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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Überspannungsschutzschaltung und ein Überspannungsschutzverfahren.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Eine in Patentliteratur 1 beschriebene Blitzschutzeinrichtung, die ein Beispiel für eine Überspannungsschutzschaltung ist, weist eine Spule zum Schutz eines Halbleiterelements zum Schutz einer Schaltung und eines Elements, die in der Blitzschutzeinrichtung angeordnet sind, vor einem Blitzeinschlag oder dergleichen vor einem raschen Anstieg eines Stroms auf, wobei der rasche Anstieg durch den Blitzschlag oder dergleichen verursacht wird.
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REFERENZLISTE
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PATENTLITERATUR
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Patentliteratur 1:
JP-A-Hei 05-219648 -
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Allerdings ist die oben erwähnte Spule aus Konfigurationsgründen sehr groß im Vergleich zu den oben erwähnten Größen des Halbleiterelements und so weiter. Daher ist es schwierig, die oben erwähnte Überspannungsschutzschaltung zu verkleinern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Überspannungsschutzschaltung bereitzustellen, die leicht verkleinert werden kann.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um das oben erwähnte Problem zu lösen, umfasst eine Überspannungsschutzschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung: eine gedruckte Leiterplatte; einen Überspannungsableiter, der auf der gedruckten Leiterplatte angeordnet ist; ein Element, das Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist und sich in einer Richtung orthogonal zu einer Fläche der gedruckten Leiterplatte erstreckt; und einen Leiterdraht, dessen eines Ende mit dem Überspannungsableiter verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Element verbunden ist, der so geformt ist, dass er sich von einem Schnittpunkt zwischen einer Ebene parallel zu der Fläche der gedruckten Leiterplatte und einer Mittellinie des Elements in der orthogonalen Richtung, die ein Startpunkt ist, erstreckt und entlang mindestens eines Teils einer virtuellen Spiralform ausgebildet ist, die am Schnittpunkt auf der parallelen Ebene zentriert ist.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die Überspannungsschutzschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann im Vergleich zu Überspannungsschutzschaltungen, die eine Spule verwenden, leicht verkleinert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein Schaltplan eines Geräts mit einer Überspannungsschutzschaltung gemäß Ausführungsform 1;
- 2A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt, und 2B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
- 3A ist eine perspektivische Ansicht, die den Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt, und 3B ist eine Querschnittsansicht, die den Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
- 4A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Spitzenstrom SC und einem Magnetfeld JK in Ausführungsform 1 zeigt, und 4B ist eine Querschnittsansicht, die die Beziehung zwischen dem Spitzenstrom SC und dem Magnetfeld JK in Ausführungsform 1 illustriert;
- 5A ist eine Ansicht (Ansicht der Konfiguration gemäß Ausführungsform 1), die einen Vergleich zwischen der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 und einer Überspannungsschutzschaltung, die ein Vergleichsbeispiel ist, zeigt, und 5B ist eine Ansicht (Ansicht der Konfiguration des Vergleichsbeispiels), die den Vergleich zwischen der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 und der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel ist, zeigt;
- 6 zeigt eine Variante 1 eines Leiterdrahtes 14;
- 7A ist eine Ansicht (Ansicht einer Vorderseite), die die Variante 2 des Leiterdrahtes 14 zeigt, und 7B ist eine Ansicht (Ansicht einer Rückseite), die die Variante 2 des Leiterdrahtes 14 zeigt;
- 8A ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 180 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 illustriert, 8B ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 135 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 illustriert, und 8C ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 90 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 illustriert;
- 9A ist eine perspektivische Ansicht zur Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2, und 9B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
- 10A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 zeigt, und 10B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
- 11A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 zeigt, und 11B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 zeigt;
- 12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetfeld zeigt, das durch die Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 verursacht wird; und
- 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetfeld zeigt, das ein Vergleichsbeispiel ist und das durch die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 verursacht wird.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1.
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<Ausführungsform 1>
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Es wird die Ausführungsform 1 einer Überspannungsschutzschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutert.
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<Konfiguration von Ausführungsform 1>
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1 ist ein Schaltplan eines Geräts mit der Überspannungsschutzschaltung gemäß Ausführungsform 1.
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Das Gerät KK der Ausführungsform 1 umfasst eine gedruckte Leiterplatte 11, wie in 1 dargestellt. Auf der gedruckten Leiterplatte 11 sind eine Schaltung KR, die eine elektrische Schaltung, eine elektronische Schaltung usw. ist, sowie ein Varistor VR und ein Überspannungsableiter 12 zum Schutz der Schaltung KR vor Blitzschlag usw. angeordnet. Auf der gedruckten Leiterplatte 11 ist außerdem ein Leiterdraht 14 ausgebildet. Zwischen der gedruckten Leiterplatte 11 und einem Gehäuse KT (in 2 dargestellt) des Geräts KK befindet sich ein Stabelement 13.
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Die Schaltung KR empfängt die Zufuhr von Energie, z. B. die Zufuhr einer einphasigen Wechselspannung von 100 V über einen ersten Anschluss TN1 und einen zweiten Anschluss TN2, sowie einen ersten Stromquellendraht PL1 und einen zweiten Stromquellendraht PL2. Der Varistor VR ist zwischen dem ersten Stromquellendraht PL1 und dem zweiten Stromquellendraht PL2 angeschlossen. Der Überspannungsableiter 12, der Leiterdraht 14 und das Stabelement 13 sind in Reihe zwischen dem zweiten Stromquellendraht PL2 und einem elektrischen Erdungspotential GL geschaltet.
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Das Gerät KK, genauer gesagt das Gehäuse KT (in 2 dargestellt) des Geräts KK, ist mit dem elektrischen Erdungspotential GL verbunden.
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Ein Teil der gedruckten Leiterplatte 11, der Überspannungsableiter 12, das zylinderförmige Stabelement 13 und der Leiterdraht 14 bilden die Überspannungsschutzschaltung 10.
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2A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
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2B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt, entlang einer XZ-Ebene 100 von 2A.
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Die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 wird anhand von 2A und 2B erläutert.
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Die Überspannungsschutzschaltung 10 umfasst die gedruckte Leiterplatte 11, den Überspannungsableiter 12, das Stabelement 13 und den Leiterdraht 14, wie in 2A gezeigt.
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Die Überspannungsschutzschaltung 10 entspricht einer „Überspannungsschutzschaltung“, die gedruckte Leiterplatte 11 entspricht einer „gedruckten Leiterplatte“, der Überspannungsableiter 12 entspricht einem „Überspannungsableiter“, das Stabelement 13 entspricht einem „Element“, und der Leiterdraht 14 entspricht einem „Leiterdraht“.
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Die gedruckte Leiterplatte 11 besteht aus einem isolierenden Material, wie er in der Regel bekannt ist. Auf einer Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11 ist der Überspannungsableiter 12 angeordnet. Auf der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11, d.h. auf einer Oberseite der gedruckten Leiterplatte 11, ist der Leiterdraht 14 ausgebildet. In der gedruckten Leiterplatte 11 ist ein Loch AN zur Befestigung der gedruckten Leiterplatte 11 am Gerät KK mit Hilfe des Stabelements 13 ausgebildet, wie in 2B dargestellt.
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Der Überspannungsableiter 12 ist z. B. ein Blitzableiter mit zwei Anschlüssen. Der Überspannungsableiter 12 hat einen Spalt, der zwischen Elektroden an beiden Enden davon angeordnet ist, und bewirkt, dass eine Überspannung, die von einem Blitzschlag oder ähnlichem herrührt, durch den Spalt entladen wird.
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Das Stabelement 13 ist eine Schraube aus einem Material, das Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist. Als Material ist z.B. Eisen oder eine Art rostfreier Stahl mit Magnetismus vorgesehen. Das Stabelement 13 erstreckt sich in einer Richtung (Richtung einer Z-Achse) orthogonal zur Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11.
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Der Leiterdraht 14 ist mit einem Ende an den Überspannungsableiter 12 angeschlossen und mit dem anderen Ende an das Stabelement 13 angeschlossen, wie in 2A dargestellt. Mit anderen Worten, der Überspannungsableiter 12, der Leiterdraht 14 und das Stabelement 13 sind in Reihe miteinander verbunden. Ferner erstreckt sich der Leiterdraht 14 von einem Schnittpunkt KTN der Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11 mit einer Mittellinie CS des Stabelements 13 in der oben erwähnten orthogonalen Richtung (Richtung der Z-Achse), die ein Startpunkt ist, und ist verdrahtet. Außerdem ist der Leiterdraht 14 so ausgebildet, dass er sich zumindest entlang eines Teils einer virtuellen Spiralform KRK erstreckt, die auf der Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11 angeordnet und auf den Schnittpunkt KTN zentriert ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Leiterdraht 14 so ausgebildet ist, dass er das Stabelement 13 umgibt.
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Der Leiterdraht 14 kann vom Schnittpunkt KTN, z. B. einer Ebene (XY-Ebene) (nicht abgebildet), die parallel zur Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11 verläuft und von der angenommen wird, dass sie sich in der gedruckten Leiterplatte 11 befindet, anstelle der Vorderseite (XY-Ebene) der gedruckten Leiterplatte 11 und der Mittellinie CS des Stabelements 13 ausgehen. Mit anderen Worten, der Schnittpunkt KTN kann sich in einer Lage der gedruckten Leiterplatte 11 befinden, anstatt auf der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11.
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Das Gehäuse KT des Gerätes KK besteht grundsätzlich aus einem leitfähigen Material, z.B. Metall. Im Gehäuse KT des Geräts KK ist zumindest ein Teil, der sich auf dem elektrischen Erdungspotential GL (in 1 dargestellt) befinden sollte, z.B. ein Teil KK1, wie in 2B dargestellt, zwischen dem Stabelement 13 und einer Erde (nicht dargestellt) aus einem leitfähigen Material hergestellt. Das oben erwähnte Teil KK1 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, die sich in der oben erwähnten orthogonalen Richtung (Richtung der Z-Achse) erstreckt.
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Das Stabelement 13 wird über das oben erwähnte gedruckte Loch AN der gedruckten Leiterplatte 11 mit dem oben erwähnten Teil KK1 des Gehäuses KT des Geräts KK verschraubt und befestigt, wie in 2B gezeigt. Dadurch sind die gedruckte Leiterplatte 11 und das Gehäuse KT des Geräts KK mechanisch miteinander verbunden. Zusätzlich zur mechanischen Befestigung der gedruckten Leiterplatte 11 und des Geräts KK aneinander verbindet das Stabelement 13 den Leiterdraht 14 auf der gedruckten Leiterplatte 11 und das Gehäuse KT des Geräts KK elektrisch.
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Die oben genannten Begriffe „parallel“ und „vertikal“ bedeuten nicht zwangsläufig, dass Parallelität und Vertikalität unbedingt erforderlich sind. Solange die (später erwähnte) Induktivität auch nur geringfügig zunimmt, ist eine strenge Parallelität nicht erforderlich, und eine strenge Vertikalität ist nicht erforderlich.
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<Betrieb von Ausführungsform 1>
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3A ist eine perspektivische Ansicht, die den Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
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3B ist eine Querschnittsansicht, die den Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
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Der Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 wird anhand von 3A und 3B erläutert.
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Wenn ein Blitzschlag oder ähnliches auftritt und eine Überspannung (nicht dargestellt), die durch den Blitzschlag oder ähnliches verursacht wird, an das Gerät KK angelegt wird, reagiert der Überspannungsableiter 12 auf die Überspannung und ein Spitzenstrom SC fließt, wie durch gestrichelte Pfeile in der Überspannungsschutzschaltung 10 dargestellt. Konkret fließt der Spitzenstrom SC vom Varistor VR (in 1 dargestellt) über den Überspannungsableiter 12, den Leiterdraht 14 und das Stabelement 13 in das Gehäuse KT des Geräts KK, wie durch die gestrichelten Pfeile gezeigt.
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<Vorteilhafte Wirkung von Ausführungsform 1>
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4A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Spitzenstrom SC und einem Magnetfeld JK in Ausführungsform 1 zeigt.
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4B ist eine Querschnittsansicht, die die Beziehung zwischen dem Spitzenstrom SC und dem Magnetfeld JK in Ausführungsform 1 zeigt.
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Eine vorteilhafte Wirkung der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 wird anhand von 4A und 4B erläutert.
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Wenn der Spitzenstrom SC entlang des Leiterdrahtes 14 fließt, d.h. in der XY-Ebene, wie durch die Pfeile in den 3A und 3B gezeigt, wird das Magnetfeld JK, das durch die Innen- und Außenseite des Stabelements 13, das sich in Richtung der Z-Achse erstreckt, gemäß der rechten Korkenzieherregel verursacht, wie durch gestrichelte Pfeile in den 4A und 4B gezeigt. Da das Stabelement 13 Magnetismus aufweist und daher das oben erwähnte Magnetfeld JK durch das Innere des Stabelements 13 verläuft, erhöht sich die Induktivität des Leiterdrahts 14 im Vergleich zu dem Fall, dass kein Stabelement 13 vorhanden ist. Dadurch kann eine schnelle Änderung des Spitzenstroms SC sanft gestaltet werden, d.h. durch die erhöhte Induktivität des Leiterdrahtes 14 wie bei herkömmlichen Überspannungsschutzschaltungen verhindert werden.
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In der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 entfällt durch die Annahme der oben erwähnten Konfiguration des Leiterdrahtes 14 des Stabelements 13 die Notwendigkeit, eine Spule anzuordnen, die Raum für die Platzierung über der gedruckten Leiterplatte 11 benötigt, wobei der Raum im Vergleich zum Überspannungsableiter 12 usw. groß ist. Infolgedessen kann die Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 im Vergleich zu herkömmlichen Überspannungsschutzschaltungen verkleinert werden.
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<Vergleich mit Vergleichsbeispiel>
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5A ist eine Ansicht (Ansicht der Konfiguration gemäß Ausführungsform 1), die einen Vergleich zwischen der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 und einer Überspannungsschutzschaltung, die ein Vergleichsbeispiel ist, zeigt.
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5B ist eine Ansicht (Ansicht der Konfiguration des Vergleichsbeispiels), die den Vergleich zwischen der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 und der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel ist, zeigt.
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Ein Vergleich zwischen einer Wirkung der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 und einer Wirkung der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel darstellt, wird anhand von 5A und 5B erläutert.
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In der Überspannungsschutzschaltung 10 nach Ausführungsform 1 und in der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel darstellt, wird als Stabelement 13 eine Eisenschraube verwendet, deren relative Permeabilität größer oder gleich 1.000 ist.
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Die Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß der Ausführungsform hat eine Induktivität, die theoretisch und ungefähr 30nH entspricht, weil der Leiterdraht 14 so ausgebildet ist, dass er sich entlang der virtuellen Spiralform KRK auf engem Raum in der Nähe des Stabelements 13 erstreckt.
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Im Gegensatz dazu wird in der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel darstellt, ein Leiterdraht 14X aus einem geraden Draht und einem gefalteten Draht gebildet, anstatt so ausgebildet zu sein, dass er sich entlang einer virtuellen Spiralform KRK erstreckt, um eine Induktivität von ungefähr 30nH zu verursachen, was der oben erwähnten Induktivität entspricht.
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Der Leiterdraht 14X hat eine Drahtbreite von 3 mm und weist typischerweise 0,6 nH/mm auf. Infolgedessen sollte die Gesamtlänge des Leiterdrahtes 14X (die Länge einer abwechselnd langen und kurzen gestrichelten Linie in 5B) etwa 50 mm betragen. Es wird daher gesagt, dass der Raum für die Bildung des Leiterdrahtes 14 in der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 klein ist im Vergleich zu dem Raum für die Bildung des Leiterdrahtes 14X in der Überspannungsschutzschaltung, die das Vergleichsbeispiel ist.
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<Variante>
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<Variante des Leiterdrahtes 14>
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6 zeigt eine Variante 1 eines Leiterdrahtes 14.
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Der Leiterdraht 14 kann mehrmals, z. B. zweimal, gewickelt werden, anstatt nur einmal gewickelt zu sein (wie in 2A dargestellt). Dadurch kann die Induktivität des Leiterdrahtes 14 weiter erhöht werden und folglich eine schnelle Änderung des Spitzenstroms SC stärker verhindert werden.
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7A ist eine Ansicht (Ansicht einer Vorderseite), die die Variante 2 des Leiterdrahtes 14 zeigt.
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7B ist eine Ansicht (Ansicht einer Rückseite), die die Variante 2 des Leiterdrahtes 14 zeigt. 7B zeigt im Detail die Rückseite, die von der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11 aus gesehen durch die gedruckte Leiterplatte betrachtet wird.
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Der Leiterdraht 14 kann sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite einer gedruckten Leiterplatte 11 mit zwei Lagen ausgebildet sein, anstatt insgesamt nur auf der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11 (wie in 2A dargestellt). Zum Beispiel kann ein Leiterdraht 14A, der eine Hälfte des Leiterdrahtes 14 ist, auf der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11 gebildet werden, wie in 7A gezeigt, und ein Leiterdraht 14B, der die verbleibende Hälfte des Leiterdrahtes 14 ist, kann auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 11 gebildet werden, wie in 7B gezeigt. Der Leiterdraht 14A und der Leiterdraht 14B sind z. B. durch die die gedruckte Leiterplatte 11 durchdringenden Löcher TH1 und TH2 verbunden. Dadurch kann beispielsweise die Flexibilität in Bezug auf Größen, Formen, Positionen usw. der elektrischen und elektronischen Komponenten, die auf der gedruckten Leiterplatte 11 angeordnet werden sollen, verbessert werden.
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Alternativ kann der Leiterdraht 14 auf beiden Seiten einer gedruckten Leiterplatte 11 mit mehreren Lagen (nicht abgebildet) und zwischen den Lagen ausgebildet werden, anstatt auf der gedruckten Leiterplatte 11 mit zwei Lagen ausgebildet zu werden.
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8A ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 180 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 zeigt.
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8B ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 135 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 zeigt.
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8C ist eine Ansicht (Ansicht von ungefähr 90 Grad), die Variante 3 des Leiterdrahtes 14 zeigt.
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Anstatt entlang der virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet zu werden, dass er eine Länge hat, die ungefähr 270 Grad entspricht (dargestellt in 2A), kann der Leiterdraht 14 entlang einer virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet werden, dass er eine Länge hat, die ungefähr 180 Grad entspricht, wie in 8A gezeigt, entlang einer virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet sein, dass er eine Länge hat, die ungefähr 135 Grad entspricht, wie in 8B gezeigt, oder entlang einer virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet sein, dass er eine Länge hat, die ungefähr 90 Grad entspricht, wie in 8C gezeigt.
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In dem Leiterdraht 14 von Variante 3 mit der oben erwähnten Konfiguration wird die Induktivität des Leiterdrahtes 14 zwar nicht in dem Maße erhöht, wie die des Leiterdrahtes 14 mit einer Länge, die ungefähr 270 Grad in Ausführungsform 1 entspricht, aber der Leiterdraht 14 kann zum Beispiel auf eine geeignete Länge, eine geeignete Form usw. unter dem Gesichtspunkt der Größe des Raumes auf der Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 11 und der Größe der gedruckten Leiterplatte, die erforderlich ist, um die Induktivität zu erhöhen, angepasst werden.
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Die virtuelle Spiralform KRK, in der der Leiterdraht 14 verdrahtet ist, kann im Uhrzeigersinn ausgerichtet sein (dargestellt in 8), anstatt gegen den Uhrzeigersinn von einer Außenseite zu einer Innenseite ausgerichtet zu sein (dargestellt in 2A).
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Der Leiterdraht 14 kann durch selektive Kombination der oben genannten Konfiguration des mehrmaligen Aufwickelns eines Leiterdrahtes (dargestellt in 6), der oben genannten Konfiguration des Ausbildens eines Leiterdrahtes auf den Flächen und zwischen den Lagen (dargestellt z.B. in 7) und der oben genannten Konfiguration des Ausbildens eines Leiterdrahtes entlang eines Teils einer virtuellen Spiralform KRK (dargestellt in 8) eingerichtet sein.
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<Variante des Stabelements 13>
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Das Stabelement 13 kann jede beliebige Form haben, solange es Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist, und kann statt einer Schraube auch ein Nagel, ein Vierkantstab, ein Block oder ähnliches sein.
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Das Stabelement 13 kann die gleiche Länge wie das Teil KK1 des Gehäuses KT des Geräts KK oder eine Länge haben, die über die Länge des Teils KK1 hinausgeht, anstatt eine Länge zu haben, die etwa der Hälfte der Länge des Teils KK1 entspricht.
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<Variante des Überspannungsableiters 12>
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Anstatt einen Blitzableiter als Überspannungsableiter 12 zu verwenden, kann auch ein anderes Halbleiterelement, wie z. B. ein Varistor, oder beide verwendet werden.
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Der Überspannungsableiter 12 kann anstelle der ersten und zweiten Stromquellendrähte PL1 und PL2 zur Zufuhr von Energie an eine Kommunikationsleitung, z. B. eine Telefonleitung, angeschlossen werden.
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<Variante des Geräts KK>
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Anstelle des Teils KK1 des Gehäuses KT des Geräts KK kann ein Abstandshalter verwendet werden, der ein Element ist, das getrennt vom Gerät KK angeordnet ist.
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Das Gehäuse KT des Geräts KK kann neben der Leitfähigkeit auch Magnetismus aufweisen.
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Das Gerät KK kann die Zufuhr der Energie eines Dreiphasen-Wechselstroms oder die Energie eines Gleichstroms empfangen, anstatt die Zufuhr der Energie des Einphasen-Wechselstroms über die ersten und zweiten Stromquellendrähte PL1 und PL2 zu empfangen.
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Ausführungsform 2.
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<Ausführungsform 2>
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Es wird die Ausführungsform 2 einer Überspannungsschutzschaltung erläutert.
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<Konfiguration von Ausführungsform 2>
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9A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
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9B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 zeigt, entlang einer XZ-Ebene 200 von 9A.
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Die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 wird anhand von 9A und 9B erläutert.
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Die Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 umfasst eine gedruckte Leiterplatte 21, einen Überspannungsableiter 22, ein Stabelement 23 und einen Leiterdraht 24, wie die Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 (dargestellt in 2).
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Die Konfiguration und die Funktionen der gedruckten Leiterplatte 21 und des Überspannungsableiters 22 nach Ausführungsform 2 sind grundsätzlich die gleichen wie die der gedruckten Leiterplatte 11 und des Überspannungsableiters 12 nach Ausführungsform 1.
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Während das Stabelement 23 von Ausführungsform 2 wie das Stabelement 13 von Ausführungsform 1 Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist, ist das Stabelement 23 im Gegensatz zum Stabelement 13 von Ausführungsform 1 keine Schraube, sondern ein Abstandshalter. Das Stabelement 23 hat zum Beispiel die Form einer Säule oder eines Rohres. Das Stabelement 23 ist mechanisch an dem Gerät KK befestigt (nicht abgebildet). Das Stabelement 23 ist außerdem mit einer Schraube 25 zur Befestigung über ein Loch AN der gedruckten Leiterplatte 21 verschraubt. Dadurch sind die gedruckte Leiterplatte 21 und ein Gehäuse KT des Geräts KK mechanisch miteinander verbunden.
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In diesem Fall muss die Schraube 25 zur Befestigung nur über den oben erwähnten mechanischen Befestigungsmechanismus verfügen. Aus diesem Grund muss die Schraube 25 zur Befestigung keine Leitfähigkeit oder Magnetismus aufweisen, im Gegensatz zu dem Stabelement 13 von Ausführungsform 1, d.h. einer Schraube, die Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist. Daher kann die Schraube 25 zur Befestigung z. B. aus Kunststoff hergestellt werden.
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Der Leiterdraht 24 von Ausführungsform 2 ist mit einem Ende mit dem Überspannungsableiter 22 und mit dem anderen Ende mit dem Stabelement 23 verbunden und ist so ausgebildet, dass er das Stabelement 23 umgibt, wie der Leiterdraht 14 von Ausführungsform 1.
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Andererseits ist der Leiterdraht 24 von Ausführungsform 2 im Gegensatz zu dem Leiterdraht 14 von Ausführungsform 1 auf einer Rückseite der gedruckten Leiterplatte 21 ausgebildet.
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Aufgrund der oben erwähnten mechanischen Befestigung zwischen dem Stabelement 23 und dem Gerät KK und der oben erwähnten Schraubbefestigung mit der Schraube 25 zur Befestigung durch das Loch AN der gedruckten Leiterplatte 21 ist der auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 21 ausgebildete Leiterdraht 24 elektrisch mit dem Stabelement 23 und dem Gehäuse KT des Geräts KK verbunden.
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<Betrieb von Ausführungsform 2>
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Der Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 ist der gleiche wie der der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 (dargestellt in 3 und 4).
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<Vorteilhafte Wirkung von Ausführungsform 2>
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In der Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß Ausführungsform 2 ist der auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 21 ausgebildete Leiterdraht 24 direkt und elektrisch mit dem Stabelement 23 verbunden, genauer gesagt mit dem Stabelement 23, das Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist und als Abstandshalter zwischen der gedruckten Leiterplatte 21 und dem Gerät KK dient. Somit muss die Schraube 25 zur Befestigung in Ausführungsform 2 keine Leitfähigkeit oder Magnetismus aufweisen, im Gegensatz zu dem Stabelement 13 von Ausführungsform 1, das eine Schraube ist, die Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist. Daher müssen beispielsweise bei der Auswahl eines Schraubentyps 25 zur Befestigung unter mehreren Typen von Kandidaten für die Schraube 25 zur Befestigung keine elektrischen Eigenschaften wie Leitfähigkeit und Magnetismus berücksichtigt werden. Dadurch kann ein Typ einer Schraube 25 zur Befestigung im Vergleich zu Ausführungsform 1 freier gewählt werden und kann beispielsweise unter Berücksichtigung lediglich mechanischer Eigenschaften und der Verarbeitbarkeit der mechanischen Baugruppe ausgewählt werden.
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<Variante>
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<Variante der Schraube 25 zur Befestigung>
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Die Schraube 25 zur Befestigung und das Loch AN müssen nicht unbedingt verwendet werden, solange der Leiterdraht 24 und das Stabelement 23 elektrisch verbunden sind und der Leiterdraht 24 so angeordnet ist, dass er das Stabelement 23 umgibt. So kann beispielsweise ein Abschnitt einer Oberseite, an dem das Stabelement 23 die gedruckte Leiterplatte 21 berührt, konvex geformt sein, und dieser konvex geformte Abschnitt der Oberseite kann verwendet werden, um das Stabelement 23 an der gedruckten Leiterplatte 21 zu positionieren. Beispielsweise kann der Abschnitt der Oberseite, an dem das Stabelement 23 mit der gedruckten Leiterplatte 21 in Berührung kommt, alternativ konvex geformt und mit einem Gewinde versehen sein, und die gedruckte Leiterplatte 21 kann durch Festziehen einer Mutter oder dergleichen an dem konvex geformten und mit einem Gewinde versehenen Abschnitt der Oberseite befestigt sein.
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Die Schraube 25 zur Befestigung kann die gleiche Länge wie das Stabelement 23 oder eine Länge haben, die über die Länge des Stabelements 23 hinausgeht, anstatt eine Länge zu haben, die etwa der Hälfte der Länge des Stabelements 23 entspricht.
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<Variante des Leiterdrahtes 24>
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Der Leiterdraht 24 kann mehrfach gewickelt sein (dargestellt in 6), er kann auf beiden Seiten einer gedruckten Leiterplatte 21 und zwischen den Lagen ausgebildet sein (dargestellt in 7), er kann entlang einer virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet sein, dass er eine Länge hat, die ungefähr 180 Grad, ungefähr 135 Grad oder ungefähr 90 Grad entspricht (dargestellt in 8), oder er kann so eingerichtet sein, dass er eine Kombination dieser Konfigurationen hat, wie eine Variante des Leiterdrahtes 14 von Ausführungsform 1.
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Ausführungsform 3.
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<Ausführungsform 3>
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Es wird die Ausführungsform 3 einer Überspannungsschutzschaltung erläutert.
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Konfiguration von Ausführungsform 3>
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10A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
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10B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 zeigt, entlang einer XZ-Ebene 300 von 10A.
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Die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 wird anhand von 10A und 10B erläutert.
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Die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 umfasst eine gedruckte Leiterplatte 31, einen Überspannungsableiter 32, ein kegelstumpfförmiges Element 33, das eine kegelstumpfförmige Kegelform aufweist und einen Leiterdraht 34, wie die Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 (dargestellt in 2).
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Die Konfiguration und die Funktionen der gedruckten Leiterplatte 31 und des Überspannungsableiters 32 nach Ausführungsform 3 sind grundsätzlich die gleichen wie die Konfiguration und die Funktionen der gedruckten Leiterplatte 11 und des Überspannungsableiters 12 nach Ausführungsform 1.
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Ein Gehäuse KT des Geräts KK + 3 ist im Gegensatz zum Gehäuse KT des Geräts KK von Ausführungsform 1 aus einem Material hergestellt, das Leitfähigkeit und Magnetismus aufweist.
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Das kegelstumpfförmige Element 33 ist ein Teil des Gehäuses KT des Geräts KK, genauer gesagt ein Abschnitt, in dem ein Teil des Gehäuses KT des Geräts KK durch Pressung oder dergleichen in eine Trapezform oder dergleichen gebracht wird. In einer Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 33 ist ein Loch AN2 ausgebildet.
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Die gedruckte Leiterplatte 31 und das Gehäuse KT des Geräts KK werden mechanisch durch eine Schraubbefestigung mit einer Schraube 35 zur Befestigung über ein Loch AN der gedruckten Leiterplatte 31 und des Lochs AN2 des kegelstumpfförmigen Elements 33 aneinander befestigt.
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Da die Schraube 35 zur Befestigung hier nicht wie die Schraube 25 zur Befestigung von Ausführungsform 2 Leitfähigkeit oder Magnetismus aufweisen muss, ist die Schraube 35 zur Befestigung aus einem beliebigen Material hergestellt.
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<Betrieb von Ausführungsform 3>
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Der Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 ist der gleiche wie der der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 (dargestellt in 3 und 4).
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<Vorteilhafte Wirkung von Ausführungsform 3>
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Die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 hat anstelle des Stabelements 23 von Ausführungsform 2 das kegelstumpfförmige Element 33. Das kegelstumpfförmige Element 33 ist ein Teil des Gehäuses KT des Geräts KK, d. h. ein mit dem Gehäuse KT des Geräts KK integrierter Teil, im Gegensatz zu dem Stabelement 23, das ein separat vom Gehäuse KT des Geräts KK angeordneter Abstandshalter ist. Dadurch kann bei der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 beispielsweise die Anzahl der zu befestigenden Teile und die Anzahl der zu montierenden Teile im Vergleich zur Überspannungsschutzschaltung 20 nach Ausführungsform 2 reduziert werden.
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<Variante>
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<Variante des kegelstumpfförmigen Elements 33>
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Das kegelstumpfförmige Element 33 kann durch Anbringen des kegelstumpfförmigen Elements am Gehäuse KT des Geräts KK durch Schweißen oder elektrisch leitenden Klebstoff oder durch Einpressen des kegelstumpfförmigen Elements in das Gehäuse KT angeordnet werden, anstatt durch die oben erwähnte Formgebung, wie z. B. Pressung.
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<Variante der Schraube 35 zur Befestigung>
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Anstelle des Eindringens in das kegelstumpfförmige Element 33, muss die Schraube 35 zur Befestigung nicht in das kegelstumpfförmige Element 33 eindringen, solange die Schraube zur Befestigung die gedruckte Leiterplatte 31 an dem kegelstumpfförmigen Element 33 befestigen kann.
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Die Schraube 35 zur Befestigung und das Loch AN müssen nicht unbedingt verwendet werden, solange der Leiterdraht 34 und das kegelstumpfförmige Element 33 elektrisch verbunden sind und der Leiterdraht 34 so angeordnet ist, dass er das kegelstumpfförmige Element 33 umgibt, wie in Ausführungsform 2. Beispielsweise kann die gedruckte Leiterplatte 31 durch Verwendung eines konvex geformten Abschnitts der Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 33, um das kegelstumpfförmige Element 33 an der gedruckten Leiterplatte 31 zu positionieren, oder durch Festziehen einer Mutter oder dergleichen an einem konvex geformten und mit einem Gewinde versehenen Abschnitt der Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 33 befestigt werden, wie im Fall von Ausführungsform 2.
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<Variante des Leiterdrahtes 34>
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Der Leiterdraht 34 kann mehrfach gewickelt sein (dargestellt in 6), er kann auf beiden Seiten einer gedruckten Leiterplatte 21 und zwischen den Lagen ausgebildet sein (dargestellt in 7), er kann entlang einer virtuellen Spiralform KRK so ausgebildet sein, dass er eine Länge hat, die ungefähr 180 Grad entspricht (dargestellt in 8), oder er kann so eingerichtet sein, dass er eine Kombination dieser Konfigurationen hat, wie eine Variante des Leiterdrahtes 14 von Ausführungsform 1.
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Ausführungsform 4.
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<Ausführungsform 4>
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Es wird die Ausführungsform 4 einer Überspannungsschutzschaltung erläutert.
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<Konfiguration von Ausführungsform 4>
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11A ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
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11B ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 zeigt, entlang einer XZ-Ebene 400 von 11A.
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Die Konfiguration der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 wird anhand von 11A und 11B erläutert.
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Die Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 umfasst eine gedruckte Leiterplatte 41, einen Überspannungsableiter 42, ein kegelstumpfförmiges Element 43 und einen Leiterdraht 44, wie die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 (dargestellt in 10).
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Das kegelstumpfförmige Element 43 von Ausführungsform 4 unterscheidet sich von dem kegelstumpfförmigen Element 33 von Ausführungsform 3 dadurch, dass der Außendurchmesser 43KE einer Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 43 größer ist als der Innendurchmesser 44KE des Leiterdrahts 44. Der Außendurchmesser 43KE der Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 43 ist der Durchmesser der Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 43 mit einer annähernd kreisförmigen Form. Der Innendurchmesser 44KE des Leiterdrahtes 44 ist etwa doppelt so lang wie der Abstand 44KY im Leiterdraht 44 zwischen einem Punkt PT, an dem der entlang einer virtuellen Spiralform KRK spiralförmig ausgebildete Leiterdraht 44 etwa rechtwinklig zu einer Mittellinie CS gebogen ist, und der Mittellinie CS, wie in 11A dargestellt.
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Der Außendurchmesser 43KE der Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 43 entspricht „dem Durchmesser der Oberseite eines Elements“. Der Innendurchmesser 44KE des Leitungsdrahtes 44 entspricht „dem Durchmesser eines virtuellen Kreises, der durch mindestens einen Teil einer virtuellen Spiralform eines Leiterdrahtes definiert ist“.
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In dem kegelstumpfförmigen Element 43 ist ferner eine Kerbe 46 ausgebildet, wie in 11B dargestellt. Die Kerbe 46 hat eine Form, die sicherstellt, dass das kegelstumpfförmige Element 43 in der Regel nicht mit dem gesamten Leiterdraht 44 elektrisch verbunden ist, wie in 11B gezeigt, während sie sicherstellt, dass das kegelstumpfförmige Element 43 ausnahmsweise nur mit einem kreisförmigen Bereich RY des Leiterdrahtes 44 elektrisch verbunden ist, der in der Nähe der Schraube 45 zur Befestigung liegt, wie in 11A gezeigt.
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<Betrieb von Ausführungsform 4>
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Der Betrieb der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 ist der gleiche wie der der Überspannungsschutzschaltung 10 gemäß Ausführungsform 1 (dargestellt in 3 und 4).
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<Vorteilhafte Wirkung von Ausführungsform 4>
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12 zeigt ein Magnetfeld, das durch die Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 verursacht wird.
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13 zeigt ein Magnetfeld, das durch die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 verursacht wird, was ein Vergleichsbeispiel darstellt.
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In der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3, die ein Vergleichsbeispiel darstellt, ist der Außendurchmesser 33KE des kegelstumpfförmigen Elements 33 kleiner als der Innendurchmesser 34KE des Leiterdrahts 34, wie in 13 gezeigt, im Gegensatz zu der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4. Aus diesem Grund, während ein Hauptteil JK3(A) eines Magnetfeldes JK3, das durch den Fluss eines Spitzenstroms SC durch den Leiterdraht 34 (dargestellt in 3) verursacht wird, durch die Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 33 verläuft, verläuft ein Teil JK3(B) des Magnetfeldes JK3 nicht durch die Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 33.
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In der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 ist der Außendurchmesser 43KE des kegelstumpfförmigen Elements 43 größer als der Innendurchmesser 44KE des Leiterdrahts 44, im Gegensatz zu der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3, wie oben unter Bezugnahme auf 12 erwähnt. Aus diesem Grund verläuft das gesamte Magnetfeld JK4, das durch den Fluss eines Spitzenstroms SC durch den Leiterdraht 44 verursacht wird, durch die Oberseite des kegelstumpfförmigen Elements 43. Daher kann in der Überspannungsschutzschaltung 40 gemäß Ausführungsform 4 die Induktivität im Vergleich zu derjenigen in der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß Ausführungsform 3 weiter erhöht werden, und folglich eine schnelle Änderung des Spitzenstroms SC weiter verhindert werden.
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<Variante>
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<Variante der Kerbe 46>
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Um die Isolierung zwischen dem Leiterdraht 44 und dem kegelstumpfförmigen Element 43 zu gewährleisten, kann zwischen dem Leiterdraht 44 und dem kegelstumpfförmigen Element 43 ein isolierendes Folienelement anstelle der oben erwähnten Kerbe 46 angeordnet werden.
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Wenn der Leiterdraht 44 beispielsweise auf einer Vorderseite der gedruckten Leiterplatte 41 und zwischen Lagen der gedruckten Leiterplatte 41 und nicht auf einer Rückseite der gedruckten Leiterplatte 41 ausgebildet ist, muss die Kerbe 46 nicht ausgebildet werden.
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Es versteht sich, dass die oben erwähnten Ausführungsformen kombiniert werden können, und jede Komponente in jeder Ausführungsform weggelassen oder verändert werden kann, wie es angemessen ist, oder jede Komponente hinzugefügt werden kann, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Überspannungsschutzschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise in Überspannungsschutzsystemen verwendet werden, die ein Halbleiterelement zum Schutz von Schaltungen und Elementen vor einem Blitzeinschlag oder dergleichen vor einem schnellen Anstieg eines Stroms schützen, wobei der schnelle Anstieg vom Blitzeinschlag oder dergleichen herrührt.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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10: Überspannungsschutzschaltung, 11: gedruckte Leiterplatte, 12: Überspannungsableiter, 13: Stabelement, 14: Leiterdraht, 14A: Leiterdraht, 14B: Leiterdraht, 14X: Leiterdraht, 20: Überspannungsschutzschaltung, 21: gedruckte Leiterplatte, 22: Überspannungsableiter, 23: Stabelement, 24: Leiterdraht, 25: Schraube zur Befestigung, 30: Überspannungsschutzschaltung, 31: gedruckte Leiterplatte, 32: Überspannungsableiter, 33: kegelstumpfförmiges Element, 33KE: Außendurchmesser, 34: Leiterdraht, 34KE: Innendurchmesser, 35: Schraube zur Befestigung, 40: Überspannungsschutzschaltung, 41: gedruckte Leiterplatte, 42: Überspannungsableiter, 43: kegelstumpfförmiges Element, 43KE: Außendurchmesser, 44: Leiterdraht, 44KE: Innendurchmesser, 44KY: Abstand, 45: Schraube zur Befestigung, 46: Kerbe, 100: XZ-Ebene, 200: XZ-Ebene, 300: XZ-Ebene, 400: XZ-Ebene, AN: Loch, AN2: Loch, CS: Mittellinie, GL: elektrisches Erdungspotential, JK: Magnetfeld, JK3: Magnetfeld, JK4: Magnetfeld, KK: Gerät, KK1: Teil, KR: Schaltung, KRK: Virtuelle Spiralform, KT: Gehäuse, KTN: Schnittpunkt, PL1: Erster Stromquellendraht, PL2: Zweiter Stromquellendraht, RY: Bereich, SC: Spitzenstrom, TH1: Durchgangsloch, TH2: Durchgangsloch, TN1: Erste Klemme, TN2: Zweite Klemme, und VR: Varistor.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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