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Die Erfindung betrifft ein Mikrofonmodul mit einer elektrisch leitenden Elastomerverbindung sowie ein Hörgerät mit einem solchen Mikrofonmodul.
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Ein Hörgerät verstärkt akustische Signale, wofür mehrere elektronische Bauteile notwendig sind, die zusammen eine elektronische Einheit formen. Ein Hörgerät weist weiterhin ein Gehäuse auf, in dem sich die elektronischen Bauteile befinden. Insbesondere werden ein Mikrofon, eine Verstärkereinheit, ein Lautsprecher sowie eine Energiequelle benötigt. Die Verstärkereinheit beruht auf einer komplexen Schaltung und umfasst daher typischer Weise eine Leiterplatte, auf der ein integrierter Schaltkreis sowie weitere oberflächenmontierte Bauteile angebracht werden. Die oberflächenmontierten Bauteile werden zumeist durch Löten auf der Leiterplatte befestigt und sind durch die Lötstelle mit der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden. Weitere elektronische Bauteile, insbesondere Mikrophone, können aber auch an anderen Komponenten des Hörgeräts, beispielsweise am Gehäuse, befestigt werden. Ein solches Bauteil muss dann durch einen leitenden Draht mit der Leiterplatte verbunden werden. Der Draht wird wiederum typischer Weise durch Löten mit dem Bauteil sowie der Leiterplatte verbunden. Durch die Lötverbindungen wird der Austausch defekter Bauteile, insbesondere von defekten Mikrophonen, erschwert. Weiterhin müssen alle elektronischen Bauteile auf einem kleinen Volumen verpackt werden, da das Gehäuse des Hörgeräts aus kosmetischen Gründen möglichst klein sein soll.
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Aus
US 7 971 337 B2 ist ein Verfahren zur Produktion eines Mikrofonmoduls für ein Hörgerät bekannt, umfassend die Herstellung eines Mikrofonträgers, der als spritzgegossener Leitungsträger ausgebildet ist, sowie die Befestigung des Mikrofons an dem Mikrofonträger. Der spritzgegossene Leitungsträger besteht aus einer festen Kunststoffform und dreidimensional ausgerichteten Leiterbahnen auf der Außenseite der Kunststoffform. Die Leiterbahnen sind elektrisch mit den Mikrofonkontakten verbunden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung die elektronische Einheit eines Hörgeräts weiter zu verkleinern sowie den Austausch einzelner elektronischer Bauteile zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1.
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Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde ein Mikrofon durch eine Elastomerverbindung elektrisch leitend mit einem spritzgegossenen Leitungsträger in Gestalt einer festen Kunststoffform mit elektrisch leitenden Bahnen auf der Oberfläche der Kunststoffform zu verbinden. Die Elastomerverbindung ermöglicht es auf eine Lötverbindung zwischen Mikrofon und spritzgegossenem Leitungsträger zu verzichten, wodurch der Herstellungsprozess des Hörgeräts sowie der Austausch eines defekten Mikrofons rationalisiert werden. Weiterhin erlaubt die Kombination der Elastomerverbindung mit einem spritzgegossenen Leitungsträger eine Verkleinerung der elektronischen Einheit eines Hörgeräts, da ein spritzgegossener Leitungsträger beliebig geformt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Leiterplatte durch eine Elastomerverbindung elektrisch leitend mit dem spritzgegossenen Leitungsträger verbunden, wodurch eine aufwändige Verkabelung der Leiterplatte mit dem Mikrofon entfällt. Die elektrische Verbindung der Leiterplatte mit dem Mikrofon wird in dieser Ausführungsform durch die Leiterbahnen des spritzgegossenen Leitungsträgers hergestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein integrierter Schaltkreis durch eine Elastomerverbindung elektrisch leitend mit dem spritzgegossenen Leitungsträger verbunden, wodurch eine aufwändige Verbindung des integrierten Schaltkreises, beispielsweise durch die Flip-Chip-Technik oder Draht-Bonden, mit der Leiterplatte entfällt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Lautsprecher durch eine Elastomerverbindung elektrisch leitend mit dem spritzgegossenen Leitungsträger verbunden, wodurch keine aufwendige Drahtverbindung zwischen dem Lautsprecher und der Verstärkereinheit, die ebenfalls auf dem spritzgegossenen Leitungsträger montiert werden kann, notwendig ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Elastomerverbindung so in eine Vertiefung der Kunststoffform eingelassen, dass die Oberfläche zumindest einer Seite der Elastomerverbindung innerhalb der Kunststoffform liegt, wodurch die Elastomerverbindung leichter gegen seitliches Verrutschen geschützt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Elastomerverbindung elektrisch leitende Strukturen auf, wobei die elektrisch leitenden Strukturen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wodurch auf besonders einfache Weise eine elektrische Verbindung durch die Elastomerverbindung zwischen dem Mikrofon oder einem anderen elektronischen Bauteil des Hörgeräts sowie dem spritzgegossenen Leitungsträger hergestellt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die leitenden Strukturen als vergoldete Drähte oder Golddrähte ausgebildet, so dass die Leitfähigkeit der Elastomerverbindung besonders hoch ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der spritzgegossene Leitungsträger ein Teil des Gehäuses eines Hörgeräts, wodurch das Hörgerät besonders kompakt aufgebaut werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Hörgerät einen in dem Gehäuse liegenden Rahmen auf, so dass die Elastomerverbindung durch den Rahmen an den spritzgegossenen Leitungsträger gedrückt wird, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem spritzgegossenen Leitungsträger und der Elastomerverbindung stabilisiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform umgibt der Rahmen den spritzgegossenen Leitungsträger und ein Teil des Rahmens ist mit dem spritzgegossenen Leitungsträger verbunden, wodurch eine stabile Fixierung der Elastomerverbindung ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der spritzgegossene Leitungsträger selber ein Teil des Rahmens, wodurch sowohl eine stabile Fixierung als auch eine besonders kompakte Bauweise des Hörgeräts ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrisches Bauteil an dem Rahmen befestigt, insbesondere ein durch eine Elastomerverbindung elektrisch leitend mit dem spritzgegossenen Leitungsträger verbundenes Bauteil. Dadurch wird eine besonders stabile Fixierung der Elastomerverbindung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform besteht der Rahmen aus zumindest zwei Teilen, die durch Stifte oder Schrauben miteinander verbunden sind, wobei die Stifte oder Schrauben einerseits eine besonders stabile Fixierung der Elastomerverbindung ermöglichen und andererseits als Abstandshalter dienen um eine ungewollte Kompression der Elastomerverbindung zu verhindern.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen spritzgegossenen Leitungsträger mit Elastomerverbindungen zu Mikrofon und Leiterplatte in Aufsicht,
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2 einen spritzgegossenen Leitungsträger mit Elastomerverbindungen zu Mikrofon und Leiterplatte in Seitenansicht,
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3 einen Rahmen, der elektronische Bauteile mit Elastomerverbindungen umschließt, und
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4 ein Hörgerät im Querschnitt mit einem als Gehäuseteil ausgebildeten spritzgegossenen Leitungsträger.
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1 zeigt einen spritzgegossenen Leitungsträger 1, umfassend eine feste, eben ausgebildete Kunststoffform 6 und elektrisch leitenden Leiterbahnen 4 auf der Oberfläche der Kunststoffform 6, sowie Elastomerverbindungen 3, die elektrisch leitend auf die Leiterbahnen 4 aufgesetzt sind. Dabei stellen die Elastomerverbindungen 3 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 und einem Mikrofon 5 sowie einer Verstärkereinheit 2 her. Die Verstärkereinheit 2 umfasst einen integrierten Schaltkreis 11 und weitere oberflächenmontierbare Bauelemente 10, die auf einer Leiterplatte 7 angebracht sind.
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Die Elastomerverbindungen 3 sind als Quader ausgeformt, wobei elektrisch leitende Strukturen in Form von vergoldeten Kupferdrähten 12 die Elastomerverbindung 3 durchdringen. Die vergoldeten Kupferdrähte 12 sind im Wesentlichen parallel zueinander sowie im Wesentlichen parallel zu einer Seite des Quaders ausgebildet und weisen einen Durchmesser von maximal 50 Mikrometern auf. Die Drähte 12 sind im Wesentlichen parallel zu einer Seite des Quaders dicht gepackt, so dass sie leitende Ebenen bilden. Diese Ebenen von Drähten 12 sind wiederum durch Silikonschichten 13 mit einer Dicke von maximal 150 Mikrometern voneinander getrennt. Die Elastomerverbindungen 3 sind so auf dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 aufgesetzt, dass die Drähte 12 senkrecht auf der Oberfläche der Kunststoffform 6 stehen und damit senkrecht zur Oberfläche des spritzgegossenen Leitungsträgers 1 elektrisch leitend ausgebildet sind. Senkrecht zu den durch die Silikonschichten 13 gegebenen Ebenen ist die Elastomerverbindung 3 nicht elektrisch leitend.
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Die Elastomerverbindungen 3 können den spritzgegossenen Leitungsträger 1 mit elektronischen Komponenten eines Hörgeräts verbinden. Diese Verbindung ersetzt Löt- und Steckverbindungen. Deshalb kann ein Mikrofon 5, das durch eine Elastomerverbindung 3 mit einem spritzgegossenen Leitungsträger 1 elektrisch leitend verbunden ist, einfacher ausgetauscht werden als ein Mikrofon 5, dass mit Draht und Lötzinn mit einer Leiterplatte 7 verbunden ist. Dies erleichtert den Austausch defekter Mikrofone 5 erheblich. Weiterhin ist die Verstärkereinheit 2 durch Elastomerverbindungen 3 mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 verbunden, wobei die Verstärkereinheit 2 eine Leiterplatte 7 sowie auf der Leiterplatte 7 befestigte oberflächenmontierbare Bauelemente 10 und einen integrierten Schaltkreis 11 umfasst. Die Drähte 12 in den Elastomerverbindungen 3 stehen dabei im Wesentlichen senkrecht auf der durch die Leiterplatte 7 gebildeten Ebene.
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Weiterhin kann der integrierte Schaltkreis 11 durch eine Elastomerverbindung 3 elektrisch leitend direkt mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 verbunden ist, wodurch eine aufwendige Verbindung des integrierten Schaltkreises 11 mit der Leiterplatte 7, beispielsweise durch die Flip-Chip-Technik oder Draht-Bonden, überflüssig wird. In dieser Ausführungsform wird der integrierte Schaltkreis 11 entweder durch den spritzgegossenen Leitungsträger 1 mit der Leiterplatte 7 verbunden oder der spritzgegossene Leitungsträger ersetzt die Leiterplatte 7 und weitere für die Verstärkereinheit 2 notwendige Bauelemente werden ebenfalls auf dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 anstatt auf einer Leiterplatte 7 montiert.
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Weiterhin kann auch ein Lautsprecher 18 durch eine Elastomerverbindung 3 elektrisch leitend mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 verbunden werden. Dadurch entfällt auch für dieses Bauteil eine aufwendige Draht- und Lötverbindung mit der Leiterplatte 7. Außerdem lässt sich ein Lautsprecher 18 wesentlich einfacher austauschen, wenn er mit einer Elastomerverbindung 3 anstatt mit einer Lötverbindung montiert ist.
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Die Elastomerverbindung 3 kann auch aus anderen Materialien als vergoldeten Kupferdrähten 12 in einem Silikonkern aufgebaut sein. Insbesondere kann die leitende Schicht der Elastomerverbindung 3 aus Kupfer-, Gold-, oder Silberdrähten, Graphit, sowie mit Silber und/oder Goldpartikeln angereichertem Silikon bestehen. Der Durchmesser der Drähte kann auch größer als 50 Mikrometer sein, und der Querschnitt der Drähte kann insbesondere asymmetrisch ausfallen.
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Weiterhin müssen die Drähte nicht so dicht gepackt sein, dass sie leitende Ebenen formen. Insbesondere können nur wenige eng beieinander liegende oder sogar nur einzelne Drähte oder Graphitstifte leitende Strukturen ausbilden. Da solche Drähte sehr dünn ausgebildet sein können, insbesondere mit einem Durchmesser von weniger als 50 Mikrometer, ermöglichen die Elastomerverbindungen 3 auch sehr eng beieinander liegende Kontakte getrennt mit anderen Kontakten zu verbinden. Die Verwendung sehr kleiner elektrischer Strukturen ermöglicht wiederum eine besonders kompakte Bauweise der elektronischen Einheit des Hörgeräts.
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Anstatt Silikon kann für den Kern der Elastomerverbindung 3 im Prinzip jeder elektrisch isolierende Elastomer verwendet werden. Die isolierenden Schichten können auch dicker als 150 Mikrometer sein und insbesondere asymmetrisch, also in Form eines Keils, ausgebildet sein. Weiterhin kann die Elastomerverbindung 3 an einer oder mehrerer Seiten des Quaders eine isolierende Schicht aufweisen, basierend beispielsweise auf Silikon oder einem anderen Elastomer. Diese Schicht kann, je nach Dicke und Beschaffenheit, eine rein isolierende oder auch eine mechanisch stützende Funktion haben. Ein stützender und isolierender Mantel erlaubt beispielsweise besonders schmale Elastomerverbindungen 3 zu benutzen.
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Weiterhin können die Elastomerverbindungen 3 auch andere Formen als Quader annehmen. Insbesondere können sie als Keile, abgeflachte Pyramiden oder abgerundete Formen ausgebildet sein. Insbesondere können diese Formen Vertiefungen oder Erhöhungen der Kunststoffform 6 angepasst sein.
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Spritzgegossene Leitungsträger 1 sind auch als molded interconnect devices bekannt und basieren auf einer Kunststoffform 6, die meist aus einem Thermoplast besteht. Es können jedoch auch Elastomere und Duroplaste sowie beim Mehrkomponenten-Spritzgießen unterschiedliche Kunststoffe zur Herstellung der Kunststoffform 6 zum Einsatz kommen. Insbesondere können die jeweiligen Kunststoffe mit metallischen Additiven versehen sein. Durch die freie, dreidimensionale Formgebung spritzgegossener Leitungsträger 1 ist es außerdem möglich die elektronischen Bauteile des Hörgeräts auf einem sehr kleinen Volumen funktional miteinander zu verbinden. Weiterhin bewirkt das Anbringen elektronischer Komponenten auf dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 eine größere Robustheit der elektronischen Einheit des Hörgeräts, da weniger freie Drahtverbindungen, beispielsweise zwischen Mikrofon 5 und Verstärkereinheit 2, notwendig sind. Da weniger Drahtverbindungen hergestellt werden müssen, vereinfacht sich auch der Herstellungsprozess der elektronischen Einheit des Hörgeräts.
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Die Leiterbahnen 4 können beispielsweise durch Heißprägen, Maskenbelichtungsverfahren oder Laserdirektstrukturierung auf die Kunststoffform aufgetragen werden. Bei der Laserdirektstrukturierung werden die Bereiche der Oberfläche der mit metallischen Additiven versehen Kunststoffform 6 mit einem Laserstrahl bearbeitet, die später als Leiterbahnen 4 dienen sollen. Dann werden die Leiterbahnen 4 durch ein Kupferbad ausgebildet, bei dem sich in den mit dem Laser bearbeiteten Bereichen ein leitender Kupferfilm bildet. Dieser kann weiter mit anderen leitenden Materialien, insbesondere mit Gold, beschichtet werden.
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2 zeigt einen spritzgegossenen Leitungsträger 1, der durch Elastomerverbindungen 3 elektrisch leitend mit einem Mikrofon 3 und einer Leiterplatte 7 verbunden ist. Die Elastomerverbindung 3 ist so angeordnet, dass die vergoldeten Kupferdrähte 12 senkrechrecht auf der Oberfläche des spritzgegossenen Leiterträger 1 stehen. Senkrecht zur Oberfläche des spritzgegossenen Leiterträgers 1 ist die Elastomerverbindung 3 leitend. Die Drähte 12 sind durch isolierende Silikonschichten 13 getrennt. Die Dicke der Silikonschichten 13 beträgt in der hier gezeigten Ausführungsform maximal 150 Mikrometer. Durch den geringen Abstand der isolierenden Schichten 13 können auch nah beieinander liegende Kontakte, beispielsweise an der Leiterplatte 7, durch eine einzelne Elastomerverbindung 3 mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 verbunden werden.
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Weiterhin kann die Elastomerverbindung 3 so in eine Vertiefung der Kunststoffform 6 eingelassen ist, dass die Oberfläche zumindest einer Seite der Elastomerverbindung 3 innerhalb der Kunststoffform 6 liegt. Dadurch ist die Elastomerverbindung 3 vorfixiert und gegen seitliches Verrutschen geschützt, und es wird ein flacherer Aufbau der elektronischen Einheit ermöglicht.
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3 zeigt einen Rahmen, der die elektronischen Bauteile mit Elastomerverbindungen 3 umschließt. Dabei umfasst der Rahmen ein unteres Rahmenbauteil 14 mit vier Gewinden 8, an dem das Mikrofon 5 sowie die Verstärkereinheit 2 mit einer Leiterplatte 7 befestigt sind. Diese elektronischen Komponenten können beispielsweise durch Kleben oder Löten, aber auch mit Klemmverbindungen oder Schrauben an dem unteren Rahmenbauteil 14 befestigt werden. Das zweite, obere Rahmenbauteil 15 ist als spritzgegossener Leitungsträger 1 ausgebildet und weist Elastomerverbindungen 3 auf der dem unteren Rahmenbauteil 14 zugewandten Seite sowie vier Schrauben 9 zum Versenken in den Gewinden 8 des unteren Rahmenbauteils 14 auf. Durch das Versenken der Schrauben 9 in den Gewinden 8 des unteren Rahmenbauteils 14 bildet sich ein Rahmen aus, der die elektronischen Komponenten des Hörgeräts hält und die Elastomerverbindungen 3 so an die Leiterbahnen 4 des spritzgegossenen Leiterträgers 1 sowie an das Mikrofon 3 und die Leiterplatte 7 drückt, dass eine elektronische Verbindung zwischen den am unteren Rahmenbauteil 14 befestigten elektronischen Komponenten sowie den Leiterbahnen 4 des spritzgegossenen Leiterträgers 1 hergestellt wird.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Oberseite des Rahmens nicht als spritzgegossener Leitungsträger 1 ausgebildet ist, so dass der Rahmen den spritzgegossenen Leitungsträger 1 umgibt und ein Teil des Rahmens mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 verbunden ist. Die Verbindung kann durch Kleben, Löten sowie mit Hilfe von Schrauben oder Klemmverbindungen erfolgen.
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Die Rahmenbauteile können auch durch andere Befestigungsmittel als Schrauben 9 miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Nieten, Stifte oder eine Klemmverbindung. Eine mechanisch feste Verbindung der Rahmenbauteile bietet weiterhin den Vorteil, dass der Rahmen – und damit die innen liegenden elektronischen Komponenten – gegen ungewollte Kompression geschützt werden.
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Es ist zu berücksichtigen, dass die beschriebene Orientierung der Elastomerverbindungen 3 relativ zur Oberfläche von Bauteilen der elektronischen Einheit des Hörgeräts sowie die beschriebene Orientierung von Elementen der Elastomerverbindung 3 relativ zueinander lediglich eine Ausführungsform darstellt, und andere Orientierung realisiert werden können. Es ist lediglich erforderlich, dass die Elastomerverbindungen 3 entlang wenigstens einer Achse elektrisch leitend und entlang wenigstens einer Achse elektrisch isolierend ausgebildet sind. Weiterhin ist zu beachten, dass sich die Elastomerverbindung 3 durch Druck verformen können und sich dadurch die Orientierung der leitenden und nichtleitenden Schichten innerhalb der Elastomerverbindung 3 ändert. Insbesondere können die Drähte 12 sowie die Silikonschichten 13 dadurch nicht mehr senkrecht auf der Oberfläche des spritzgegossenen Leitungsträgers 1 stehen. Außerdem sind die verschiedenen leitenden und nichtleitenden Ebenen durch den Druck nicht mehr parallel zueinander angeordnet.
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4 zeigt ein Hörgerät im Querschnitt. Der spritzgegossene Leitungsträger 1 ist als Teil des Gehäuses des Hörgeräts ausgebildet, wodurch das Hörgerät besonders kompakt aufgebaut werden kann. Elastomerverbindungen 3 verbinden in der hier gezeigten Darstellungsform folgende Teile elektrisch leitend mit zumindest einer Leiterbahn 4 des spritzgegossenen Leitungsträgers 1: Mikrofon 5, Lautsprecher 8 und Verstärkereinheit 2. Die Batterie 19 kann sowohl durch eine Elastomerverbindung 3 als auch durch konventionelle Kontakte, beispielsweise innerhalb eines Batteriefachs, mit dem spritzgegossenen Leitungsträger 1 elektrisch leitend verbunden werden.
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Es kann sich bei dem erfindungsgemäßen Hörgerät sowohl um ein hinter-dem-Ohr Hörgerät als auch um ein im-Ohr-Hörgerät handeln. Insbesondere kann es sich bei einem im-Ohr-Hörgerät um ein Conchageräte oder um ein sogenanntes „in the canal“ (ITC) Gerät, oder um ein sogenanntes „completely in the canal“ (CIC) Gerät handeln.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu Verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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