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Die Erfindung betrifft eine Leiterkarte mit mehreren, insbesondere wenigstens vier, bevorzugt mehr als sechs, auf der Leiterkarte angeordneten Datenleitungen.
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Beim Übertragen von Signalen über größere Strecken bleiben Gleichtaktstörungen nicht aus. Diese müssen für eine störungsfreie Signalführung bedämpft werden, um einen störungsfreien Betrieb zu ermöglichen. Es ist bekannt, zum Bedämpfen von Gleichtaktstörungen, eine stromkompensierte Drossel zu verwenden. Allerdings ist eine stromkompensierte Drossel für eine große Anzahl von Leitungen nicht standardmäßig erhältlich bzw. würde sehr große Streu- und Längsinduktivitäten aufweisen. Diese sind jedoch unerwünscht. Auch der Preis ist oft ein Ausschlusskriterium für eine Drossel, wenn eine Vielzahl von Datenleitungen bedämpft werden soll.
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Insbesondere beim Betrieb von Leistungswandlern ausgelegt zum Wandeln, insbesondere bidirektionalen Wandeln, von elektrischer Leistung ≥ 1 kW, insbesondere ≥ 5 kW, mit zumindest zwei, insbesondere vier in einer Brückenschaltung angeordneten Transistoren treten oftmals große Gleichtaktstörungen auf. Diese übertragen sich oftmals über Datenleitungen oder stören diese. Dadurch kann es dazu kommen, dass Brückenschaltungen falsch angesteuert werden, was nicht selten zu deren Zerstörung führen kann. Das vermindert die Zuverlässigkeit solcher Leistungswandler erheblich. Mit der o.g. Leistung kann hier die Eingangsleistung oder Ausgangsleistung gemeint sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie Gleichtaktstörungen auf einer Vielzahl von Datenleitungen unterdrückt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Leiterkarte mit mehreren, insbesondere wenigstens vier, bevorzugt mehr als sechs, auf der Leiterkarte angeordneten Datenleitungen, die ausgelegt sind, paarweise eine elektromagnetische Welle zu übertragen, und zu einer Anschlussvorrichtung führen, wobei die Datenleitungen zumindest in einem Bereich von einer Ferritanordnung ringartig umgeben sind. Eine Ferritanordnung wirkt als stromkompensierende Drossel. Diese ist erfindungsgemäß auf der Leiterkarte, die auch die Datenleitungen aufweist, vorgesehen. Somit können Gleichtaktstörungen wirkungsvoll unterdrückt werden.
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Die Datenleitungen sind vorzugsweise paarweise parallel, insbesondere unmittelbar nebeneinander (bifilar) ausgerichtet. Somit können Hin- und Rückleiter bifilar auf der Leiterkarte angeordnet werden und insbesondere paarweise durch die ringartige Ferritanordnung hindurchgeführt werden. Dadurch können Längsinduktivitäten verringert werden.
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Alle rücklaufenden Datenleitungen können auf einem gemeinsamen Potential liegen, das insbesondere mit der Gehäusemasse verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist eine solche Leiterkarte mit umgebender Ferritanordnung um mehr als zwölf, insbesondere mehr als zwanzig Datenleitungen.
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Zwischen zumindest einer, bevorzugt mehreren, insbesondere allen Datenleitungen und der Gehäusemasse können ein und/oder mehrere Filteranordnungen, insbesondere in unmittelbarer Nähe der Ferritanordnung, angeschlossen sein.
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Die Leiterkarte kann so ausgelegt sein, dass für ein, insbesondere mehrere, bevorzugt jedes Paar von hin- und rücklaufender Datenleitung der Stromfluss beider Datenleitungen des Paares durch die Ferritanordnung sichergestellt wird. Das ist beispielsweise bei rücklaufenden Datenleitungen, die, wie oben beschrieben, mit Masse verbunden sind, keinesfalls trivial. Wenn z.B. auf beiden Seiten der Ferritanordnung eine Verbindung von Masse mit dem Gehäuse bestehen würde, so könnte sich ein rücklaufender Strom zumindest teilweise auch außerhalb der Ferritanordnung über das Gehäuse ausbilden. Das könnte dann für die Gleichtaktunterdrückung schädlich sein.
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Die Leiterkarte kann eine Brückenschaltung aufweisen. Insbesondere können dabei die Datenleitungen mit Treibern der Brückenschaltung verbunden sein. Eine Brückenschaltung weist üblicherweise wenigstens zwei in Reihe geschaltete Transistoren auf, die jeweils über einen Treiber angesteuert werden. Der eine Transistor und dessen Treiber können eine feste Verbindung zu Bezugspotential, z.B. Masse, aufweisen (low-side). Der andere Transistor (high-side) und dessen Treiber weisen eine solche feste Verbindung nicht auf. Nur wenn der low-side-Transistor eingeschaltet, also leitend, ist, so weisen high-side-Transistor und Treiber über diesen low-side-Transistor auch eine Verbindung zu diesem Bezugspotential auf. Wenn aber der low-side-Transistor nichtleitend geschaltet ist, so fällt über ihm eine hohe Spannung ab. Der high-side-Transistor und high-side-Treiber wechseln also ihr Bezugspotential mit jedem Schaltvorgang des low-side-Transistors. Der Übergang von leitendem zu nichtleitendem Transistor und umgekehrt kann und soll für eine effiziente Spannungswandlung oftmals sehr schnell erfolgen. Dadurch entstehen Störungen auch auf den Datenleitungen, die mit den Treibern verbunden sind, insbesondere mit den high-side-Treibern. Die Störungen, die durch hohe Ströme und/oder Spannungen sowie deren schnelle Übergänge in einer Brückenschaltung verursacht werden können, können sich auf den Datenleitungen fortpflanzen. Durch eine Leiterkarte mit Ferritanordnung können solche Störungen sehr gut vermindert werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn alle Datenleitungen in dem Bereich parallel verlaufen, insbesondere alle Datenleitungen im Bereich der ringartigen Ferritanordnung parallel verlaufen. Dadurch ergibt sich für alle Datenleitungen eine Gleichtaktunterdrückung.
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Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ferritanordnung die Leiterkarte umgibt. Somit kann die Leiterkarte beispielsweise in die ringartige Ferritanordnung eingeschoben werden. Die ringartige Ferritanordnung umgibt dadurch die Datenleitungen, die vorzugsweise parallel auf der Leiterkarte angeordnet sind.
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Alternativ, insbesondere, wenn die Leiterkarte eher relativ groß bauend ist, kann vorgesehen sein, dass die Leiterkarte beidseits des Bereichs, in dem die Datenleitungen angeordnet sind, zumindest eine Durchgangsausnehmung aufweist, die die Ferritanordnung aufnimmt. Somit kann in die Ferritanordnung ringartig durch die Durchgangsausnehmungen geführt werden und dadurch die Datenleitungen umgeben.
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Um die Fertigung zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, dass die Ferritanordnung zwei Ferrithalbschalen umfasst, die miteinander verbunden sind und die Datenleitungen umschließen. Die beiden Ferrithalbschalen können beispielsweise in etwa u-förmig ausgebildet sein und mit ihren Schenkeln die Durchgangsausnehmungen in der Leiterkarte durchgreifen. Die Ferrithalbschalen können miteinander verklebt sein oder mittels Klammern verbunden werden. Dadurch entsteht eine geschlossene ringartige Ferritanordnung.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Leiterkarte in dem Bereich bauelementefrei ist. Somit kann die Ferritanordnung nahe an den Datenleitungen angeordnet werden.
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Die Leiterkarte kann zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement aufweisen. Gleichtaktstörungen, die von diesem Leistungshalbleiterbauelement ausgehen, können durch die erfindungsgemäße Anordnung wirksam unterdrückt werden.
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Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung die Verwendung einer Ferritanordnung auf einer Leiterkarte im Bereich von mehreren nebeneinander angeordneten Datenleitungen zum Unterdrücken von elektromagnetischen Störungen. Somit kann auch eine Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen erfolgen, wenn keine Kabel zur Datenübertragung verwendet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können die einzelnen für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung ist in Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Leiterkarte;
- 2 eine Schnittdarstellung im Bereich der Ferritanordnung.
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Die einzige Figur zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterkarte 310, auf der mehrere Datenleitungen 312 angeordnet sind. Die Datenleitungen 312 erstrecken sich parallel. Sie sind dazu ausgelegt, paarweise eine elektromagnetische Welle zu übertragen und zu einer Anschlussvorrichtung 314 zu führen. Die Datenleitungen 312 sind von einer Ferritanordnung 316 ringartig umgeben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Leiterkarte 310 Durchgangsausnehmungen 318, 320 auf, durch die die Ferritanordnung 316 ragt. Die Anschlussvorrichtung 314 kann als Verbinder zur kabellosen Verbindung mit einer weiteren Leiterkarte 330 ausgebildet sein. Der Abstand zwischen den Durchgangsausnehmungen 318, 320 und der Anschlussvorrichtung 314 ist vorzugsweise kleiner 2 cm, insbesondere kleiner 1 cm. So kann eine Störeinkopplung elektromagnetischer Strahlung im Bereich zwischen Ferritanordnung 316 und Anschlussvorrichtung 314 vermindert werden.
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Auf der Leiterkarte 310 können Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet sein, von denen eines exemplarisch mit der Bezugsziffer 324 versehen ist.
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Die Leiterkarte 310 kann Teil eines Leistungswandlers sein, ausgelegt zum bidirektionalen Wandeln von elektrischer Leistung ≥ 1 kW, insbesondere ≥ 5 kW, insbesondere mit einer Brückenschaltung zur Wandlung dieser Leistung, insbesondere mit zumindest vier in einer Brückenschaltung angeordneten Transistoren. Die Brückenschaltung kann ebenfalls auf der Leiterkarte 310 angeordnet sein. Die Datenleitungen 312 können zumindest zum Teil zu einer Steuerungseinheit führen und an diese angeschlossen sein. Die Steuerungseinheit kann ausgelegt sein, die Transistoren der Brückenschaltung bzw. deren Treiber anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann auf einer Steuerleiterkartenanordnung angeordnet sein. Die Steuerleiterkartenanordnung kann wie die weitere Leiterkarte 330 über die Anschlussvorrichtung 314 angeschlossen sein.
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Die Störungen, die durch hohe Ströme und/oder Spannungen sowie deren schnelle Übergänge in der Brückenschaltung verursacht werden können, können sich auf den Datenleitungen 312 fortpflanzen. Durch die Ferritanordnung 316 können solche Störungen sehr gut vermindert werden.
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Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Leiterkarte 310 im Bereich der Ferritanordnung 316. Hier ist zu erkennen, dass die Ferritanordnung 316 die Durchgangsausnehmungen 318, 320 durchragt. Die Ferritanordnung 316 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Ferrithalbschalen 317, 319, die an den Stellen 321,323 miteinander verklebt sind. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Ferritanordnung 316 die Datenleitungen 312 ringartig umgibt. Weiter ist zu erkennen, dass in dem Bereich, in dem die Ferritanordnung 316 angeordnet ist, keine weiteren Bauelemente außer den Datenleitungen 312 vorgesehen sind.
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Auf die
DE 10 2014 200 858 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2014 200 858 A1 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Spannungswandler, insbesondere in der Ausführung der dort beschriebenen zweiten oder dritten Spannungswandler (
5,
6) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2014 200 858 A1 beschriebene Energiespeichersystem mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die
DE 10 2014 009 931 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2014 009 931 A1 durch Verweis einbezogen. Der dort beschriebene Spannungswandler kann eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann die dort beschriebene Steuerungseinrichtung zumindest teilweise der Steuerungseinheit entsprechen und insbesondere auf der Steuerleiterkartenanordnung angeordnet sein.
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Auf die
DE 10 2014 100 989 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2014 100 989 A1 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Spannungswandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen zweiten oder dritten Spannungswandler (
5,6) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2014 100 989 A1 beschriebene Energiespeichersystem mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die
DE 10 2014 216 289 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2014 216 289 A1 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Wandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen DC/DC-Wandler (
5,
6,
7) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2014 216 289 A1 beschriebene Batteriemanagement System (
1) und, insbesondere auch das Verfahren zur Messung des Ladezustands eines Flow-Batterie-Stacks, mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die
DE 10 2014 216 291 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2014 216 291 A1 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Wandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen DC/DC-Wandler (
5,
6,
7) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2014 216 291 A1 beschriebene Batteriemanagementsystem und, insbesondere auch das Verfahren zum Betrieb eines bidirektional betreibbaren Wechselrichters, mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden. Es kann insbesondere eine besondere Eigenschaft der dort beschriebenen DC/DC-Wandler mit einer Leiterkarte
310 sein, auch bei sehr niedrigen Spannungen, insbesondere auch bei 0V, an den Batterieanschlüssen zuverlässig betreibbar zu sein.
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Auf die
DE 10 2015 210 920 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2015 210 920 A1 durch Verweis einbezogen. Insbesondere kann die dort beschriebene hochspannungsseitige Brückenschaltung (
44) auf der hier beschriebenen Leiterkarte
310 angeordnet sein. Insbesondere kann der dort beschriebene bidirektionale Hoch-/Tiefsetzsteller (Buck Boost Converter, 45) auf der hier beschriebenen Leiterkarte
310 angeordnet sein. Insbesondere kann das in
DE 10 2015 210 920 A1 beispielsweise in
1 und der dazugehörigen Beschreibung in den Absätzen [0024] bis [0027] beschriebene Redox-Flow-Batteriesystem und, insbesondere auch das Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung, mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die
DE 10 2015 210 922 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2015 210 922 A1 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Wandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen DC/DC-Wandler (
5,
6,
7) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2015 210 922 A1 beschriebene Fluss-Batteriesystem und, insbesondere auch das Verfahren zum Laden und Entladen einer Flussbatterie, mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die
DE 10 2015 210 918 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2015 210 918 A1 durch Verweis einbezogen. Der dort beschriebene Inverter, insbesondere der dort beschriebene Hochsetzsteller (
10), kann eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann das in
DE 10 2015 210 918 A1 beschriebene System und, insbesondere auch das Verfahren zum Betrieb des Systems, mit einer wie hier beschriebenen Leiterkarte
310 besonders effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Auf die noch nicht veröffentlichte am 12.06.2018 angemeldete deutsche Patentanmeldung
DE 10 2018 209 371.7 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2018 209 371.7 durch Verweis einbezogen. Insbesondere kann die Leiterkarte
310 als eine der dort beschriebenen Leiterkarten (
10,
10.1) ausgebildet sein.
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Auf die
DE 20 2018 103 875 U1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 20 2018 103 875 U1 durch Verweis einbezogen. Insbesondere kann die Leiterkarte
310 als eine dort beschriebenen Leiterkarten (
10,
10.1) ausgebildet sein.
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Auf die
DE 10 2016 124 233 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2016 124 233 A1 durch Verweis einbezogen. Insbesondere kann eine dort beschriebene DC-Messanordnung (
7) auf der Leiterkarte
310 angeordnet sein.
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Auf die
DE 10 2016 111 997 A1 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2016 111 997 A1 durch Verweis einbezogen. Insbesondere können die dort beschriebenen Wandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen DC/DC-Wandler (
5,
6,
105,
106) eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen.
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Auf die noch nicht veröffentlichte am 26.03.2018 angemeldete deutsche Patentanmeldung
DE 10 2018 204 588.7 wird vollumfänglich Bezug genommen und deren Offenbarung zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Insbesondere wird die
DE 10 2018 204 588.7 durch Verweis einbezogen. Die dort beschriebenen Wandler, insbesondere in der Ausführung wie einer der dort beschriebenen DC/DC-Wandler (
305,
306,
307) können eine hier beschriebene Leiterkarte
310 aufweisen. Insbesondere kann eine dort beschriebene Kühlanordnung (
332) zum Kühlen eines oder mehrerer Bauteile auf der Leiterkarte
310 verwendet werden.
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Alle auf der Leiterkarte
310 gemessenen Signale, z.B. mit einer Messanordnung wie in
DE 10 2016 124 233 A1 , zumindest eine der Messeinrichtungen wie in
DE 10 2015 210 920 A1 oder einem Verfahren oder einer Messzelle wie in
DE 10 2014 216 289 A1 beschrieben, können der Steuerungseinheit, insbesondere auf der Steuerleiterkartenanordnung, insbesondere über die Datenleitungen
312 zugeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200858 A1 [0027]
- DE 102014009931 A1 [0028]
- DE 102014100989 A1 [0029]
- DE 102014216289 A1 [0030, 0040]
- DE 102014216291 A1 [0031]
- DE 102015210920 A1 [0032, 0040]
- DE 102015210922 A1 [0033]
- DE 102015210918 A1 [0034]
- DE 102018209371 [0035]
- DE 202018103875 U1 [0036]
- DE 102016124233 A1 [0037, 0040]
- DE 102016111997 A1 [0038]
- DE 102018204588 [0039]
