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Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe aus mindestens zwei flächigen Elementen mit kaschierten Leiterbahnen und einem Verbindungsglied für Teile der Leiterbahnen beider Elemente.
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Eine solche Baugruppe ist aus
DE 25 05 215 A1 bekannt. Dort ist eine harte Platine, eine so genannte Leiterplatte, als flächiges Element mit Leiterbahnen kaschiert, mit denen ein elektrisches Funktionselement, im vorliegenden Beispiel ein Wasserstandsregler – ansonsten aber auch mit anderen elektrischen oder elektronischen Funktionselementen, wie integrierten Schaltungen, Widerständen, Kondensatoren u. s. w., durch Löten elektrisch verbunden ist. Über ein Verbindungsglied, eine Steckerleiste, ist das eine flächige Element mit einem in einer rechtwinklig dazu liegenden Ebene angeordneten zweiten flächigen Element verbunden, ebenfalls einer Leiterplatte oder einer Vielfachbandleitung (
DE 25 17 767 A1 ). Als flächiges Element kann anstelle einer starren Leiterplatte aber auch ein flexibler Träger für Funktionselemente, eine so genannte flexible Schaltung, Verwendung finden.
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Nachteilig an den bekannten elektrischen Baugruppen ist, dass ihre flächigen Elemente fest verdrahtete elektrische Schaltungen sind, die nur als Ganzes ausgetauscht werden können, indem sie aus der vorhandenen Steckverbindung gelöst und durch eine andere elektrische Schaltung ersetzt werden. Wenn innerhalb einer fest verdrahteten elektrischen Schaltung eine Änderung vorzunehmen ist, kann nur eine vollständig neue elektrische Schaltung die zu ändernde ersetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Baugruppe so auszugestalten, dass in einem ihrer flächigen Elemente ein Teil ihrer Schaltung auch nach Fertigstellung des Elements auf kostengünstige Weise noch austauschbar ist, wenn beispielsweise dieser Teil mit einer verbesserten Funktion versehen werden soll.
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Diese Aufgabe kann gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst werden, dass das Verbindungsglied beider Elemente durch Kontakt zueinander gewandter Ränder der Elemente gebildet ist und die Ränder mit einer kongruenten Linienstruktur versehen sind, deren Teile in mechanisch arretierender Weise ineinander greifen.
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Durch eine zweite Lösung kann dieselbe Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 8 auch auf eine abweichende Weise dadurch realisiert werden, dass eines der flächigen Elemente ein Areal des zweiten flächigen Elementes mit Abstand überdeckt, dass mindestens ein Verbindungsglied dadurch gebildet ist, dass die miteinander zu verbindenden Kontaktflächen der Leiterbahnen an einem Teil der Fläche jedes flächigen Elements konzentriert sind, und die Kontaktflächen des einen flächigen Elements mit den Kontaktflächen des zweiten flächigen Elements mittels eines leitfähigen Klebers verbunden sind.
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Beiden Lösungen haben den Vorteil gemeinsam, dass Teile der auf den flächigen Elementen gebildeten elektrischen Schaltungen gegen geänderte Teile ausgetauscht werden können, ohne zu viele Teile zu vergeuden, die dem Erfordernis des Austausches nicht unterliegen. Die erste Lösung hat den Vorteil, dass die beiden flächigen Elemente in einer Ebene liegen können und die elektrische Baugruppe daher sehr flach ausgeführt werden kann. Die Ränder mit der kongruenten Linienstruktur ergeben einerseits eine mechanisch feste Verbindung in Richtung der gemeinsamen Ebene der Elemente und können andererseits elektrisch so miteinander verbunden werden, dass diese Verbindung auf einfache Weise wieder aufgehoben wird und die Ränder auch mechanisch wieder voneinander gelöst werden können, indem die Elemente gegeneinander in unterschiedliche Ebenen gebracht werden.
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Die zweite Lösung ist für kompakter gebaute elektrische Baugruppen eher geeignet, deren Stapelhöhe genügend Platz bietet. Darin ist das zweite Element in einer zweiten Ebene ober- bzw. unterhalb eines Areals des ersten Elements positioniert. Es kann beispielsweise eine elektrische Schaltung enthalten, die aus einem beliebigen Grund einem Austausch vorbehalten ist. In einem Austauschfall sind daher nur die Kontaktflächen des Verbindungsgliedes voneinander zu lösen, deren Verbindung sowohl in mechanischer wie auch in elektrischer Weise bestanden hat. Dazu ist lediglich der elektrisch leitende Kleber aufzulösen.
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In besonders vorteilhafter Weise können diese beiden Lösungen nach beliebig kombinierten Merkmalen der Unteransprüche und weiterer Einzelheiten, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung ergeben. In der Zeichnung zeigen
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1 eine elektrische Baugruppe in perspektivischer Ansicht, die nach der Erfindung ausgestattet ist und
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2 eine vergrößerte Wiedergabe des Details II in 1.
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1 gibt in perspektivischer Ansicht eine elektrische Baugruppe wieder, die sich aus einer Hauptplatine 1 als einer Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen mit mehreren auf unterschiedliche Weise verbundenen flächigen Elementen darstellt. Auf der linken Seite der Hauptplatine 1 sind drei Positionen 2 bis 4 für die mechanische und elektrische Verbindung von winklig, insbesondere rechtwinklig, zu Hauptplatine 1 stehenden Steckbaugruppen angeordnet. Die äußere Position 2 ist mit einer Steckbaugruppe 5 bestückt, die rechtwinklig zur Hauptplatine 1 steht. Die Natur der Steckverbindung ist hier nicht näher dargestellt, weil sie keinen Bezug zur Erfindung hat. Sie kann daher beliebiger Natur sein. Die Steckbaugruppe 5 dient lediglich zur Begründung eines ggf. vorhandenen Bauraums oberhalb des flächigen Elements der Hauptplatine 1, wie er für die Anordnung von Elementen gemäß Anspruch 8 ff evtl. erforderlich ist.
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Einer der rechten Ränder der Hauptplatine 1, der Rand 6, ist mit einer Linienstruktur 7, die eine wellenförmige Verzahnung ähnlich der von bekannten flächenhaften Puzzles mit dem Rand 8 eines zweiten Elements, hier ebenfalls einer Leiterplatte 9, ermöglicht. Wie die Hauptplatine 1 kann die Leiterplatte 9 mit einem Teil der elektrischen Schaltung der elektrischen Baugruppe versehen sein. Stellvertretend ist dies mit den Bauelementen 10 auf einer weiteren Leiterplatte 11 dargestellt, die nachfolgend erläutert wird. Die Gestaltung der Wellenform für diese Linienstruktur 7 bleibt dem Ermessen des Konstrukteurs vorbehalten. Es ist lediglich zu beachten, dass die Rundöffnungen und Nasen der Ränder 6 und 8 jeweilige Hinterschnitte enthalten, damit die mechanische Festigkeit in der Richtung der Ebene der Platinen 1 und 9 nach ihrem Zusammenfügen erhalten wird.
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Als weiteres Ausführungsbeispiel einer Linienstruktur für die Verbindung von Platinen in einer gemeinsamen Ebene ist die Linienstruktur 12 zwischen den Leiterplatten 9 und 11 dargestellt. Sie besteht aus einer schwalbenschwanzförmigen Verzahnung der Ränder 13 und 14 der Leiterplatten 9 und 11. Diese Linienstruktur 12 kann natürlich anstelle der Linienstruktur 7 zwischen den Platinen 1 und 9 verwendet werden. An ihre exakte Bemessung sind aber höhere Anforderungen zustellen, damit die Fügung der betroffenen Ränder (13 und 14) ohne Schwierigkeiten vonstatten geht. Anstelle der gezeigten Linienstrukturen 7 und 12 sind aber auch alle anderen Strukturen denkbar, sofern sie mit Hinterschneidungen wie oben beschrieben versehen sind, wie beispielsweise eine Mäanderstruktur.
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Die auf den Platinen
1,
5 und
9 oder auch
11 sind regelmäßig mit Leiterbahnen versehen, die auf das Trägermaterial der Platinen aufgebracht worden sind. Zum mechanischen und elektrischen Verbinden von Leiterbahnen unterschiedlicher Platinen sind regelmäßig Steckverbindungen vorgesehen, z. B. wie an den Positionen
2 bis
4 der Hauptplatine
1 angedeutet. Solche Steckverbindungen können beispielsweise gemäß
DE 25 05 215 A1 oder
DE 25 17 767 A1 ausgebildet sein. Solche Typen von Steckverbindungen werden regelmäßig nur einmal benutzt, nämlich bei der Herstellung einer elektrischen Baugruppe. Lediglich zum Austauschen von einzelnen Platinen, was aber nur selten vorkommt, sind solche Steckverbindungen vorteilhaft. Dennoch sind sie aber verhältnismäßig teuer. Daher sind die Funktionen „Mechanische Verbindung” und „Elektrische Verbindung” bei einer elektrischen Baugruppe nach der Erfindung getrennt angewendet.
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Gemäß 2, die eine vergrößerte Darstellung des in 1 kreisförmig markierten Abschnitts II der Linienstruktur 7 wiedergibt, zeigt eine Variante der elektrischen Verbindung von Leiterbahnen 15 und 16 auf der Platine 1 mit Leiterbahnen 17 und 18 auf der Platine 9. Darin sind die zu verbindenden Leiterbahnen 15 bis 18 jeweils bis an den Rand 6 bzw. 8 geführt und enden in einem Lötauge 19 bis 22, das mittels einer so genannten Durchkontaktierung 23 verstärkt ist. Bei einer Durchkontaktierung sind die Zylinderwände des die Platine durchdringenden Loches des Lötauges wie die Leiterbahn selbst mit einer Kupferkaschierung versehen. Solche Durchkontaktierungen verwendet man regelmäßig bei beiderseits der Platine angebrachten Lötaugen die eine elektrische Verbindung haben müssen. Hier sind die Löcher der Lötaugen so weit an den jeweiligen Rand 6 bzw. 8 geführt, dass die durchkontaktierten Löcher der Lötaugen 19 bis 22 zum Spalt 24 zwischen den Rändern 6 und 8 hin offen sind. Die endgültige elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 15 und 17 bzw. 16 und 18 wird schließlich durch eine Schwalllötung hergestellt, die dann sowohl die Löcher der Lötaugen 19 und 20 bzw. 21 und 22 sowie den Spalt 24 unmittelbar zwischen den benachbarten Lötaugen füllt. Zur besseren Sichtbarkeit der Gestaltung der Lötaugen ist in 2 das füllende Lot nicht dargestellt.
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Eine gleichartige elektrische Verbindung zwischen den jeweils miteinander zu verbindenden Leiterbahnen kann selbstverständlich auch bei anderen Linienstrukturen verwendet werden als der Linienstruktur 7. Beispielsweise kann eine solche Verbindung bei der dargestellten Linienstruktur 12 zwischen den Platinen 9 und 1 oder einer beliebig anderen Linienstruktur angewendet werden. Dazu müsste sogar keine selbst verzahnende Linienstruktur verwendet werden; denn dieser Typ der elektrischen Verbindung kann sogar die mechanische Verbindung in Richtung der Platinenebene übernehmen. In jedem Falle ist dieser Verbindungstyp geeignet, die mechanische Verbindung in senkrechter Richtung zur Platinenebene zu gewährleisten. Zum Lösen dieser elektrischen Verbindung ist es lediglich erforderlich, die Lotungen an allen randnahen Lötaugen zu verflüssigen, und schon sind die Platinen durch Auflösen der Verzahnung wieder frei. Eine andere Platine kann dann sofort wieder die jeweils entfernte Platine ersetzen.
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1 deutet aber auch noch einen andersartigen Typ einer elektrischen Verbindung der Hauptplatine 1 mit der Platine 9 an. Dazu sind die jeweils zu verbindenden Leiterbahnen gebündelt in einen Bereich 25 der Hauptplatine 1 geführt und dort mit Lötaugen versehen. In gleicher Weise sind die Lötaugen der zu verbindenden Leiterbahnen der Platine 9 in einem Bereich 26 so angeordnet, dass sie den jeweils zu verbindenden Lötaugen auf der Hauptplatine 1 in gleicher Reihung gegenüberstehen. Auf die Darstellung der Leiterbahnen und Lötaugen ist im Hinblick auf die übersichtlichere Abbildung verzichtet worden. Die elektrische Verbindung wird schließlich durch ein folienartiges flächiges Element 27 hergestellt, das ebenfalls – wie die Platinen – mit Kupferleiterbahnen versehen ist, deren Enden mit den Lötaugen in den Bereichen 25 und 26 verlötet sind.
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In einem weiterführenden Ausführungsbeispiel kann das flächige Element sogar selbst eine so genannte gedruckte Schaltung aufweisen, die mit Bauelementen wie die auf der Platine 11 angedeuteten Bauelemente 10 bestückt ist. Dann kann der Aufbau der elektrischen Baugruppe kompakter, Raum sparender gestaltet sein und das flächige Element 27 selbst als austauschbarer Teil der Baugruppe dienen. Dann muss auch nicht die Reihung der miteinander zu verbindenden Lötaugen in den Bereichen 25 und 26 übereinstimmen, weil die gedruckte Schaltung auf dem flächigen Element 27 die Anordnung der Lötaugen bestimmt.
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Eine weitere, völlig andersartige Lösung der in [0004] beschriebenen Aufgabe ist ebenfalls in 1 anhand der dort dargestellten elektrischen Baugruppe beschrieben. Darin werden anstelle oder zusätzlich zu Platinen 9 oder 11, die mit den weiter oben beschriebenen Linienstrukturen 7 oder 11 oder noch anderen mit der Hauptplatine 1 verbunden sein können, für entsprechend austauschbare Teile der Baugruppe flächige Elemente 28 bis 31 in Form von Folienschaltungen verwendet. Solche Folienschaltungen können gleich oder ähnlich aufgebaut und mit den auf der Hauptplatine 1 oder zusätzlichen Platinen wie den Platinen 5, 9 oder 11 vorhandenen Leiterbahnen verbunden sein. Entsprechend ist das Element 28 im Bereich 25 mit Leiterbahnen verbunden, die auch über das Element 27 mit der Zusatzplatine 9 verbunden sind. Außerdem sind die Leiterbahnen des Elements 28 in den Bereichen 32 und 33 aber auch noch mit Leiterbahnen der weiteren Elemente 29 und 31 und/oder mit den Leiterbahnen der Hauptplatine 1 verbunden. Desgleichen können die Leiterbahnen des Elements 30 in den Bereichen 34 und 35 entsprechend mit denen der Elemente 29 und 31 und/oder denen der Hauptplatine 1 verbunden sein.
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Die erwähnten Verbindungen können in bewährter Weise durch Lötungen hergestellt sein. Sie können zum Auswechseln der flächigen Elemente auf einfache Weise wieder gelöst und zusammen mit einem Austauschelement wieder hergestellt werden. Eine andere sehr vorteilhafte Möglichkeit zum Herstellen der Verbindungen ist durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff gegeben, der zwischen die Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Teile der Leiterbahnen gebracht wird. Für die Dauer des Abbindens – je nach Typ des Klebstoffes bis zu 1 sec minimal – werden die flächigen Elemente aneinander gehalten.
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Gemäß der schematischen Darstellung für das flächige Element 31 können alle flächigen Elemente der elektrischen Baugruppe mit Bauelementen 36 bestückt sein. Je nach Aufgabe der jeweiligen Baugruppe können hierfür alle Arten von elektrischen oder elektronischen Funktionselementen Verwendung finden. Einige angedeutete Leiterbahnen 37 des Elements 31 zeigen stellvertretend die Anordnung von Bestückungen mit elektronischen Schaltungen für alle Arten von verwendbaren flächigen Elementen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2505215 A1 [0002, 0015]
- DE 2517767 A1 [0002, 0015]
