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Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend eine Chipeinheit mit integriertem Schaltkreis sowie mit einer Anzahl von Anschlusskontakten.
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In vielen Anwendungsbereichen werden sogenannten integrierte Schaltungen als vorgefertigte Einheiten, den sogenannten Elektronik-Chips, genutzt, um mit deren Hilfe Elektronik-Geräte oder Elektronikbaugruppen herzustellen. Dazu werden die entsprechenden Einheiten, also die Elektronik-Chips, in der Regel auf Leiterplatinen aufgelötet und mit Hilfe einer sogenannten Außenbeschaltung zu einer Funktionseinheit ergänzt.
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Einer aktuellen Entwicklung entsprechend werden jedoch vermehrt auch Elemente der Außenbeschaltung in die jeweiligen Einheiten, also die Elektronik-Chips, integriert, so dass in einigen Fällen die vollständige Funktionseinheit mitsamt der Außenbeschaltung in den entsprechenden Einheiten integriert ist. Auf diese Weise werden dann zum Beispiel komplette Sensoreinheiten hergestellt, die entweder für eine separate Nutzung oder für eine Einbindung in eine größere Baugruppe lediglich an ein Energieversorgungssystem zur Versorgung der Einheit mit elektrischer Energie und an ein Kommunikationssystem zur Übertragung von mittels der Einheit generierten Informationen angebunden werden müssen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft ausgestaltete Elektronikbaugruppe mit einer solchen Einheit anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektronikbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Eine entsprechende Elektronikbaugruppe ist dabei insbesondere für Kraftfahrzeuge ausgelegt und umfasst eine Chipeinheit mit einem integrierten Schaltkreis sowie mit einer Anzahl von Anschlusskontakten. Zudem umfasst die Elektronikbaugruppe zumindest zwei Leiterstreifen, wobei zwischen jedem Leiterstreifen und zumindest einem Anschlusskontakt eine unmittelbare oder direkte Kontaktverbindung realisiert ist und wobei die aus Chipeinheit und den Leiterstreifen gebildete Fertigungseinheit in ein Gehäuse integriert ist.
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Der Begriff Chipeinheit steht hierbei für eine Elektronikeinheit mit einem Gehäuse, nachfolgend Chip-Gehäuse genannt, die nach Art eines klassischen Elektronik-Chips ausgestaltet ist, jedoch typischerweise nicht nur einen integrierten Schaltkreis aufweist, sondern darüber hinaus weitere Komponenten, wie zum Beispiel die Elektronikbausteine, die bei einem klassischen Elektronik-Chips Teil der sogenannten Außenbeschaltung sind. Entsprechende Chipeinheiten werden als vorgefertigte Einheiten einem Produktionsprozess zugeführt und beispielsweise in Kraftfahrzeugen verbaut.
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Da die Chipeinheiten als vollständige Funktionseinheiten ausgebildet sind und insbesondere nicht mit einer Außenbeschaltung versehen werden müssen, erfolgt bei einem Einbau einer entsprechenden Chipeinheit in eine größere Baugruppe bevorzugt lediglich eine Beschaltung der Chipeinheit derart, dass diese mit elektrischer Energie versorgt wird und dass mittels der Chipeinheit generierte Informationen aus der Chipeinheit ausgelesen werden können. Wird also eine entsprechende Chipeinheit beispielsweise in ein Kraftfahrzeug eingebaut, so wird die Chipeinheit mit dem sogenannten Bordenetz des Kraftfahrzeuges verbunden, so dass die Chipeinheit einerseits über das Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt wird und andererseits Informationen in das Bordnetz einspeist.
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Hierzu umfasst die Elektronikbaugruppe zumindest zwei Leiterstreifen, wobei zwischen jedem Leiterstreifen und zumindest einem Anschlusskontakt der Chipeinheit eine unmittelbare oder direkte Kontaktverbindung realisiert ist. Die Leiterstreifen sind dabei typischerweise voneinander getrennt und gegeneinander, beispielsweise durch eine räumliche Trennung, elektrisch isoliert. Sie sind darüber hinaus bevorzugt als separate Bauteile ausgebildet und dementsprechende gehören diese nicht zu einem einzigen Bauteil, es handelt sich also insbesondere nicht um verschiedenen Abschnitte oder Bereiche eines einzigen Bleches oder Stanzgitters.
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Die Chipeinheit und die damit verbundenen Leiterstreifen bilden dabei gemeinsam eine Fertigungseinheit, die in ein gemeinsames Gehäuse integriert ist. Die Fertigungseinheit stellt hierbei bevorzugt eine abgeschlossene Fertigungseinheit dar und diese Fertigungseinheit wird im Rahmen der Herstellung in das Gehäuse integriert, also beispielsweise mit einem Kunststoff umspritzt. Es ist somit also insbesondere nicht vorgesehen, die Chipeinheit, wie dies bei klassischen Elektronik-Chips üblich ist, auf eine Leiterplatine aufzulöten. Zudem ist bevorzugt in das Gehäuse lediglich die Fertigungseinheit aus Chipeinheit und Leiterstreifen integriert, es befinden sich also keine weiteren Bauteile und insbesondere keine sonstigen Elektronikbauteile in dem Gehäuse. Über die Leiterstreifen erfolgt dann im Betrieb der Elektronikbaugruppe die Versorgung der Chipeinheit mit elektrischer Energie sowie die Übertragung von Informationen, welche mittels der Chipeinheit generiert werden. Dies wurde bisher mit Hilfe einer zusätzlichen Leiterplatine realisiert, auf die nun verzichtet werden kann. Hierdurch lässt sich der Herstellungsaufwand einer entsprechenden Elektronikbaugruppe reduzieren.
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Dabei ist das Gehäuse vorzugsweise einteilig oder einstückig ausgestaltet und wird zum Beispiel mittels eines Spritzgussverfahrens aus Kunststoff hergestellt. Es weist zudem bevorzugt ein Steckelement, insbesondere nach Art einer Anformung, auf, welches zur Ausbildung einer mechanischen Steckverbindung und somit zur Fixierung der Elektronikbaugruppe beispielsweise innerhalb eines Kraftfahrzeuges dient.
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Bevorzugt bildet außerdem ein abisolierter Endabschnitt einer Kabelader oder ein Kabelschuh einen der Leiterstreifen und weiter bevorzugt ist jeder Leiterstreifen durch einen abisolierten Endabschnitt einer Kabelader oder einen Kabelschuh gegeben. Im Falle der Verwendung der Elektronikbaugruppe im Automobilbereich ist dann die Chipeinheit bevorzugt direkt mit Kabeladern einer Leitung des Bordnetzes verbunden und auf zusätzliche Baugruppen, die als eine Art Adapter fungieren und zwischen Bordnetz-Leitung und Chipeinheit zwischengeschaltet sind, wird verzichtet.
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Einer Ausgestaltungsvariante entsprechend ist dabei die Kabelader durch einen Litzenleiter gegeben und ein abisolierter Endabschnitt des Litzenleiters ist zur Ausbildung eines Leiterstreifens kompaktiert, insbesondere gepresst. Durch die Kompaktierung erfolgt dabei bevorzugt auch eine Versteifung des entsprechenden Endabschnittes des Litzenleiters, so dass dieser einer höheren mechanischen Belastung Stand hält. Das heißt, dass beispielsweise eine durch die Masse der Chipeinheit hervorgerufene Gewichtskraft nicht zu einer Verbiegung des durch den kompaktierten Endabschnitt des Litzenleiters gebildeten Leiterstreifens führt.
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In vorteilhafter Weiterbildung sind die Einzeldrähte des Litzenleiters im Bereich des kompaktierten Endabschnittes untereinander oder miteinander verschweißt, wobei die Verschweißung der Einzeldrähte bevorzugt durch die Hitzeentwicklung bei der Kompaktierung oder Verpressung erfolgt. Alternativ erfolgt eine Verschweißung der Einzeldrähte des Litzenleiters im Bereich des abisolierten Endabschnittes durch Widerstandsschweißen, wobei hier durch das Widerstandsschweißen eine Verdichtung des Litzenleiters in diesem Bereich und in Folge dessen eine Kompaktierung erreicht wird. Durch die Kompaktierung und/oder die Verschweißung der Einzeldrähte im Bereich des abisolierten Endabschnittes haben die entsprechend behandelten Endabschnitte dann ähnliche Eigenschaften wie gestanzte Blechteile. Sie weisen also unter anderem eine relativ hohe Steifigkeit auf und lassen sich daher als Trägerelemente oder Strukturelemente nutzen.
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Zweckdienlich ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Leiterstreifen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, da hierdurch eine effektive und zuverlässige Kontaktierung zwischen den Leiterstreifen und den Anschlusskontakten leichter zu realisieren ist.
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Da die Elektronikbaugruppe unter anderem für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, ist es zweckdienlich, die Elektronikbaugruppe vor Verschmutzung und insbesondere vor Spritzwasser zu schützen und dementsprechend ist die Elektronikbaugruppe gemäß einer Ausführungsvariante derart ausgestaltet, dass die Kabelader, insbesondere alle Kabeladern, abgedichtet in das die Fertigungseinheit aus Chipeinheit und Leiterstreifen aufnehmende Gehäuse geführt ist.
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Dabei ist das Gehäuse jedoch nicht zwingend derart ausgestaltet, dass die Funktionseinheit vollständig eingeschlossen ist. Stattdessen weist das Gehäuse in einigen Ausführungsvarianten eine Öffnung auf. Hierbei gilt es zu bedenken, dass einerseits Spritzwasser häufig nur aus einer bestimmten Richtung auf das Gehäuse auftrifft und andererseits die Elektronikbaugruppe typischerweise in eine größere Baugruppe, also beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, eingebaut wird, so dass Teile der größeren Baugruppe in einigen Fällen das Gehäuse der Funktionseinheit im verbauten Zustand zu einer vollständig geschlossenen Gehäusebaugruppe ergänzen, wodurch die Fertigungseinheit dann umseitig vor einer mechanischen Belastung, einer Verschmutzung oder Spritzwasser geschützt ist.
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Vorteilhafterweise ist die Chipeinheit zudem als Sensoreinheit ausgebildet. Dabei werden Sensoreinheiten bevorzugt, die nach Art von Temperatursensoren, Drucksensoren oder Hallsensoren ausgeschaltet sind.
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Alternativ ist die Chipeinheit als Aktuatoreinheit ausgebildet, wobei der Begriff Aktuatoreinheit in diesen Zusammenhang derart zu verstehen ist, dass die Chipeinheit nicht nur mit elektrischer Energie versorgt wird, sondern darüber hinaus auch aktiv angesteuert wird. Es handelt sich bei der Chipeinheit dann also beispielsweise um eine Leuchtdiode (LED) mit integrierter Ansteuerelektronik.
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Unabhängig von der Ausgestaltung der Chipeinheit wird diese zur Ausbildung der unmittelbaren Kontaktverbindung zwischen jedem Leiterstreifen und zumindest einem Anschlusskontakt vorzugsweise mit dem Leiterstreifen verschweißt. Hierdurch lässt sich auf verhältnismäßig einfache Weise eine effektive und zuverlässige Kontaktierung realisieren. Dies ist insbesondere auch im Bereich der Automobiltechnik vorteilhaft, da hier häufig eine Vielzahl von Sensoren und Aktuatoren in einem einzigen Kraftfahrzeug verbaut werden, wobei bisher jeder Sensor und jeder Aktuator über eine Steckverbindung mit einer Leitung des Bordnetzes verbunden werden muss. Im Falle einer hier vorgestellten Elektronikbaugruppe jedoch wird eine jede Chipeinheit, also ein jeder Sensor und ein jeder Aktuator, bevorzugt direkt mit Kabeladern der Leitung verschweißt, so dass hierdurch eine direkte Verbindung zum Bordnetz / Kabelbaum hergestellt. Diese direkten Verbindungen zeichnen sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und reduzierte Herstellungskosten, insbesondere im Vergleich zu Crimp-, Steck- und Lötverbindungen aus.
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Alternativ zu einer direkten Schweiss-Verbindung zwischen der Chipeinheit und einer Kabelader beispielsweise eines Kabelbaums ist die aus Chipeinheit und Leiterstreifen gebildete Funktionseinheit zusammen mit dem dazugehörigen Gehäuse als Steckeinheit ausgebildet und wird beispielsweise mit einem Kabelbaum über eine Steckverbindung verbunden. Dabei dienen die Leiterstreifen bevorzugt als Kontaktstifte der Steckeinheit und dementsprechend werden die Leiterstreifen bei der Ausbildung der Steckverbindung in entsprechende Buchsen eingesteckt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführung einer Elektronikbaugruppe,
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2 in einer ersten Schnittdarstellung die erste Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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3 in einer zweiten Schnittdarstellung die erste Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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4 in einer perspektivischen Ansicht eine zweite Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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5 in einer ersten Schnittdarstellung die zweite Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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6 in einer zweiten Schnittdarstellung die zweite Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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7 in einer ersten perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführung der Elektronikbaugruppe,
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8 in einer zweiten perspektivischen Ansicht die dritte Ausführung der Elektronikbaugruppe sowie
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9 in einer Schnittdarstellung die dritte Ausführung der Elektronikbaugruppe.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene und in 1 bis 3 skizzierte Elektronikbaugruppe 2 ist für Kraftfahrzeuge ausgelegt und im verbauten Zustand mit einem nicht näher dargestellten Bordnetz oder einem Kabelbaum eines Kraftfahrzeuges verbunden oder in dieses bzw. in diesen integriert. Sie umfasst zwei Kabeladern 4, welche im Ausführungsbeispiel eine verdrillte Leitung ausbilden und Teil des Kabelbaumes sind, zwei Leiterstreifen 6 sowie eine mit den Leiterstreifen 6 elektrisch verbundene Chipeinheit 8, welche im Ausführungsbeispiel als Schalldrucksensor ausgebildet ist und als Auslöser für einen Airbag in einer der Seitentüren des Kraftfahrzeuges dient.
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Die Chipeinheit 8 weist dabei ein Chip-Gehäuse 10 auf, auf dessen Unterseite mehrere nach Art von Kontaktfüßen ausgebildete Anschlusskontakte 12 positioniert sind. Über die Anschlusskontakte 12 wird die Chipeinheit 8 mit elektrischer Energie versorgt und darüber hinaus dienen die Anschlusskontakte 12 als Kommunikations-Schnittstelle zur Übertragung von Sensorinformationen aus der Chipeinheit 8 an den oder in den Kabelbaum des Kraftfahrzeuges.
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Hierzu ist ein jeder Anschlusskontakt 12 mit einem Leiterstreifen 6 verschweißt, wie dies in der Schnittdarstellung gemäß 3 angedeutet ist. Gebildet wird ein jeder Leiterstreifen 6 durch einen abisolierten Endabschnitt einer Kabelader 4. Dabei ist jede Kabelader 4 durch einen Litzenleiter gegeben und der abisolierte Endabschnitt ist durch Widerstandsschweißen zu einem massiven Ende verdichtet. In Folge dessen hat das massive Ende ähnliche Eigenschaften wie ein gestanztes Blech und weist eine recht steife Struktur mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Die Chipeinheit 8 ist somit direkt und unmittelbar mit zwei Kabeladern 4 des Kabelbaums verbunden, ohne dass beispielsweise eine Leiterplatine zwischengeschaltet ist. Über die beiden Kabeladern 4 erfolgt dann die Versorgung der Chipeinheit 8 mit elektrischer Energie und der Austausch von Informationen zwischen der Chipeinheit 8 und dem Kabelbaum des Kraftfahrzeuges.
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Die beiden Kabeladern 4 sind weiter im sich an die Leiterstreifen 6 anschließenden Bereich, in dem die Kabeladern 4 eine Isolierung 16 aufweisen, abgedichtet durch ein Dichtelement 18 aus Gummi hindurchgeführt, welches zylinderförmig ausgestaltet ist und auf der Mantelfläche mehrere Dichtlamellen aufweist. Dieses Dichtelement 18 wird durch einen hohlzylinderförmigen Hülsenkörper 20 zu einem Gehäuse 22 ergänzt, wobei das Dichtelement 18 hierfür endseitig in den Hülsenkörper 20 eingesetzt oder eingepresst wird. Das so ausgebildete Gehäuse 22 weist auf der einen Seite eine Öffnung 24 auf, die im verbauten Zustand nach unten ausgerichtet ist und über die Schallwellen in das Gehäuse 22 zur Chipeinheit 8 gelangen und dort von der Chipeinheit 8, die als Schalldrucksensor ausgebildet ist, messtechnisch erfasst werden können. Auf der der Öffnung 24 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 22 ist dieses hingegen abgedichtet.
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Eine alternative Ausgestaltung der Elektronikbaugruppe 2 ist in den Darstellungen gemäß 7 bis 9 wiedergegeben. Diese unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante hinsichtlich der Ausführung des Gehäuses 22. So ist die Öffnung 24, über die Schallwellen ins Innere des Gehäuses 22 zur Chipeinheit 8 gelangen können, auf der Seite des Gehäuses 22 positioniert, auf der auch die Kabeladern 4 in das Gehäuse 22 geführt sind. Zudem werden die Schallwellen von der Öffnung 24 ausgehend durch einen Kanal 26 hin zur Chipeinheit 8 geleitet, der im Bereich vor der Chipeinheit 8 im rechten Winkel abknickt.
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Darüber hinaus weist das Gehäuse 22 im Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 9 auf der Oberseite ein Steckelement 30 als Anformung auf, welches zur Ausbildung einer mechanischen Steckverbindung und somit zur Fixierung der Elektronikbaugruppe 2 innerhalb des Kraftfahrzeuges dient.
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Alternativ zu einem direkten Anschweissen der Chipeinheit 8 an die Kabeladern 4 des Kabelbaums erfolgt die Ausbildung einer Verbindung indirekt über eine zwischengeschaltete Steckverbindung. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in den Abbildungen 4 bis 6 schematisch dargestellt. Teil des Kabelbaums sind hier zwei Kabeladern 4, die endseitig mit einer Buchseneinheit 32 verbunden sind. Die Elektronikbaugruppe 2, die in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Steckeinheit 34 aus Chipeinheit 8, Leiterstreifen 6 und Gehäuse 22 gegeben ist, wird dann zur lösbaren Verbindung mit dem Kabelbaum auf die Buchseneinheit 32 auf oder in die Buchseneinheit 32 eingesteckt.
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Hierbei dienen die Leiterstreifen 6 als Kontaktstifte der Steckeinheit 34 und werden dementsprechend in komplementäre, nicht näher dargestellte Buchsen an der Buchseneinheit 32 eingesteckt. Am gegenüberliegenden Ende sind die Leiterstreifen 6 wiederum mit den Anschlusskontakten 12 der Chipeinheit 8 verschweißt, so dass die Leiterstreifen 6 zwischen den Anschlusskontakten 12 und den Kabeladern 4 dazwischengeschaltet sind. Die Leiterstreifen 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel als einfach Stanzteile ausgeführt und im Gehäuse 22 fixiert, so dass diese auch bei einer mechanischen Belastung, beispielsweise durch das Lösen der Steckverbindung zwischen Steckeinheit 34 und Buchseneinheit 32, in Position gehalten werden. Das Gehäuse 22 weist wiederum eine Öffnung 24 auf, über die Schallwellen in das Gehäuse 22 gelangen können und an die Öffnung 24 schließt sich ein Kanal 26 an, über den die Schallwellen bis zur Chipeinheit 8 geleitet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Elektronikbaugruppe
- 4
- Kabelader
- 6
- Leiterstreifen
- 8
- Chipeinheit
- 10
- Chip-Gehäuse
- 12
- Anschlusskontakt
- 16
- Isolierung
- 18
- Dichtelement
- 20
- Hülsenkörper
- 22
- Gehäuse
- 24
- Öffnung
- 26
- Kanal
- 30
- Steckelement
- 32
- Buchseneinheit
- 34
- Steckeinheit
