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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Fahrzeugscheinwerfer
mit einer derartigen Beleuchtungseinheit.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Beleuchtungseinheit ist beispielsweise in der
WO 2008/065030 A1 offenbart. Diese
Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinheit für einen Fahrzeugscheinwerfer
mit einer Leuchtdiodeneinrichtung und einem metallischen Gehäuse,
das die Leuchtdiodeneinrichtung zumindest teilweise umschließt
und das mit Befestigungsmitteln zur Montage der Beleuchtungseinheit
in einem Fahrzeugscheinwerfer versehen ist. Diese Befestigungsmittel sind
derart ausgestaltet, dass sie eine Ausrichtung der Leuchtdiodenchips
gegenüber der Optik des Fahrzeugscheinwerfers ermöglichen.
Das metallische Gehäuse kann mit einem Kühlkörper
zur Kühlung der Leuchtdiodenchips verbunden werden und zur
elektromagnetischen Abschirmung von darin angeordneten Komponenten
einer Betriebsschaltung dienen. Allerdings ist die Fertigung des
metallischen Gehäuses vergleichsweise aufwendig und kostspielig.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße
Beleuchtungseinheit mit einem kostengünstigeren Gehäuse
und einer elektromagnetischen Abschirmung der im Gehäuse
angeordneten elektrischen Komponenten der Betriebsschaltung bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungseinheit
mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Besonders
vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit für
Fahrzeugscheinwerfer weist eine Leuchtdiodeneinrichtung, ein Gehäuse
und eine Montageplatine auf, auf der Komponenten einer Betriebsschaltung zum
Betreiben der Leuchtdiodeneinrichtung angeordnet sind, wobei das
Gehäuse und die Montageplatine einen Innenraum bilden.
Erfindungsgemäß besitzt die Montageplatine eine
elektrisch leitende innere Schicht, die mit einem Massebezugspotential
der Betriebsschaltung verbunden ist, und auf der Oberfläche
der Montageplatine ist mindestens eine elektrische Kontaktfläche
angeordnet, die mit der vorgenannten elektrisch leitenden inneren
Schicht kontaktiert und mit elektromagnetischen Abschirmmitteln des
Gehäuses zwecks elektromagnetischer Abschirmung des Innenraums
verbunden ist. Der Begriff „innere Schicht” bedeutet,
dass die Montageplatine der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit mehrschichtig ausgebildet ist und die vorgenannte
elektrisch leitende innere Schicht eine Zwischenschicht ist, die
zwischen Oberseite und Unterseite der Montagplatine angeordnet ist.
Oberseite und Unterseite der Montageplatine sind vorzugsweise elektrisch
isolierend ausgebildet, um darauf Leiterbahnen oder elektrische
Kontakte für Bauteile aufbringen zu können und
dadurch eine beidseitige Bestückung der Montageplatine
mit Bauteilen zu ermöglichen.
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Die
elektrisch leitende innere Schicht und die Abschirmmittel des Gehäuses,
die über die mindestens eine elektrische Kontaktfläche
auf der Oberfläche der Montageplatine mit der vorgenannten
elektrisch leitenden inneren Schicht verbunden sind, bewirken eine
kostengünstige elektromagnetische Abschirmung des Gehäuseinnenraums,
da das Gehäuse aufgrund dieser Maßnahmen aus Kunststoff,
beispielsweise in Spritzgusstechnik, hergestellt werden kann und
nicht als Metallgehäuse ausgebildet werden muss. In dem
so abgeschirmten Innenraum des Gehäuses sind vorzugsweise
diejenigen Komponenten der Betriebsschaltung der Leuchtdiodeneinrichtung
angeordnet, die während des Betriebs Signale mit Hochfrequenzanteil
erzeugen, welcher den Rundfunk- oder Fernsehempfang im Fahrzeug
oder elektronische Systeme stören könnte.
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Die
mindestens eine elektrische Kontaktfläche ist zumindest
auf einer Seite der Montageplatine angeordnet. Vorzugsweise erstreckt
sich die mindestens eine elektrische Kontaktfläche über
den Rand der Montageplatine auch auf die andere Seite der Montageplatine,
um eine gute Verbindung zu den elektromagnetischen Abschirmmitteln
und der auf Massebezugspotential liegenden elektrisch leitenden Schicht
der Montageplatine zu gewährleisten. Die vorgenannte, auf
Massebezugspotential liegende elektrisch leitende innere Schicht
ist vorzugsweise eine sich über die gesamte Ausdehnung
der Montageplatine erstreckende Schicht der vorzugsweise vielschichtig
ausgebildeten Montageplatine. Die elektrische Kontaktierung dieser
inneren, auf Massebezugspotential liegenden Schicht mit der mindestens einen
elektrischen Kontaktfläche der Montage platine kann in vorteilhafter
Weise mittels eines oder mehrerer metallischer Stifte erfolgen,
die in durchgehende Bohrungen in der Montageplatine im Bereich der ringförmigen
elektrischen Kontaktfläche eingeführt sind.
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Der
Kontakt zwischen der auf Massebezugspotential liegenden, elektrisch
leitenden inneren Schicht der Montageplatine und den elektromagnetischen
Abschirmmitteln des Gehäuses kann beispielsweise mittels
einer oder mehrerer, getrennt voneinander auf der Oberfläche
der Montageplatine angeordneter elektrischer Kontaktflächen
erfolgen, die jeweils mit der inneren Schicht der Montageplatine
elektrisch kontaktiert sind. Die vorgenannten separaten Kontaktflächen
können beispielsweise vorteilhaft entlang des Randes der
Montageplatine angeordnet sein.
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Um
eine optimale Abschirmung zu gewährleisten, ist die mindestens
eine, auf der Oberfläche der Montageplatine angeordnete
elektrische Kontaktfläche vorzugsweise ringartig ausgebildet,
das heißt, dass die elektrische Kontaktfläche
vorzugsweise eine geschlossene Kurve bildet, die besonders bevorzugt
entlang des Randes oder in der Nähe des Randes der Montageplatine
verläuft. Der Begriff „ringartig” beinhaltet
also nicht nur ringförmig und kreisringförmig,
sondern auch anders geformte geschlossene Kurven, wie beispielsweise
Ovale und Vielecke. Die Form der ringartig ausgebildeten Kontaktfläche ist
vorzugsweise durch die Form des Randes der Montageplatine bestimmt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das
Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere
aus Kunststoff und die elektromagnetischen Abschirmmittel sind als
Metallisierung des Gehäuses bzw. des den Innenraum umschließenden
Gehäuseabschnitts ausgebildet. Dadurch kann das Gehäuse
mittels Kunststoffspritzgusstechnik hergestellt werden und mittels
der vorgenannten Metallisierung ein Gehäuse mit einem elektromagnetisch
abgeschirmten Innenraum auf besonders kostengünstige Weise
realisiert werden.
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Die
vorgenannte Metallisierung ist vorzugsweise als metallische Beschichtung
ausgebildet, die vorzugsweise auf der Innenseite des den Innenraum umgebenden
Gehäuseabschnitts aufgebracht ist. Bei der metallischen
Beschichtung handelt es sich vorzugsweise um eine oder mehrere Schichten
von einem oder mehreren der Metalle aus der Gruppe von Aluminium,
Kupfer, Messing, Zink, Nickel, Chrom und Eisen. Besonders bevorzugt
ist eine Aluminiumbeschichtung. Alternativ zur Metallisierung kann
auch eine nicht-metallische elektrisch leitende Beschichtung, beispielsweise
eine Indium-Zinnoxid-Beschichtung (ITO-Schicht) verwendet werden.
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Um
auf möglichst einfache und sichere Weise eine elektrische
Verbindung zwischen der vorgenannten Metallisierung des Gehäuses
und der elektrischen Kontaktfläche der Montageplatine herzustellen,
erstreckt sich die Metallisierung in vorteilhafter Weise auch auf
eine vom Gehäuse gebildete Auflagefläche, auf
der die Montageplatine mit ihrer elektrischen Kontaktfläche
aufliegt.
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Zusätzlich
oder alternativ kann die elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche
der Montageplatine und der Metallisierung am Gehäuse mittels
eines elektrisch leitenden Dichtrings, der zwischen dem Gehäuse
und der Montageplatine angeordnet ist, oder mittels eines elektrisch
leitenden Kontaktrings hergestellt werden, der zwischen den Abschirmmitteln
und der mindestens einen elektrischen Kontaktfläche auf
der Oberfläche der Montageplatine angeordnet ist. Der vorgenannte
Kontaktring kann federnd ausgebildet sein oder auch durch ein elektrisch leitendes
Federelement ersetzt sein, um einen sicheren elektrischen Kontakt
zwischen den Abschirmmitteln und der mindestens einen elektrischen
Kontaktfläche zu gewährleisten.
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Alternativ
oder zusätzlich zu der oben genannten Metallisierung des
Gehäuses können die Abschirmmittel auch mindestens
ein Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder eine Metallfolie
umfassen, um eine elektromagnetische Abschirmung von im Innenraum
des Gehäuses angeordneten elektrischen Komponenten der
Betriebsschaltung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise
ist zu diesem Zweck das mindestens eine Metallblech, Metallgitter,
Metallgeflecht oder die mindestens eine Metallfolie so geformt,
dass eine Aufnahme für die abzuschirmenden elektrischen
Komponenten der Betriebsschaltung gebildet wird, und dadurch zusammen
mit der auf Massebezugspotential liegenden, elektrisch leitenden Schicht
der Montageplatine ein elektromagnetisch vollständig abgeschirmter
Raum innerhalb des Gehäuses gebildet wird. Vorzugsweise
ist das mindestens eine Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder
die mindestens eine Metallfolie daher napfartig ausgebildet.
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Zur
Vereinfachung der Herstellung ist das Gehäuse vorteilhafterweise
als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und das mindestens eine
Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder die mindestens eine
Metallfolie ist vom Gehäusematerial umspritzt oder ist
mittels Spritzgusstechnik im Gehäusematerial teilweise
eingebettet.
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Um
auf möglichst einfache Weise eine gute Verbindung des mindestens
einen Metallblechs, Metallgitters, Metallgeflechts oder der mindestens
einen Metallfolie mit dem Massebezugspotential der Betriebsschaltung
zu erreichen, liegt das mindestens eine Metallblech, Metallgitter,
Metallgeflecht oder die mindestens eine Metallfolie vorteilhafterweise
an der mindestens einen elektrischen Kontaktfläche der Montageplatine
an. Zusätzlich oder alternativ kann das mindestens eine
Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder die mindestens eine
Metallfolie auch über eine metallische Wärmesenke
mit dem Massebezugspotential der Betriebsschaltung verbunden sein.
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Das
mindestens eine Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder die
mindestens eine Metallfolie sind vorzugsweise mittels einer Technik
aus der Gruppe von Bördeln, Laserschweißen, Kleben,
Löten und Klemmsitz an der Montageplatine fixiert, um eine zuverlässige
Befestigung der Montageplatine im Gehäuse und eine zuverlässigen
elektrischen Kontakt zwischen der mindestens einen elektrischen
Kontaktfläche der Montageplatine und dem mindestens einen
Metallblech, Metallgitter, Metallgeflecht oder der mindestens einen
Metallfolie zu gewährleisten.
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Zusätzlich
oder anstelle der bereits oben beschriebenen elektromagnetischen
Abschirmmittel können die elektromagnetischen Abschirmmittel auch
einen den Innenraum des Gehäuses umgebenden Gehäuseabschnitt
umfassen, der aus elektrisch leitfähigem Kunststoff besteht.
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Der
vorgenannte, aus elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehende
Gehäuseabschnitt bildet vorteilhafterweise eine Auflagefläche
für die mindestens eine elektrische Kontaktfläche
aus, um auf einfache Weise eine elektrische Anbindung dieses Gehäuseabschnitts
an das Massebezugspotential der Betriebsschaltung zu ermöglichen.
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Eine
oder mehrere der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten
werden vorzugsweise als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer
verwendet, um beispielsweise das Nebellicht oder Tagfahrlicht zu
generieren.
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III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine
Abbildung aller Komponenten der Beleuchtungseinheit gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer auseinander
gezogenen Darstellung der Beleuchtungseinheit
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2 Eine
Seitenansicht des Gehäuses der in 1 abgebildeten
Beleuchtungseinheit
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3 Eine
Vorderansicht des in 2 abgebildeten Gehäuses
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4 Eine
Rückansicht des in den 2 und 3 abgebildeten
Gehäuses
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5 Eine
Seitenansicht der metallischen Wärmesenke der in 1 dargestellten
Beleuchtungseinheit
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6 Eine
Vorderansicht der in 5 abgebildeten metallischen
Wärmesenke
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7 Eine
perspektivische Darstellung der in den 5 und 6 abgebildeten
metallischen Wärmesenke
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8 Eine
Seitenansicht der Primäroptik der in 1 dargestellten
Beleuchtungseinheit
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9 Eine
perspektivische Darstellung der in 1 abgebildeten
Beleuchtungseinheit im montierten Zustand aller ihrer Komponenten
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10 Eine
perspektivische Darstellung der Montageplatine und des Leuchtdiodenchips
der in 9 abgebildeten Beleuchtungseinheit
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11 Einen
Querschnitt durch die in 9 abgebildete Beleuchtungseinheit
in schematischer Darstellung
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12 Eine
schematische, teilweise geschnittene Darstellung der Wärmesenke
und der Montageplatine der in 11 abgebildeten
Beleuchtungseinheit
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13 Eine
perspektivische Darstellung der Beleuchtungseinheit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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14 Einen
Querschnitt durch die in 13 abgebildete
Beleuchtungseinheit
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Die
Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besitzt ein als Kunststoffspritzgussteil ausgebildetes
Gehäuse 200, eine metallische Wärmesenke 100 aus
Aluminium, einen Dichtring 300 aus Gummi oder Silikon,
eine Montageplatine 400 mit darauf angeordneten elektrischen
Komponenten (nicht abgebildet) und Leiterbahnen (nicht abgebildet)
sowie Kontaktflächen (nicht abgebildet), eine Leuchtdiodeneinrichtung 500 und
eine Primäroptik 600. Die 1 zeigt
eine auseinander gezogene Darstellung der Beleuchtungseinheit mit
ihren einzelnen Komponenten. Im Folgenden werden die vorgenannten
Komponenten dieser Beleuchtungseinheit und ihr Zusammenwirken näher beschrieben.
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Insbesondere
in den 2 bis 4 und 11 sind
Details des Gehäuses 200 dargestellt. Das Gehäuse 200 ist
einteilig und als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Es besitzt
einen hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 210 und
einen als Stecker ausgebildeten Gehäuseabschnitt 230.
Der hohlzylindrische Gehäuseabschnitt 210 weist
eine kreiszylindrische Seitenwand 211 und einen Boden 212 auf.
Die Innenseite des Bodens 212 und der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 ist mit einer Metallisierung 240 in
Form einer Aluminiumbeschichtung versehen. Der hohlzylindrische
Gehäuseabschnitt 210 besitzt einen Außendurchmesser
von 50 Millimeter. Die kreiszylindrische Seitenwand 211 ist
mit drei äquidistant entlang ihrer äußeren
Mantelfläche und auf gleicher Höhe über
dem Boden 212 angeordneten Erhebungen 213a, 213b, 213c versehen,
die von der Mantelfläche nach außen vorstehen
und die als Justagemittel zur Ausrichtung der Beleuchtungseinheit
im Fahrzeugscheinwerfer dienen. Insbesondere definieren diese drei
Erhebungen 213a, 213b, 213c einen Referenzaußendurchmesser
des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 für
die Ausrichtung der Beleuchtungseinheit im Fahrzeugscheinwerfer. Durch
die Erhebungen 213a, 213b, 213c wird
die Wandstärke der kreiszylindrischen Seitenwand 211 in
diesem Bereich erhöht und die Seitenwand 211 bildet
dadurch eine Referenz für die Justage der Beleuchtungseinheit
in einem optischen System in der Leuchte. Die Oberkante 214 des
hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 ist mit
drei äquidistant entlang des Umfangs des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 angeordneten Stegen 214a, 214b, 214c versehen.
Diese drei Stege 214a, 214b, 214c bilden
Ringsegmente, die an die Oberkante 214 der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 angeformt sind, auf einem Radius angeordnet
sind und sich in Richtung der Zylinderachse der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 erstrecken. Die Breite dieser Stege 214a, 214b, 214c,
das heißt, ihre Erstreckung in Umfangsrichtung der kreiszylindrischen
Seitenwand 211, entspricht der Breite bzw. Erstreckung
der Erhebungen 213a, 213b, 213c entlang
der äußeren Mantelfläche der kreiszylindrischen
Seitenwand 211. Die Stege 214a, 214b, 214c sind
entlang des Umfangs der kreiszylindrischen Seitenwand 211 an
denselben Stellen wie die Erhebungen 213a, 213b, 213c angeordnet.
Die oberen Kanten der drei Stege 214a, 214b, 214c definieren
eine Ebene, die senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 verläuft und als
Referenzebene zur Ausrichtung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 dient.
Der als Stecker ausgebildete Gehäuseabschnitt 230 ist außermittig
an den Boden 212 des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 an
der Rückseite angeformt. Der Boden 212 weist einen
kreisscheibenförmigen, koaxial zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 angeordneten Durchbruch 215 auf,
durch den ein säulenartiger Abschnitt 110 der metallischen
Wärmesenke 100 hindurchragt. Der Boden 212 ist
an der Innenseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 mit
drei Zapfen 216a, 216b, 216c ausgestattet,
die äquidistant entlang des Randes des kreisscheibenförmigen
Durchbruchs 215 angeordnet sind und sich parallel zur Richtung
der Zylinderachse des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 erstrecken.
Diese Zapfen 216a, 216b, 216c liegen
an einem kreiszylindrischen Teilabschnitt 111 des säulenartigen
Abschnitts 110 der metallischen Wärmesenke 100 an
und dienen zur Ausrichtung der metallischen Wärmesenke 100 in
dem Kunststoffgehäuse 200. Insbesondere gewährleisten die
Zapfen 216a, 216b, 216c einen spielfreien
Sitz der metallischen Wärmesenke 100 in dem Gehäuse 200 und
verhindern Bewegungen der metallischen Wärmesenke 100 in
allen Richtungen senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210. Der Boden 212 ist
an der Innenseite mit drei weiteren Zapfen 217 versehen,
die sich ebenfalls parallel zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 erstrecken und zur Fixierung der
Montageplatine 400 dienen. Insbesondere ragen die verjüngten
Enden dieser Zap fen 217 durch Durchbrüche 401 in
der Montageplatine 400 hindurch und werden an der Oberseite,
das heißt, an der vom Boden 212 abgewandten Seite
der Montageplatine 400 heiß verstemmt. Die kreiszylindrische
Seitenwand 211 besitzt an ihrer Innenseite einen ringförmigen
Kragen 218, auf dem der Dichtungsring 300 und die
Montageplatine 400 aufliegen (11). Die
Metallisierung 240 der Innenseite der Seitenwand 211 erstreckt
sich vom Boden 212 bis zur Höhe des Kragens 218 und
erstreckt sich zusätzlich auch auf die vom Kragen 218 gebildete
Auflagefläche für die Montageplatine 400.
Der Boden 212 ist außerdem mit zwei hohlen Stegen 219, 220 ausgestattet,
die sich parallel zur Zylinderachse des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 erstrecken
und diametral am Rand des kreisscheibenförmigen Durchbruch 215 angeordnet
sind. Diese Stege 219, 220 dienen zur Fixierung
der Primäroptik 600. In dem Hohlraum der Stege 219, 220 sind
Vorsprünge 229a, 229b angebracht, hinter
denen die Halterung 610, 620 der Primäroptik 600 einrastet.
Aus dem Boden 212 ragen mehrere Metallstifte 221, 222,
die mit im Stecker 230 eingebetteten elektrischen Anschlüssen
der Beleuchtungseinheit elektrisch leitend verbunden sind und die
durch Durchbrüche 402 in der Montageplatine 400 hindurchragen
und mit Leiterbahnen oder Kontaktflächen auf der Montageplatine 400 verlötet oder
verschweißt oder mittels Pressfit oder Einpresszone kontaktiert
sind. Die elektrischen Anschlüsse sind ferner mit metallischen
Kontaktstiften 222 verbunden, die aus dem Kunststoffmaterial
des Steckers 230 herausragen und an der Rückseite
der Beleuchtungseinheit bzw. des als Stecker ausgebildeten Gehäuseabschnitts 230 zugänglich
sind. Der Boden 212 besitzt an der Außenseite bzw.
Rückseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 eine
passgerechte Aussparung 223 für einen scheibenförmigen
Abschnitt 120 der metallischen Wärmesenke 100.
Diese Aussparung 223 wird von einem kreisbogenförmigen Wandabschnitt 224 und
einem geradlinig verlaufenden Wandabschnitt 225 begrenzt.
Mittels dieser nicht-rotationssymmetrischen Geometrie der Aussparung 223 und
des scheibenförmigen Abschnitts 120 der metallischen
Wärmesenke 100 wird eine Verdrehsicherung verwirklicht,
die Rotationen der metallischen Wärmesenke 100 um
die Achse ihres zylindrischen Teilabschnitts 111 in dem
Durchbruch 215 im Boden 212 des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 verhindert.
Im Boden 212 befinden sich an der Rückseite bzw.
Außenseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 drei
ringförmig und äquidistant angeordnete Gewindebuchsen 226,
die derart im Kunststoffmaterial des Gehäuseabschnitts 210 eingebettet
und verankert sind, dass ihr Schraubgewinde zum Anschrauben eines
externen Kühlsystems zugänglich ist. An der Rückseite
des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 ist
ferner ein Druckausgleichsloch 227 angebracht, das insbesondere bei
geschlossenen Systemen einen Druckausgleich im Fahrzeugscheinwerfer
ermöglicht. Dieses Druckausgleichsloch 227 ist
optional und kann mittels einer Druckausgleichsmembran (nicht abgebildet)
abgedeckt werden. Von der Außenseite der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 stehen zwei Referenznasen 228 ab,
die als Referenz für die Ausrichtung der Beleuchtungseinheit
im Fahrzeugscheinwerfer dienen. Insbesondere definieren diese Referenznasen 228 eine
eindeutige Einbaulage der Beleuchtungseinheit im Fahrzeugscheinwerfer.
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Details
der metallischen Wärmesenke 100 sind in den 5 bis 7 abgebildet.
Sie ist einteilig ausgebildet und besteht aus Aluminium. Die metallische
Wärmesenke 100 besteht aus einem säulenartigen
Abschnitt 110 und einem scheibenförmigen Abschnitt 120,
der an einem Ende des säulenartigen Abschnitts 110 angeformt
ist. Die von dem säulenartigen Abschnitt 110 abgewandte
Rückseite 120a des scheibenartigen Abschnitts 120 der
metallischen Wärmesenke 100 dient als Auflagefläche
für ein externes Kühlsystem. Der säulenartige
Abschnitt 110 weist einen kreiszylindrischen Teilabschnitt 111 auf, der
unmittelbar an den scheibenförmigen Abschnitt 120 grenzt.
Der Rand des scheibenförmigen Abschnitts 120 wird
von einem kreisbogenförmigen Randabschnitt 121 und
einem geradlinig verlaufenden Randabschnitt 122 gebildet.
Der geradlinig verlaufende Randabschnitt 122 der Wärmesenke 100 liegt
an dem geradlinig verlaufenden Wandabschnitt 225 in der
Aussparung 223 an. Der säulenartige Abschnitt 110 der
Wärmesenke 100 ragt durch den Durchbruch 215 im
Boden 212 des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 und
der kreiszylindrische Teilabschnitt 111 liegt spielfrei
an den Zapfen 216a, 216b, 216c an. Der
säulenartige Abschnitt 110 weist an seinem Ende
eine parallel zum scheibenförmigen Abschnitt 120 verlaufende,
ebene Montagefläche 112 auf, die durch zwei parallel
zueinander verlaufende Seitenkanten 113, 114 begrenzt
wird. Auf dieser Montagefläche 112 wird die Leuchtdiodeneinrichtung 500 mittels
eines Bestückungsautomaten in wohl definierter Ausrichtung
aufgeklebt. Zu beiden Seiten der Montagefläche 112 befinden
sich jeweils eine parallel zur Montagfläche 112 verlaufend
Oberfläche 115, 116, die in geringerer
Höhe über dem scheibenförmigen Abschnitt 120 angeordnet
sind und jeweils mit einer Vertiefung 117, 118 versehen
sind. Der säulenartige Abschnitt 110 der Wärmesenke 100 ragt
durch einen Durchbruch 403 in der Montageplatine 400 hindurch,
so dass die Montagefläche 112 in der von den oberen
Kanten der Stege 214a, 214b, 214c definierten
Ebene liegt und die metallische Wärmesenke 100 wird
in dieser Höhenlage mittels Kleber an dem Gehäuse 200 fixiert.
In der als Langloch ausgebildeten Vertiefung 118 ist ein
Temperatursensor angeordnet und mittels wärmeleitfähiger
Paste an die Wärmesenke thermisch angekoppelt. Der Temperatursensor überwacht
die Temperatur der Leuchtdiodeneinrichtung 500 während
des Betriebs der Beleuchtungseinheit. In der anderen Vertiefung 117 ist
eine Metallfeder 450 angeordnet, die mit Federwirkung gegen
einen auf Massebezugspotential liegenden elektrischen Kontakt 411 auf
der Montageplatine 400 drückt (12).
Dadurch ist die metallische Wärmesenke 100 mit
dem Massebezugspotenzial elektrisch verbunden.
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Der
Dichtungsring 300 besteht aus Gummi oder Silikon und liegt
auf dem Kragen 218 an der Innenseite der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 auf. Er dient zur Abdichtung der Beleuchtungseinrichtung in
einem Fahrzeugscheinwerfer oder einer Leuchte.
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Die
Montageplatine 400 ist kreisscheibenförmig ausgebildet
und besitzt einen zentralen Durchbruch 403, durch den der
säulenartige Abschnitt 110 der metallischen Wärmesenke 100 mit
der darauf fixierten Leuchtdiodeneinrichtung 500 hindurchragt. Die
Montageplatine 400, die kreiszy lindrische Seitenwand 211 und
der Boden 212 des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 bilden
einen Innenraum. Auf der dem Innenraum zugewandten Rückseite 420 der Montageplatine 400 sind
elektrische Komponenten (nicht abgebildet) einer Betriebsschaltung
zum Betreiben der Leuchtdiodenanordnung 500 angeordnet und
gegebenenfalls durch Leiterbahnen, die ebenfalls auf der Montageplatine 400 angeordnet
sind, miteinander verbunden. Auf der Vorderseite 430 der Montageplatine 400 sind
Leiterbahnen (nicht abgebildet) und elektrische Kontaktflächen
(nicht abgebildet) zum Kontaktieren der Leuchtdiodeneinrichtung 500 sowie
gegebenenfalls weitere Komponenten der Betriebsschaltung angeordnet,
die während ihres Betriebs keine hochfrequenten Störsignale
verursachen können. Die Montageplatine 400 ist
vielschichtig ausgebildet und besitzt zusätzlich zu den
Leiterbahnen auf der Vorderseite und Rückseite eine innere
Metallschicht 410, die im elektrisch isolierenden Material der
Montageplatine 400 eingebettet und mit dem Massebezugspotential
der Betriebsschaltung für die Leuchtdiodeneinrichtung 500 verbunden
ist, um die elektromagnetische Verträglichkeit der Beleuchtungseinheit
zu erhöhen. Die vorgenannte innere, auf Massebezugspotential
liegende Metallschicht 410 erstreckt sich über
die gesamte Ausdehnung bzw. den gesamten Durchmesser der Montageplatine 400 und bildet
zusammen mit der oben beschriebenen Metallisierung 240 auf
der Innenseite des Bodens 212 und der Seitenwand 211 eine
elektromagnetische Abschirmung des Innenraums des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 der
Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Montageplatine 400 besitzt eine ringförmige
elektrische Kontaktflä che 440, die elektrisch
leitend mit der inneren, auf Massebezugspotential liegenden Metallschicht 410 verbunden
ist. Die ringförmige elektrische Kontaktfläche 440 ist
zumindest auf der dem Boden 212 zugewandten Seite 420 der
Montageplatine auf der Oberfläche der Montageplatine 400 angeordnet
und liegt an der metallisierten Auflagefläche des Kragens 218 an,
so dass die Metallisierung 240 des Kragens 218 und
der Innenseite von Boden 212 und Seitenwand 211 elektrisch
leitend mit der inneren Metallschicht 410 und dem Massebezugspotential
der Betriebsschaltung verbunden ist. Vorzugsweise erstreckt sich
die ringförmige elektrische Kontaktfläche 440 über
den Rand der Montageplatine 400 zusätzlich auch
auf die andere, vom Boden 212 abgewandte Seite 430 der
Montageplatine 400. In 10 ist
diese Erstreckung der ringförmigen elektrischen Kontaktfläche 440 auf
die Seite 430 der Montageplatine 400 schematisch
dargestellt. Durch Bohrungen in der Montageplatine 400 ragen
vier Metallstifte 221, 222 hindurch, die als elektrische
Kontaktstifte dienen. Die ringförmige elektrische Kontaktfläche 440,
die als metallische Beschichtung, insbesondere als Kupferleiterbahn
ausgebildet ist, erstreckt bis zu einem der beiden außen
liegenden Metallstifte 222. Der Metallstift 222 durchbohrt
sowohl die ringförmige elektrische Kontaktfläche 440 als
auch die innere Metallschicht 410 der Montageplatine 400 und stellt
dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der ringförmigen
elektrischen Kontaktfläche 440 und der inneren
Metallschicht 410 her. Die auf Massebezugspotenzial liegende
innere Metallschicht 410 der Montageplatine 400 ist
somit mittels des Metallstifts 222 zumindest zu einer Seite 430 der Montageplatine 400, vorzugsweise
aber zu beiden Seiten 420, 430 der Montageplatine 400 durchkontaktiert.
Anstelle des Metallstifts 222 können auch sogenannte
Vias in der Montageplatine genutzt werden, um eine elektrische leitende
Verbindung zwischen der inneren Metallschicht 410 der Montageplatine und
der ringförmigen Kontaktfläche 440 herzustellen.
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Vorzugsweise
liegt zusätzlich auch die metallische Wärmesenke 100 auf
Massebezugspotential, um die elektromagnetische Abschirmung weiter zu
verbessern oder um über die Rückseite 120a des scheibenförmigen
Abschnitts 120 der metallischen Wärmesenke 100 andere
Komponenten der Leuchte oder des Fahrzeugscheinwerfers, in den die
Beleuchtungseinheit eingesetzt ist, an das Massebezugspotential
der Betriebsschaltung anzukoppeln. Dadurch kann die elektromagnetische
Abschirmung auf die gesamte Leuchte oder den gesamten Fahrzeugscheinwerfer
ausgedehnt werden.
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Die
innere Metallschicht 410 ist auch zur elektrischen Kontaktfläche 411 auf
der Rückseite 420 der Montageplatine 400 durchkontaktiert,
an der die in der Vertiefung 117 der metallischen Wärmesenke 100 angeordnete
Metallfeder 450 mit Klemmsitz und Federwirkung anliegt.
Die Metallfeder 450 besteht aus einem Draht, der schraubenlinienartig
gewunden ist. Beispielsweise besteht die elektrisch leitende Metallfeder 450 aus
Federstahl oder Kupfer. Mit Hilfe der Metallfeder 450 ist
die metallische Wärmesenke 100 über die
Kontaktfläche 411 und die innere Metallschicht 410 der
Montageplatine 400 mit dem Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung
elektrisch leitend verbunden. Anstelle der in 12 abgebildeten schraubenli nienartige
Metallfeder 450 kann auch eine metallische Blattfeder verwendet
werden.
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Die
auf der Rückseite 420 der Montageplatine 400 montierten
Komponenten (nicht abgebildet) der Betriebsschaltung sind in dem
Innenraum, der von der Seitenwand 211 und der Montageplatine 400 gebildet
wird, angeordnet. Dadurch bilden die innere Metallschicht 410 der
Montageplatine 400 und die Metallisierung 240 auf
der Innenseite des Bodens 212 und der Seitenwand 211 des
hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 eine elektromagnetische
Abschirmung für die auf der Rückseite 420 der
Montageplatine 400 montierten Komponenten der Betriebsschaltung.
Um keine hochfrequenten elektromagnetischen Störsignale über
die elektrischen Leitungen und Anschlüsse der Beleuchtungseinheit
nach außen zu leiten, weist die Betriebsschaltung an ihrem Spannungseingang
ein Filter für hochfrequente Signale auf, beispielsweise
ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter, um Störsignale
mit Frequenzen größer 0,15 MHz zu dämpfen.
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Die
Montageplatine 400 ist mit drei Bohrungen 401 versehen,
die ringsum den zentralen Durchbruch 403 angeordnet sind.
Nach ihrer Montage sitzt die Montageplatine 400 auf den
Zapfen 217 auf, so dass deren verjüngte Enden
durch die Durchbrüche 401 hindurchragen. Durch
Heißverstemmen der verjüngten Enden der Zapfen 217 wird
die Montageplatine 400 am Gehäuse 200 fixiert.
Die Montageplatine 400 besitzt außerdem vier weitere
Bohrungen 402, die an ihrem Rand, oberhalb des als Stecker
ausgebildeten Gehäuseabschnitts 230 angeordnet
sind und durch die die Metall stifte 221, 222 hindurchragen,
um eine elektrisch leitende Verbindung zu Kontaktflächen
auf der Vorderseite der Montageplatine 400 zu ermöglichen.
Der zentrale Durchbruch 403 in der Montageplatine 400 ist
so gestaltet, dass auch Halterungen 610, 620 der
Primäroptik 600 durch den Durchbruch 403 hindurchragen
und in die hohlen Stege 219, 220 eingreifen können.
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Die
Leuchtdiodeneinrichtung 500 besteht aus fünf Leuchtdiodenchips,
die auf einer Trägerplatte in einer Reihe angeordnet und
von den Wänden eines Rahmens umgeben sind. Diese Leuchtdiodenchips
sind mit einer Leuchtstoffbeschichtung (Chip-Layer-Coating) versehen,
die das von den Leuchtdiodenchips generierte blaue Licht teilweise
in Licht anderer Wellenlängen konvertiert, so dass die Beleuchtungseinheit
während ihres Betriebs weiß erscheinendes Licht
emittiert. Bei den Leuchtdiodenchips handelt es sich beispielsweise
um Dünnfilm-Leuchtdiodenchips, deren Grundprinzip beispielsweise
in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett.
63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben ist. Die
Leuchtdiodeneinrichtung 500 ist elektrisch leitend mit
elektrischen Kontakten auf der Montageplatine 400 verbunden
und wird mit Hilfe der Betriebsschaltung, deren Komponenten auf
der Montageplatine 400 angeordnet sind, betrieben. Die
Betriebsschaltung versorgt die Leuchtdiodenchips der Leuchtdiodeneinrichtung 500 mit
Strom und ermöglicht mit Hilfe des bereits oben erwähnten
Temperatursensors eine Regelung der elektrischen Leistungsaufnahme
der Leuchtdiodeneinrichtung 500 in Abhängigkeit
von der Temperatur der Leuchtdiodeneinrichtung 500. Im
Fall einer drohenden Überhitzung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 kann
beispielsweise der von der Betriebsschaltung bereitgestellte Strom
für die Leuchtdiodeneinrichtung 500 reduziert werden.
Der Temperatursensor kann zu diesem Zweck beispielsweise als temperaturabhängiger
Widerstand, insbesondere als NTC-Widerstand mit negativer Temperaturcharakteristik,
ausgebildet sein.
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Bei
der Primäroptik 600 handelt es sich um eine durchsichtige,
kuppelartige Abdeckung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 aus
Kunststoff oder Glas. Die Primäroptik 600 weist
zwei hakenförmige Halterungen 610, 620 auf,
die in die hohlen Stege 219, 220 eingeführt
werden und deren Haken 611, 621 dort hinter den
Vorsprüngen 229a, 229b einrasten. Der
Steg 220 ist mit einem Langloch versehen, das einen ovalen
Querschnitt besitzt, während der Steg 219 einen
Hohlraum mit kreisförmigem Rand besitzt. Dadurch kann auch
für die Primäroptik 600 eine eindeutige
Orientierung vorgegeben werden. Das ist von Bedeutung, wenn die
durchsichtige kuppelartige Abdeckung 600 durch eine Primäroptik
mit Licht lenkenden Eigenschaften ersetzt wird. Allerdings kann
die kuppelartige Abdeckung 600 auch entfallen oder durch
eine Primäroptik mit Abbildungseigenschaften oder Lichtleitereigenschaften
ersetzt werden, die das Licht von der Leuchtdiodeneinrichtung in
vorgegebene Raumrichtungen lenkt oder bündelt.
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In 9 ist
die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im montierten Zustand aller ihrer Einzelteile dargestellt.
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Die
Beleuchtungseinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den 13 und 14 schematisch
abgebildet. Sie unterscheidet sich von der Beleuchtungseinheit gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die
elektromagnetischen Abschirmmittel und die Form des Dichtungsrings.
In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinheiten gemäß dem ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel überein. Daher
werden in den 13 und 14 für
Komponenten der zweiten Beleuchtungseinheit, die identisch zu den
entsprechenden Komponenten der ersten Beleuchtungseinheit sind,
dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 12 verwendet.
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Anstelle
der Aluminiumbeschichtung 240 der Innenseite des Bodens 212,
der Seitenwand 211 und der Auflagefläche des Kragens 218 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit wird bei der Beleuchtungseinheit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel ein napfartig geformtes Metallblech 240',
beispielsweise ein Aluminiumblech oder ein verzinktes Stahlblech,
als Abschirmmittel zusammen mit der elektrisch leitenden Metallschicht 410 der
Montageplatine 400 verwendet. Das napfartig geformte Metallblech 240' liegt an
der Innenseite des Bodens 212 und der Seitenwand 211 des
hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 an. Außerdem
besitzt das napfartig geformte Metallblech 240' eine ringförmige,
parallel zum Boden 212 ausgerichtete Auflagefläche,
auf der die Montageplatine 400 mit ihrer ringförmigen
elektrischen Kontaktfläche 440 aufliegt. Ferner
ist das napfartig geformte Metallblech 240' mit vielen
Haken 241' versehen, die den Rand der Montageplatine 400 nach Art einer
Bördelung umgreifen, so dass die Montagplatine 400 an
dem napfartigen Metallblech 240' fixiert ist. Die an dem
Metallblech 240' anliegende, ringförmige elektrische
Kontaktfläche 440 der Montageplatine 400 stellt
eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Metallblech 240' und
der auf Massebezugspotential liegenden, inneren Metallschicht 410 der
Montageplatine 400 her. Dadurch bilden das napfartig geformte
Metallblech 240' und die innere Metallschicht 410 der
Montageplatine 400 einen elektromagnetisch abgeschirmten
Raum, in den die auf der Unterseite 420 der Montageplatine 400 montierten
elektrischen Komponenten (nicht abgebildet) der Betriebsschaltung
hineinragen. In den 13 und 14 wurde
die ringförmige Kontaktfläche 440 der
Einfachheit halber nicht dargestellt. Allerdings besitzt die in
den 13 und 14 gezeigte Montageplatine 400 den
in 10 dargestellten Aufbau. Insbesondere erstreckt
sich die ringförmige Kontaktfläche 440 über
den Rand der Montageplatine 400 auf beide Seiten 420, 430 der
Montageplatine 400. Zwischen der Seitenwand 211 und
dem napfartig geformten Metallblech 240' sowie dem Rand
der Montageplatine 400 ist ein Silikonring 300' angeordnet,
der zur Abdichtung der Beleuchtungseinheit und einer kuppelartigen
Sekundäroptik (nicht abgebildet) dient, die auf die Oberseite
bzw. auf den Rand der Seitenwand 211 aufgesetzt wird. Der
Silikonring 300' besitzt ein L-förmiges Profil
und liegt auf dem Kragen 218 an der Innenseite des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 des Kunststoffgehäuses 200 der Beleuchtungseinheit
auf.
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Die
Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher
erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Beispielsweise kann anstelle der Metallisierung 240 der
Innenseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und des napfartig
geformten Metallblechs 240' gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung als Abschirmmittel der
hohlzylindrische Gehäuseabschnitt 210 aus elektrisch
leitfähigem Kunststoff gefertigt sein, um zusammen mit
der inneren Metallschicht 410 der Montageplatine 400 eine
elektromagnetische Abschirmung des Gehäuseinnenraums zu
gewährleisten. In diesem Fall bestehen der hohlzylindrische
Gehäuseabschnitt 210 und der als Stecker ausgebildete
Gehäuseabschnitt 230 aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialen,
da für den als Stecker ausgebildeten Gehäuseabschnitts 230 aufgrund
der darin eingebetteten elektrischen Anschlüsse ein elektrisch
isolierendes Material erforderlich ist. Trotzdem können beide
Gehäuseabschnitte 210 und 230 als unlösbar miteinander
verbundene Kunststoffspritzgussteile gefertigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/065030
A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - I. Schnitzer
et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 [0045]