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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine EMI-Abschirmungsvorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und
5 und ein metallisches EMI-Abschirmgehäuse gemäß dem Patentanspruch 9.
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Lichtwellenleiterübertragungsvorrichtungen, die
im Stand der Technik auch als optisch-elektronische Vorrichtungen,
optoelektronische Vorrichtungen, optische Wandler und mit anderen
Namen bezeichnet werden, werden mit Lichtwellenleitern für die Daten-
und Signalübertragung
verbunden, indem optische Signale in elektrische Signale, elektrische Signale
in optische Signale umgewandelt werden, oder indem beide dieser
Umwandlungen durchgeführt
werden. Verschiedene Verbindungsanordnungen und Gehäuse sind
bekannt, wobei viele die Aufgabe haben, die Effizienz der Kopplung
oder Verbindung durch das Bereitstellen einer gleichförmigen Lücke zwischen
dem Lichtwellenleiter und der Licht empfangenden oder Licht sendenden
Schnittstelle auf dem optoelektronischen Element zu verbessern. Diese
Lücke wird
so klein wie möglich
gehalten, um eine gute Signalqualität aufrecht zu halten. Das typische
Gehäuse
einer Verbindungsvorrichtung, das die optisch-elektronische Kopplung
zwischen dem Lichtwellenleiter und des optoelektronischen Elements umgibt,
ausrichtet und errichtet, neigt jedoch dazu, eine Unstimmigkeit
im Abstand zwischen dem optoelektronischen Element und dem Lichtwellenleiter durch
ein durch Toleranzen hervorgerufenes "Fließen" im aus Kunststoff ausgebildeten Hohlraum,
zu verursachen.
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Eine
zusätzliche
Schwierigkeit bei der Errichtung eines gleichförmigen Abstands zwischen dem ooptoelektronischen
Element und dem Lichtwellenleiter stellt die Notwendigkeit einer
Abschirmung gegenüber
elektromagnetischen Interferenzen (EMI) im Gehäuse dar.
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Die
US 5 305 408 A offenbart
ein Kunststoffgehäuse
mit Kammern zur Aufnahme von optoelektronischen Elementen, wobei
die Kammern einstückig ausgebildete
federelastische Elemente aufweisen, die die optoelektronischen Elemente
an eine gegenüberliegende
Wandung des Kunststoffgehäuses
andrücken.
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Aus
der
JP 05003330 A ist
ein Gehäuse
zur Aufnahme eines optoelektronischen Elements bekannt. Das optoelektronische
Element ist von einem Metallgehäuse
umgeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
die sowohl einen definierten Abstand zwischen dem optoelektronischen Element
und dem Lichtwellenleiter herstellt als auch eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Interferenzen
gewährleistet,
sowie ein Gehäuse
anzugeben, mit dem diese Merkmale erzielbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 5 und 9 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für das gleichzeitige
Abschirmen und das Ausbilden eines Toleranzausgleichs des elektronischen
Elements in Bezug auf einen Lichtwellenleiter angegeben, der mit ihr
durch ein Gehäuse
einer Verbindungsvorrichtung verbunden ist. In ihrer breitesten
Form umfasst die Erfindung ein metallisches EMI-Gehäuse, das
den Körper
des optoelektronischen Elements umgibt (mit einer Öffnung für die Schnittstelle
zum Lichtwellenleiter), wobei das EMI-Gehäuse mindestens ein Federelement
aufweist, das gegen das Gehäuse der
Verbindungsvorrichtung drückt,
um die Schnittstelle auf den passenden Lichtwellenleiter zu drücken. Dadurch
wird eine gleichmäßig Lücke zwischen
ihnen errichtet und aufrecht gehalten, wodurch ein übertriebenes "Schwimmen" und ein übermäßiger Abstand, der
durch Variationen in der Kupplung, der Verbindungsvorrichtung oder
der Gehäusestruktur
verursacht wird, überwunden
wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung stellt das Federelement einen Teil des EMI-Gehäuses selbst
dar, und es umfasst einen oder mehrere erhabene, flexible Buckel
oder Streifen des Materials des Metallgehäuses, die auf einer Seite (der "oberen" Seite) gegenüber der
Schnittstelle angeordnet sind, um die Schnittstelle in Richtung
auf den gekoppelten Lichtwellenleiter im Gehäuse der Verbindungsvorrichtung
zu drücken.
Alternativ kann das EMI-Gehäuse
solche Federelemente an anderen Orten umfassen, so dass sie gegen
andere Teile des Gehäuses
der Verbindungsvorrichtung wirken und weiter die Schnittstelle in
Bezug auf den Lichtwellenleiter ausrichten und einen Toleranzausgleich
zwischen ihnen bilden. Die untere Wand des metallischen EMI-Gehäuses um
die Schnittstellenöffnung kann
einen im engen Bereich durchgeführten
Toleranzausgleich aufweisen, um die bevorzugte Lücke zwischen der Schnittstelle
und dem Lichtwellenleiter zu errichten.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung ist ein metallisches EMI-Abschirmgehäuse für ein optoelektronisches
Element angegeben, wobei das Abschirmgehäuse ein Federelement einschließt, das
so gestaltet ist, dass es in einen Hohlraum für das optoelektronische Element
in einem Kunststoffgehäuse
eines Verbinders eingreift, um das optoelektronische Element unter
Federspannung in einer gewünschten
Beziehung zum Lichtwellenleiter zu platzieren. Durch die Ausbildung
aus Metall ist eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischen
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Darin
zeigen:
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1 eine
aufgeschnittene Ansicht eines typischen Gehäuses einer Verbindungsvorrichtung
des Standes der Technik für
das Errichten einer Kopplung zwischen einem Lichtwellenleiter und
eines optoelektronischen Elements;
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2 eine
Explosionsdarstellung des Gehäuses
der Verbindungsvorrichtung, des optoelektronischen Elements und
des Lichtwellenleiters der 1, bevor
diese zusammengebaut wurden, um weiter ein für das optoelektronische Element
vorgesehenes Gehäuse,
das selbsttätig
einen Toleranzausgleich durchführt,
zu zeigen;
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3 eine
perspektivische Ansicht des Gehäuses
der Verbindungsvorrichtung und eines Schnittstellenbereichs, die
das Einschieben des optoelektronischen Elements in das selbsttätig den
Toleranzausgleich durchführende
Gehäuse
der 2 zeigt;
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4 eine
aufgeschnittene perspektivische Darstellung, die das optoelektronische
Element und das selbsttätig
den Toleranzausgleich durchführende Gehäuse, das
vollständig
in das Gehäuse
der Verbindungsvorrichtung eingeschoben ist, zeigt, wobei die Schnittstelle
mit dem Lichtwellenleiter ausgerichtet ist;
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5 eine
geschnittene Seitenansicht des optoelektronischen Elements, das
in ihrem Hohlraum im Gehäuse
der Verbindungsvorrichtung installiert ist, und auf das selbsttätig den
Toleranzausgleich durchführende
Gehäuse
einwirkt;
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6 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Schnittstelle optoelektronisches
Element/Lichtwellenleiter mit einem direkten Kontakt und eine umfassende
Ansicht der den Lichtwellenleiter positionierenden Struktur im Gehäuse der
Verbindungsvorrichtung;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer Buchse im Gehäuse der Verbindungsvorrichtung, wobei
das optoelektronische Element entfernt ist, und mit einer alternativen
Toleranzausgleichsvorrichtung, die in der Buchse vorinstalliert
ist; und
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8 die
Toleranzausgleichsvorrichtung der 7, die an
einem optoelektronischen Element befestigt ist.
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Man
betrachte zunächst
die 1 und 2, in denen eine Kopplung eines
opotoelektronischen Elements 20 und eines Lichtwellenleiters 22 des
Standes der Technik innerhalb eines konventionell ausgebildeten
Kunststoffgehäuses 10 der
Verbindungsvorrichtung, das durch eine passende Abdeckung 10a geschlossen
wird, dargestellt ist. Das Verbindungsvorrichtungsgehäuse 10 verbindet
nicht nur das optoelektronische Element 20 und den Lichtwellenleiter 22,
sondern es umfasst ferner eine Verriegelungsstruktur, wie sie bei 12 (2)
gezeigt ist, um es sicher an einem passenden Anschlussgehäuse zu befestigen.
Ein Anschlussbuchsenteil 14, der hinten am Hohlraum 16 des
optoelektronischen Elements 20 angeordnet ist, beherbergt
typischerweise eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsanschlüssen 15 für das Verbinden
des optoelektronischen Elements 20 mit einer Vielzahl von
Leitern, die elektrische Signale an das optoelektronische Element 20 liefern
oder elektrische Signale von dem optoelektronischen Element 20 empfangen.
Das opotoelektronische Element 20 ist im Hohlraum 16 neben
dem Anschlussbuchsenteil 14 angeordnet. Der Hohlraum 16 ist
so ausgeformt, dass er Positionierschultern, Anschläge und anderer
Oberfläche,
wie die bei 16a und 16b dargestellten, aufweist,
um einen Schnittstellenteil 17 des optoelektronischen Elements 20 direkt
neben der Spitze eines verbundenen Lichtwellenleiters 22 zu
positionieren, um einen Übertragungsweg
zwischen dem opotoelektronischen Element 20 und dem Lichtwellenleiter 22 herzustellen.
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Ein
Hohlraum 18 für
den Lichtwellenleiter ist im Gehäuse 10 unterhalb
des Hohlraums 16 gewöhnlicherweise
mit mindestens einer gestuften Lokalisierungswand oder einem Einsatz 18a und
in Verbindung mit dem Hohlraum 16 im Schnittstellenbereich 17 ausgebildet.
Schultern oder Stufen 18a sind ausgebildet, um die Enden
eines Lichtwellenleiters (oder wie das in der dargestellten Ausführungsform
gezeigt ist, eine typische, den Lichtwellenleiter abschließende Pressklemme)
aufzunehmen und so präzise
und dicht als möglich
am Schnittstellenbereich 17 zu positionieren.
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Wie
Fachleute verstehen werden, ist es wünschenswert, die Lücke 24 zwischen
dem Ende des Lichtwellenleiters 22 und der Schnittstelle 17 zu
minimieren, um somit die Signalübertragung
zwischen ihnen zu optimieren. Es ist auch wünschenswert, dass die Lücke 24 von
einer Vorrichtung zur nächsten
so gleichförmig
wie möglich
ist, so dass die Signalqualität
zwischen mehreren Vorrichtungen, die durch Verbindungsvorrichtungsgehäuse 10 miteinander
verbunden sind, gleichförmig
ist. Fachleute werden jedoch erkennen, dass unvermeidbare Toleranzen
und Ungleichmäßigkeiten
bei der Herstellung im Spritzverfahren für das Kunststoffgehäuse der
Verbindungsvorrichtung dazu führen,
dass das opotoelektronische Element 20 im Hohlraum 16 von
einer Vorrichtung zu einer anderen "lose schwimmt", so dass die Lücke 24 sich von einer
Vorrichtung zur anderen Vorrichtung unterscheidet. 1 zeigt
das Schwimmen des optoelektronischen Elements 20 in übertriebener
Form, wobei durch unterbrochene Linien verschiedene Positionen des
opotoelektronischen Elements gezeigt sind.
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Es
wird im Allgemeinen bevorzugt, eine minimale Lücke zwischen der Schnittstelle 17 und
dem Lichtwellenleiter 22 aufrecht zu halten. In einigen
Anwendungen kann es jedoch wünschenswert
sein, diese in direkten Kontakt zu bringen.
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Man
betrachte als nächstes 2,
in der das Verbindungsvorrichtungsgehäuse 10 und die anderen
Komponenten der 1 in einer Explosionsdarstellung
in auseinandergebauter Weise dargestellt sind, wobei ein Gehäuse 30,
das eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung darstellt, hinzugefügt ist.
Das Gehäuse 30 ist
aus Metall hergestellt, wobei es beispielsweise unter Verwendung
bekannter Techniken gestanzt wird, und es ist so ausgebildet, dass
es eng über
das optoelektronische Element 20 passt, um eine äußere EMI-Abschirmhaut oder Oberfläche, die
das optoelektronische Element 20 im Wesentlichen umgibt,
auszubilden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 30 integrale
Federelemente 30d in Form erhabener Buckel oder Streifen,
die integral aus dem Metall der oberen Oberfläche 30c ausgebildet
sind. Eine offene Vorderseite 30e weist eine Größe auf,
die es ermöglicht,
das opotoelektronische Element 20 in einer dicht passenden
Form aufzunehmen. Eine untere Oberfläche 30a umfasst eine
Schnittstellenöffnung 31,
die in der dargestellten Ausführungsform
in Form eines abgerundeten Schlitzes ausgebildet ist, die in Ausrichtung
mit der Schnittstelle 17 auf der unteren Oberfläche des optoelektronischen
Elements 20 angeordnet ist.
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Das
Gehäuse 30 kann
aus jedem Metall oder jeder Metalllegierung, die für die Verwendung
bei einer EMI-Abschirmung
kleiner elektrischer Bauteile bekannt ist, hergestellt werden. Die
Schnittstelle 17 kann jeden bekannten Typ eines Lichtsende-
oder Lichtempfangselements, wobei diese in nicht einschränkender
Weise LEDs, Photodioden, Phototransistoren und dergleichen einschließen, umfassen.
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Das
Gehäuse 30 passt
vorzugsweise über das
optoelektronische Element 20 wie eine zweite Haut, so dass
das mit einem Gehäuse 30 versehen ist,
in einen genormten Hohlraum 16 im Gehäuse 10 der Verbindungsvorrichtung
passt. Alternativ können der
Hohlraum 16 und das Gehäuse
der Verbindungsvorrichtung speziell für ein optoelektronisches Element,
das mit einem Gehäuse 30 versehen
ist, beispielsweise mit leicht größeren Abmessungen, um die Dicke
des Gehäuses
aufzunehmen, ausgebildet sein.
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Es
wird jedoch weiter verständlich,
dass obwohl ein getrenntes Gehäuse 30 dargestellt
ist und aktuell bevorzugt wird, es möglich ist, das optoelektronische
Element 20 selbst mit einer integralen äußeren Oberfläche für eine EMI-Abschirmung auszubilden,
das heißt,
das "Gehäuse" wird während des Herstellungsverfahrens
eingebaut. Nachfolgend soll der Ausdruck "Gehäuse", wie er hier verwendet
wird, sowohl getrennt ausgebildete Gehäuse als auch Gehäuse oder
Häute,
in die das optoelektronische Element 20 während ihrer
Herstellung eingebaut werden, umfassen.
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Man
betrachte als nächstes 3,
in der das opotoelektronische Element 20, das mit dem selbsttätig den
Toleranzausgleich durchführenden
Gehäuse 30 ausgerüstet ist,
gezeigt ist, wie es in den Hohlraum 16 im Verbindungs-Vorrichtungsgehäuse 10 über dem
schon eingeschobenen Lichtwellenleiter 22 eingeschoben
ist. Man kann klar die Beziehung der Sendeschnittstellenöffnung 31 in
einer unteren Oberfläche 30a des
Gehäuses
in ihrer ausgerichteten Beziehung mit dem oberen Ende des Lichtwellenleiters 22 und
dem Schnittstellenbereich 17 sehen. Federelemente 30d erheben
sich in einer ausreichenden Distanz von der oberen Oberfläche 30e des
Gehäuses 30,
so dass sie durch eine obere Oberfläche oder Decke 16d des
Hohlraums 16 beim Einschieben zusammengedrückt werden.
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Betrachtet
man die 4 bis 6, so kann man
sehen, dass das Zusammendrücken
der Federelemente 30d durch die Decke des Hohlraums 16 die untere
Wand 30a nach unten gegen die untere Oberfläche des
Hohlraums 16 um den Schnittstellenbereich 17 drückt, um
somit die Schnittstelle so dicht, wie dies gewünscht wird, zum Ende des Lichtwellenleiters 22 zu
drücken.
Das optoelektronische Element 20, und insbesondere dessen
untere Oberfläche
um den Schnittstellenbereich 17 herum, wird sicher gegen
die Bodenwand 30a des Gehäuses 30 gehalten. Da
das metallische Gehäuse 30 und
insbesondere die Dicke der Bodenwand 30a toleranzmässig enger und
gleichförmiger
als die Kunststoffmaterialien hergestellt werden kann, kann die
Lücke 24 zwischen dem
Ende des Lichtwellenleiters 22 und der Schnittstelle durch
die Dicke der Bodenwand 30a um die Öffnung 31 präzise errichtet
werden, wobei man berücksichtigt,
ob die Schnittstelle 17 vertieft ist, vorsteht oder mit
dem Boden des optoelektronischen Elements 20 fluchtet.
Die Federelemente 30d werden immer die Bodenwand 30a direkt
gegen den Boden des Hohlraums 16 platzieren und halten,
so dass die Gleichförmigkeit
der Lücke 24 stark
verbessert und aufrecht erhalten wird.
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Es
wird verständlich,
dass obwohl eine kleine Lücke 24 dargestellt
ist, das Gehäuse 30 toleranzmäßig so ausgebildet
werden kann, dass sie den passenden Teil des optoelektronischen
Elements 20 oder ihrer Schnittstelle in direkten Kontakt
mit dem Lichtwellenleiter 22 bringt. Ob man eine kleine
Lücke 24 lassen
will, oder ob man das optoelektronische Element 20 und
den Lichtwellenleiter 22 in direkten Kontakt miteinander
bringt, ist eine Sache, die ein Fachmann auswählen kann. Das Gehäuse 30 kann an
jede Anordnung angepasst werden.
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Betrachtet
man als nächstes 6,
so ist dort die Funktion des Gehäuses 30 und
seiner Federelemente zur Minimierung der Lücke 24 weiter unter Bezug
auf die verschiedenen Dimensionstoleranzen im Hohlraum 16 und
den den Lichtwellenleiter lokalisierenden Kanal 18, der
normalerweise eine gewisse Bewegung in der vertikalen Richtung des
Lichtwellenleiters 22 und des optoelektronischen Elements 20 gestattet,
gezeigt. Eine solche Bewegung ist unerwünscht, da sie Variationen in
der Qualität
der Datenübertragung
zwischen dem optoelektronischen Element 20 und dem Lichtwellenleiter 22 verursachen würde. Obwohl
eine solche Bewegung durch das Ausbilden extrem enger Toleranzen
während
des Herstellungsverfahrens minimiert werden kann, ist eine solche
Minimierung schwierig und teuer und in vielen Fällen nicht praktikabel. Mit
dem Gehäuse 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch die vertikale Bewegung des optoelektronischen
Elements 20 relativ zum Lichtwellenleiter 22 eliminiert werden.
Zusätzlich
kann durch das Ausformen von Federelementen 30d mit einer
passenden Höhe über das
optoelektronische Element 20 und indem diesen eine passende
Federkraft gegeben wird, die vertikale Bewegung der Lichtwellenleiters 22 in
den Fällen
eliminiert werden, in denen es wünschenswert
ist, ein direktes Anstoßen
des optoelektronischen Elements oder ihres Schnittstellenbereichs 17 mit
dem oberen Ende des Lichtwellenleiters 22 zu erzielen.
In der dargestellten Ausführungsform
der 6 haben die Federelemente 30d auf dem
Gehäuse 30 das
opotoelektronische Element 20 nach unten in anstoßenden Kontakt
mit der Spitze des Lichtwellenleiters 22 gedrückt. Die
Federelemente 30d weisen eine ausreichende Kraft auf, um
somit den Schulterteil 22a des Lichtwellenleiters 22 nach
unten gegen die entsprechenden Lokalisierungsschultern 18a im
Faserkanal zu drücken.
Eine relative vertikale Bewegung zwischen dem Lichtwellenleiter
und des optoelektronischen Elements 20 wird somit eliminiert.
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Aus
dem Vorangehenden wird deutlich, dass die Federelemente 30d nicht
auf die Oberfläche
des optoelektronischen Elements 20 gegenüber dem Schnittstellenbereich 17 begrenzt
sind. Die Federelemente können
auf allen Oberflächen
des Gehäuses 30 platziert
werden, um das Ausrichten und/oder Anordnen des optoelektronischen
Elements 20 in einer gewünschten Beziehung mit einem
Lichtwellenleiter 22 zu unterstützen und um weiter die relative
Bewegung zwischen ihnen zu eliminieren.
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Fachleute
werden auch erkennen, dass während
erhabene gekrümmte
Streifen, die eine Federkraft zeigen, bevorzugt werden, die Federelemente andere
Formen und Umrisse annehmen können.
Sie müssen
nicht, wie im dargestellten Fall, an zwei Enden verbunden sein,
sondern es kann unter gewissen Umständen sein, dass sie einseitig
eingespannt sind. Obwohl sie bevorzugt integral aus dem Metallmaterial
des Gehäuses 30 ausgebildet
sind, können
die Federelemente 30d separat an dem Gehäuse montiert sein,
und sie können
andere Materialien als das Metall des Gehäuses umfassen. Die dargestellte
Ausführungsform
wird wegen ihrer einfachen Struktur und dem leichten Herstellen
einfach bevorzugt, wobei aber jedes Federelement, das in das Gehäuse eingebaut
oder an ihm befestigt wird, um einen automatischen Toleranzausgleich
der Vorrichtung bei ihrem Einschub in den Hohlraum 16 zu
liefern, als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet
wird.
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Wenn
man als nächstes
die 7 betrachtet, so ist dort eine alternative Toleranzausgleichvorrichtung
für die
Verwendung mit dem optoelektronischen Elements 20 als ein
elastisches Dichtungselement 40, das beispielsweise mit
einem Haftmittel im Hohlraum 16 im Vorhinein installiert
wurde, so dass es eine nach unten weisende, die Lücke reduzierende Kraft
gegen das opotoelektronische Element 20 ausübt, dargestellt.
Alternativ kann, wie das in 8 gezeigt
ist, die Dichtung an der Oberfläche
des optoelektronischen Elements 20 vor dem Einschieben des
ooptoelektronischen Elements 20 in den Hohlraum 16 befestigt
werden.
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Fachleute
werden verstehen, dass die vorangehenden Ausführungsformen die Erfindung
nicht beschränken
sollen, sondern dass es sich bei ihnen nur um bevorzugte Beispiele
für das
Ausführen
der Erfindung handelt.