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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet von Blitzschutzgeräten, insbesondere ein Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit.
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Stand der Technik
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Mit der schnellen Entwicklung der Kommunikationsindustrie stellt die rasche Evolution des Terminals und mobilen Internets in die kommende 5te Generation eine höhere Anforderung an den Fortschritt des mobilen Netzwerks. Mobilfunk-Basisstationen in höherer Dichte werden benötigt, um die Beschleunigung und Intellektualisierung der Kommunikation zu erreichen. Nach dem Bedarf durch die Montagestelle sollen diese vielzähligen Basisstationen eine sehr kleine Dicke und Volumen, einfache Installation und Herstellbarkeit, sowie hohe Eigenschaften aufweisen. Daher erscheinen mehre verkleinerte Basisstationen mit einer großen Reichweite, einer einfachen Aufstellung und einem wenigen Energieverbrauch, zu denen ein verkleinertes Onboard-Blitzschutzgerät (hierunter als SPD verkürzt) gehört.
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Bei den vorherigen Mobilfunk-Basisstationen wird meist SPD verwendet, das durch Führungsschiene eingesteckt und entfernt werden kann. Das SPD dieser Art basiert auf das Prinzip eines Varistors, einer Funkstrecke oder eines Gasentladungsrohrs und weist die Eigenschaften wie eine große Durchflusskapazität, einen Indikator für die Funktionalität und einen einfachen Austausch auf. Gleichzeitig hat dies aber wegen der Beschränkung des Aufbaus und Elements auch ein großes Volumen. Während der weiteren Entwicklung der Kommunikationsindustrie sind das mittels der Führungsschiene einsteckbare und entfernbare SPD durch das an einer Leiterplatte montierte SPD, das ein kleineres Volumen aufweist, ersetzt. Dieses an einer Leiterplatte verschweißte Produkt nutzt noch die Ausgestaltung des Varistors und Gasentladungsrohrs, aber dabei wird auf die Führungsschiene und eine Steckdose verzichtet. Es hat sich herausgestellt, dass das an einer Leiterplatte montierte SPD die Anforderung an Verkleinerung erfüllen kann. Bei der Anwendung des Gleichstroms mit einer hohen Spannung in der Kommunikationsindustrie muss wegen der Beschränkung der Parameter und Größe des Varistors und Gasentladungsrohrs bei der herkömmlichen Leiterplatte-Montage der Varistor vergrößert und verdickt werden, um eine größere Durchflussmenge sowie eine höhere Betriebsspannung zu erzielen. Die Größe des Gasentladungsrohr wird auch mit der Durchflussmenge vermehrt. Es wäre nicht mehr leicht möglich, die Verkleinerung mittels dem herkömmlichen Varistors und Gasentladungsrohr zu realisieren.
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Bei dem bisherigen SPD für Leiterplatte handelt es sich um ein auf Varistor und Gasentladungsrohr basierendes Produkt, bei dem die Fläche des Varistors zur Durchflussmenge und die Dicke zur Spannung proportional ist. Bei einer höheren Spannung und größeren Durchflussmenge muss ein dickere, größere Varistor verwendet werden, um die Anforderung an die Parameter zu erfüllen. Jedoch weist ein Gasentladungsrohr zumeist nur eine einzige Funkenstrecke auf, was zu den Problemen mit der Lichtbogenlöschung und mit dem Unterbruch des Freilaufs führt. Für ein Wechselstromsystem kann üblicherweise die Lichtbogenlöschung durch Nulldurchgang des Wechselstroms erfolgen. Für ein Gleichstromsystem kann dagegen wegen der sehr kleinen Erniedrigung (normalerweise nur etwa ein Dutzend Volt) der Lichtbogenspannung nach der Ableitung in einer einzigen Funkenstrecke der Freilauf des Gleichstroms nicht unterbrochen werden, so dass das Gasentladungsrohr bei einem kleinen Widerstand eingeschaltet wird und durch Überhitze beschädigt wird. Mit einer Reihenschaltung aus dem Varistor und dem Gasentladungsrohr kann gegebenenfalls der Freilauf unterbrochen werden, aber sie kann nicht in einer kleinen Größe umgesetzt werden, da die Spannung und Durchflussfähigkeit von der Dicke und Fläche des Varistors begrenzt werden.
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Inhalt der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit bereitzustellen, um ein verkleinertes Blitzschutzgerät mit schneller Trennung durch thermische Auslösung zur Verfügung zu stellen.
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Bei der technischen Lösung zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung handelt sich um:
- Ein Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit, umfassend ein äußeres Gehäuse, ein unteres Gehäuse, ein oder mehrere Module aus laminiertem Graphit, ein Auslöseschaltungsmodul und eine Zwischenelektrode; wobei jedes äußere Gehäuse mit dem unteren Gehäuse verbunden ist; wobei das Modul aus laminiertem Graphit an einem oberen Ende des unteren Gehäuses angeordnet ist; wobei das Modul aus laminiertem Graphit einen Rahmen, Fixierungsplatten, ein Blech, eine Elektrode, Graphitplatten und Isolierungsschichten umfasst; wobei die Graphitplatten und die Isolierungsschichten miteinander laminiert in dem Rahmen eingebaut sind; wobei die Graphitplatten an dem oberen und unteren Enden jeweils mit dem Blech und der Elektrode verbunden sind; wobei die Fixierungsplatten jeweils an einem oberen Ende des Blechs und an einem unteren Ende der Elektrode angeordnet sind; wobei die Fixierungsplatten an dem Rahmen befestigt sind; wobei Stifte der Zwischenelektrode an der Fixierungsplatte für das Modul aus laminiertem Graphit verschweißt sind; wobei zwischen dem Modul aus laminiertem Graphit und der Zwischenelektrode eine Lichtbogenisolierungsanordnung vorgesehen ist, die nach einer durch thermische Auslösung bedingten Trennung die Zwischenelektrode und das Modul aus laminiertem Graphit voneinander isoliert; und wobei das Auslöseschaltungsmodul mit den einzelnen Graphitplatten des Moduls aus laminiertem Graphit verbunden ist.
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Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik die folgenden signifikant vorteilhaften Aspekte auf:
- (1) Bei der Erfindung wird die Ausgestaltung mehrerer Schichten von Graphit und dazwischen isolierenden Funkenstrecken verwendet, bei der die kostengünstigen, einfach herstellbaren und hitzebeständigen Graphitelektroden ausgenutzt werden und die Parameter der isolierenden Funkenstrecken zwischen den Graphitschichten angemessen eingestellt werden, um den Überspannungsschutz für unterschiedliche Spannungsniveaus zu ermöglichen.
- (2) Bei der Erfindung wird eine Y-förmige symmetrische Ausgestaltung der Schaltung kombiniert mit einer Doppelauslösungsstruktur der Zwischenelektrode verwendet, so dass die Auslösungsstruktur das Blitzschutzgerät von der Schaltung abtrennt, wenn wegen Überhitze seine Eigenschaften verschlechtert werden oder es beschädigt wird, um die Funktion der schnellen Trennung durch thermische Auslösung zu erzielen.
- (3) Das erfindungsgemäße PE-Modul, L/DC+-Modul und N/DC--Modul werden mit der Zwischenelektrode durch eine Lichtbogenisolierungsanordnung verbunden, welche die Funktion der Lichtbogenisolierung effektiv erfüllt und das Feuer wegen des Lichtbogens vermeidet.
- (4) Das erfindungsgemäße PE-Modul, L/DC+-Modul und N/DC--Modul weisen einen gleichen Aufbau auf, was eine falsche Verbindung verhindern kann.
- (5) Die erfindungsgemäßen Ausgabestiften werden auf der Leiterplatte verschweißt, was die Anforderung an modernen industriellen Stromversorgungen erfüllt werden kann, wie z. B. eine starke Integration, Verkleinerung und die Fähigkeit, durch einem Wellenlöten in der Massenproduktion herzustellen. Das gesamte Produkt weist ein kleines Volumen, eine starke Durchflussfähigkeit, eine schnelle Einschaltung, und eine hohe Empfindlichkeit auf, so dass eine sehr kleine und dünne Ausgestaltung erzielt werden kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht der gesamten Struktur der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Explosionsansicht der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine schematische Strukturansicht eines L/DC+-Moduls.
- 4 zeigt eine schematische Strukturansicht eines N/DC--Moduls.
- 5 zeigt eine schematische Strukturansicht eines PE-Moduls.
- 6 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Auslöseschaltungsmoduls.
- 7 zeigt eine schematische Vorderansicht der Struktur eines inneren Gehäuses.
- 8 zeigt eine schematische Rückansicht der Struktur des inneren Gehäuses.
- 9 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Fixierungsplatte.
- 10 zeigt schematisch die Montage eines Moduls.
- 11 zeigt eine schematische Vorderansicht der Struktur eines U-förmigen Rahmens.
- 12 zeigt eine schematische Rückansicht der Struktur des U-förmigen Rahmens.
- 13 zeigt eine Y-förmige Schaltung, die durch die Verbindung zwischen der Zwischenelektrode und drei Modulen aus laminiertem Graphit ausgebildet ist.
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Ausführliche Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit den Zeichnungen und den konkreten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben.
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Mit Bezug auf 1 bis 13 umfasst ein Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit gemäß der vorliegenden Erfindung ein äußeres Gehäuse 1, ein unteres Gehäuse 2, ein Modul aus laminiertem Graphit, ein Auslöseschaltungsmodul und eine Zwischenelektrode 9.
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Das äußere Gehäuse 1 ist mit dem unteren Gehäuse 2 verbunden. Das Modul aus laminiertem Graphit ist in einer Montagenut an einem oberen Ende des unteren Gehäuses 2 angeordnet. Das Modul aus laminiertem Graphit umfasst einen Rahmen 3, Fixierungsplatten 7, ein Blech 8, eine Elektrode, Graphitplatten 10 und Isolierungsschichten 11. Die Graphitplatten 10 und die Isolierungsschichten 11 sind miteinander laminiert in dem Rahmen 3 (wie z. B. dem in der Figur gezeigten U-förmigen Rahmen) eingebaut. Die Graphitplatten sind an dem oberen und unteren Enden jeweils mit dem Blech 8 und der Elektrode verbunden. Die Fixierungsplatten 7 sind jeweils an einem oberen Ende des Blechs 8 und an einem unteren Ende der Elektrode angeordnet. Die Fixierungsplatten 7 sind mit dem Rahmen 3 fest verbunden, um das Laminat aus den Graphitplatten 10 und den Isolierungsschichten 11 klemmend zu halten. Stifte der Zwischenelektrode 9 sind jeweils an der Fixierungsplatte 7 für das Modul aus laminiertem Graphit verschweißt. Zwischen dem Modul aus laminiertem Graphit und der Zwischenelektrode 9 ist eine Lichtbogenisolierungsanordnung vorgesehen, die nach einer durch thermische Auslösung bedingten Trennung der Zwischenelektrode 9 und des Moduls aus laminiertem Graphit diese voneinander isoliert, so dass die Lichtbogenisolierung erreicht wird.
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In einigen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Module aus laminiertem Graphit vorhanden.
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Bei einer der Ausführungsformen beträgt die Anzahl an Modulen aus laminiertem Graphit zwei, umfassend ein L-Modul, ein N-Modul, und die Zwischenelektrode 9 weist zwei Stifte auf, die jeweils an den Fixierungsplatten 7 an oberen Enden des L-Moduls und N-Moduls verschweißt sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl an Modulen aus laminiertem Graphit drei, umfassend ein PE-Modul, ein L/DC+-Modul und ein N/DC--Modul, und die Zwischenelektrode 9 weist drei Stifte auf, die jeweils an den Fixierungsplatten 7 an oberen Enden des PE-Moduls, des L/DC+-Moduls und des N/DC--Moduls verschweißt sind.
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Weiterhin umfasst das Auslöseschaltungsmodul Stiftleisten 18, Kondensatoren 17, und eine Leiterplatte 16. Ein Ende der Kondensatoren 17 und ein Ende der Stiftleisten 18 sind an der Leiterplatte 16 verschweißt. Auf der Leiterplatte 16 ist zumindest eine Reihe von Stiftleisten vorgesehen, und die Anzahl an Reihen entspricht der Anzahl an Modulen aus laminiertem Graphit. Jede Reihe von Stiftleisten umfasst mehrere Gruppen von Stiftleisten, und jede Gruppe umfasst zwei Stiftleisten, wobei innerhalb des Rahmens 3 in der Höhenrichtung mehrere Reihe von Montagenuten 31 vorgesehen sind; und wobei jede Reihe von Stiftleisten in die Montagenuten 31 des Rahmens 3 eingesteckt wird, um mit den Graphitplatten 10 verbunden zu sein. Eine Stiftleiste jeder Gruppe von Stiftleisten wird über die Montagenut 31 in das Montageloch 32 an dem Rahmen 3 eingesteckt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel mit drei Modulen aus laminierten Graphit sind auf der Leiterplatte 16 drei Reihe von Stiftleisten vorgesehen, die jeweils dem PE-Modul, dem L/DC+-Modul und dem N/DC--Modul entsprechen.
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Weiterhin umfasst die Lichtbogenisolierungsanordnung ein inneres Gehäuse 5, eine Lichtbogenisolierungsplatte 4, und ein federndes Element 6. Das innere Gehäuse 5 ist an der Fixierungsplatte 7 an dem oberen Ende befestigt. Das innere Gehäuse 5 ist mit Schweißlöchern 52 versehen, und die Stifte der Zwischenelektrode 9 sind durch die Schweißlöcher 52 mit der Fixierungsplatte 7 verschweißt. An dem inneren Gehäuse 5 sind Führungsnuten 51 vorgesehen. Das federnde Element 6 und die Lichtbogenisolierungsplatte 4 sind in den Führungsnuten 51 angeordnet. Ein Ende der Lichtbogenisolierungsplatte 4 steht mit dem federnden Element 6 in Kontakt, so dass das andere Ende der Lichtbogenisolierungsplatte unter der Wirkung des federnden Elements 6 gegen die Zwischenelektrode 9 gedrückt ist. Nach einer durch thermische Auslösung bedingten Trennung der Zwischenelektrode 9 und der Fixierungsplatte 7 drückt das federnde Element 6 die Lichtbogenisolierungsplatte 4, so dass die Lichtbogenisolierungsplatte 4 die Zwischenelektrode 9 und die Fixierungsplatte 7 voneinander isoliert, um die Lichtbogenisolierung zu erreichen.
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Bei einer Ausführungsform sind an dem Boden des inneren Gehäuses 5 mehrere Montagestützen 53 vorgesehen, und in der Fixierungsplatte 7 an dem oberen Ende sind mehrere Montagelöcher 71 vorgesehen. Das innere Gehäuse 5 und die Fixierungsplatte 7 werden aneinander durch die Montage der Montagestützen 53 in den Montagelöchern 71 der Fixierungsplatte 7 befestigt.
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Weiterhin handelt es sich bei dem federnden Element 6 um eine Feder oder einen elastischen Kautschuk.
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Bevorzugt ist die Fixierungsplatte 7 an dem oberen Ende mit einem Schweißvorsprung 72 versehen, wobei sich der Schweißvorsprung 72 an der inneren Seite der Montagelöcher 71 befindet, um das Verschweißen Zwischenelektrode 9 mit dem Schweißvorsprung 72 der Fixierungsplatte 7 zu erleichtern.
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Bei einer Ausführungsform sind die Fixierungsplatten 7 an dem oberen Ende durch Schrauben 12 mit dem Rahmen 3 fest verbunden. An der Fixierungsplatte 7 am oberen Ende werden mehrere Senkbohrungen vorgesehen, mittels der die Fixierungsplatte durch Senkkopfschrauben 12 mit dem Rahmen 3 befestigt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit wird die Wärme bei der Überhitzung wegen der Überlastung in jeglichem Betriebskreislauf an einen Schweißpunkt übertragen. Wenn der Schweißpunkt die Schmelztemperatur erreicht, wird das Lötmaterial an dem Punkt für thermische Auslösung zwischen der Zwischenelektrode 9 und der Fixierungsplatte 7 geschmolzen. Die Zwischenelektrode 9 löst sich durch ihre eigene federnde Kraft von der Fixierungsplatte 7 ab. Gleichzeitig gleitet die Lichtbogenisolierungsplatte 4 entlang der Führungsnuten 51 unter der Wirkung des federnden Elements 6, so dass die Lichtbogenisolierungsplatte 4 die Zwischenelektrode 9 und die Fixierungsplatte 7 vollständig voneinander isoliert, dadurch der Lichtbogen durchgebrochen und dieser Kreislauf ausgeschaltet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Blitzschutzgerät mit Funkenstrecken zwischen laminiertem Graphit werden das äußere Gehäuse 1, das untere Gehäuse 2 und das innere Gehäuse 5 aus flammwidrigen Isolierungsmaterialien der Industriequalität hergestellt. Diese Materialien weisen ein vielfältiges Aussehen, eine Schlagfestigkeit, gute Verarbeitbarkeit und Zuverlässigkeit auf, und gewährleisten im Betrieb des Produkts die sicher isolierende elektrische Eigenschaften zwischen der Leiterplatte und den benachbarten elektronischen Elementen. Die Elektrode des PE-Moduls dient als PE-Elektrode 15, die Elektrode des L/DC+-Moduls als L/DC+-Elektrode 13, und die Elektrode des N/DC--Moduls als N/DC--Elektrode 14. In 10 ist 13/14/15 jeweils eine Elektrode aus L/DC+-Elektrode, N/DC-Elektrode, und PE-Elektrode. Die Zwischenelektrode 9 bildet zusammen mit dem PE-Modul, L/DC+-Modul und N/DC--Modul eine Doppelauslösungsstruktur, das heißt, in jeder der Verbindung (L-N, L-PE, N-PE) zwei Auslösepunkte vorliegen. Zudem weisen das PE-Modul, L/DC+-Modul und N/DC--Modul einen gleichen Aufbau auf, was eine falsche Verbindung verhindern und eine Fehlertoleranz bereitstellen kann. Bei der Erfindung wird die Ausgestaltung mehrerer Schichten von Graphit und dazwischen isolierenden Funkenstrecken verwendet, bei der die kostengünstigen, einfach herstellbaren und hitzebeständigen Graphitelektroden ausgenutzt werden und die Parameter der isolierenden Funkenstrecken zwischen den Graphitschichten angemessen eingestellt werden, um den Überspannungsschutz für unterschiedliche Spannungsniveaus zu ermöglichen. Dies löst effektiv die Probleme mit der Verkleinerung des Geräts auf einer Leiterplatte, mit seiner Anwendung bei einer hohen Spannung, mit seiner Allgemeingültigkeit sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom und mit der umgekehrten Verbindung des Schaltung, so dass es besser für die Anwendung des Blitzschutzgeräts in der modernen Kommunikation geeignet ist.
