigestanzte Spitzen 36 anschließen. Diese Spitzen 36 befinden sich beispielsweise im Bereich eines Tastwahlblockes, dessen spätere Lage durch den freien Bereich 37 dargestellt ist. Wird nun eine derartige Folie zwischen dem Gehäuseteil eines Fernsprechers und des Gehäuses eines Tastwahlblockes eingelegt, so liegen die freigestanzten Spitzen eng an dem Gehäuse des Tastwahlblockes an und können bei richtiger Ausbildung bis zur Außenkante des Fernsprechergehäuses geführt werden, so daß bei Berührung mit der Bedienungsperson eine sanfte Entladung eingeleitet wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Schutz einer Bedienungsperson bei Berührung von einem in einem isolierten Gehäuse angeordneten elektrischen Gerät sowie zum Schutz der im Inneren des elektrischen Gerätes vorhandenen elektronischen Einrichtung bei hoher elektrostatischer Aufladung der Bedienungsperson, insbesondere bei Geräten der Kommunikationstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Bereich der Bedienungseinrichtung des Gerätes (Handapparatekörper, Tastatur) als auch im Bereich der hinter der Gehäusewand befindlichen Bauteile (Lautsprecher) einen im Megohmbereich liegenden ohmschen Widerstand aufweisende Kontaktbahnen (4, 8, 28, 33, 34, 35) angeordnet sind, die im Gerät an einen Massepunkt (11) oder einem auf einem niedrigen Potential befindlichen Punkt enden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahn durch eine am Außenbereich des Gerätes angeordnete Widerstandsbahn (8) gebildet ist, die von der Bedienungsperson bei Beginn der Bedienung automatisch berührt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (8) zwischen den Gehäuseteilen (2, 3) des Handapparates angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (8) im Bereich der zwischen den Gehäuseteilen (2, 3) gebildeten Schattenfuge (10) an einem Gehäuseteil (2) angeordnet und über eine Druckkontaktverbindung an einen in der Nähe der Masse befindlichen Punkt des anderen Gehäuseteils (3) geführt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (4, 8, 28, 33, 34, 35) aus Graphit besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (35) aus einer zwischen den Gehäuseteilen eingelegten Folie (34) besteht.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen (35) auf einer Folie (34) aufgebracht sind, die zwischen der Innenseite der Geräteoberfläche und den auf einem Träger angeordneten durch die Geräteoberfläche herausragenden Bedienungselementen oder hinter der Gehäusewand angeordneten elektrisch leitenden Bauteile (Lautsprecher) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen (35) im Bereich der Bedienungselemente und/oder des Lautsprechers mit aus der Folie (34) freigestanzten Spitzen (36) versehen sind, die beim Zusammenbau des Gerätes an den Bedienungselementen und/oder des Lautsprechers, Displays zur Anlage kommen und an den Außenflächen der Bedienungsebene enden.






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