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Die Erfindung betrifft einen Leiterplattenverbund aus wenigstens zwei Leiterplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Leiterplatten werden in vielfältigster Weise in elektrischen Geräten und anderen elektrischen Einrichtungen eingesetzt. Sie dienen im Wesentlichen als Träger für elektronische Bauteile, die über an oder in der Leiterplatte angebrachte Leiterbahnen miteinander elektrisch verbunden sind. Leiterplatten können beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoffmaterial bestehen, wobei die Leiterbahnen zweilagig oder auch mehrlagig angeordnet sein können. Für bestimmte Anwendungen können die Leiterplatten auch aus einem flexiblen Material bestehen, beispielsweise aus mit Leiterbahnen beschichteten Folien.
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Zwischen Leiterplatten können in herkömmlicher Weise elektrische Verbindungen durch Steckverbindungen erfolgen, wobei die Leiterplatte als Steckkarte mit Kontaktflächen ausgebildet ist, die in eine Steckerleiste einer anderen Leiterplatte einsteckbar sind.
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Aus der
DE 10 2015 004 339 A1 sind Beleuchtungsmodule bekannt, die jeweils aus einer quadratischen Leiterplatte mit Beleuchtungselementen bestehen. Diese bekannten Leiterplatten besitzen an ihren Seitenrändern abstehende geschlitzte Verbindungsnasen, die in entsprechende Einbuchtungen einer angrenzenden Leiterplatte formschlüssig einsetzbar sind. Die geschlitzten Verbindungsnasen dienen ausschließlich zur Herstellung einer mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen angrenzenden Leiterplatten.
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Aus der
US 7 355 562 B2 ist ein aus mehreren Modulen aufbaubares Anzeigenfeld bekannt, wobei die einzelnen Module an ihrem Umfangsrand Verbindungselemente haben, die eine formschlüssige Verbindung mit angrenzenden Modulen ermöglichen.
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Aus der
WO 2008/134 809 A1 ist ein Leiterplattenverbund bekannt, bei dem die Leiterplatten mittels am Rand ausgebildeter Ausbuchtungen und Einbuchtungen formschlüssig miteinander verbunden sind. Im Bereich der Ein- und Ausbuchtungen sind Lötkontaktelemente für die elektrische Verbindung zwischen benachbarten Leiterplatten vorgesehen. Weitere technologische Information kann den Druckschriften
DE 10 2013 113 001 A1 und der US 2013 / 0 343 025 A1 entnommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiterplattenverbund aus zwei oder mehreren Leiterplatten zu schaffen, bei dem die Gesamtfläche des Leiterplattenverbunds weitestgehend für die Aufnahme von elektronischen Bauelementen nutzbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach können die Leiterplatten im Randbereich eine Ausbuchtung haben, die ein funktionaler Teilbereich der Leiterplatte ist. Dies bedeutet, dass die Ausbuchtung ebenso wie die übrige Leiterplatte mit Leiterbahnen und Bauelementen versehen werden kann und somit nicht nur eine mechanische und/oder elektrische Verbindungsfunktion hat, sondern auch die Trägerfunktion für Bauelemente und deren zugehörigen Leiterbahnen besitzt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ausbuchtung eine durchgehende Leiterplattenfläche mit einer zur Aufnahme eines oder mehrerer Bauelemente geeigneten Größe hat. Der Umfangsrand der Ausbuchtungen und der Innenrand der Einbuchtungen sind zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen angrenzenden Leiterplatten mit Kontaktflächen versehen, wobei vorzugsweise jeweils wenigstens zwei Kontaktflächen an einer Ausbuchtung und einer Einbuchtung vorgesehen sind. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, mehr als zwei Kontaktflächen an einer Ausbuchtung bzw. einer Einbuchtung anzubringen, da die Randbereiche eine verhältnismäßig große Länge haben. Die Einbuchtungen in den Leiterplatten werden von wenigstens einem elastischen nachgiebigen Seitenrandbereich begrenzt. Damit kann auch eine sichere Formschlussverbindung und Kontaktierung zwischen ansonsten eher festen Leiterplatten hergestellt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Leiterplatten jeweils als langgestreckte Leiterplattenstreifen mit geraden Längsrändern und mit jeweils mehreren Beleuchtungselementen ausgebildet sind, dass die Leiterplattenstreifen an ihren einander zugewandten Schmalseiten die Formschlussverbindung mit der Ausbuchtung an der einen Leiterplatte und der Einbuchtung an der anderen Leiterplatte haben, und dass wenigstens ein Beleuchtungselement auf der Ausbuchtung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch an sehr schmalen Leiterplattenstreifen eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zwischen Leiterplattenstreifen möglich ist und gleichzeitig die Möglichkeit besteht, in geringem Abstand LED-Elemente in einer Reihe anzuordnen, wobei dann wenigstens ein LED-Element auf der Ausbuchtung einer Leiterplatte angeordnet ist. Damit lassen sich beispielsweise quadratische LED-Elemente mit einer Kantenseite von 3mm in einem Abstand von 2mm in einer ununterbrochenen Reihe auf mehrere miteinander verbundenen Leiterplattenstreifen anordnen. Eine durchgehende Reihe von LED-Elementen mit wenigstens annähernd gleichen und möglichst geringen Abständen hat nicht nur den Vorteil einer hohen Beleuchtungsdichte, sondern auch den Vorteil, dass ein gleichmäßiger Lichtstreifen realisierbar ist.
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Der Leiterplattenverbund aus mehreren Leiterplatten mit einer Vielzahl von Beleuchtungselementen kann durch die Aneinanderreihung einer veränderbaren Anzahl von miteinander verbundenen Leiterplatten in der Länge an vorgegebene Maßvorgaben angepasst werden. Dabei können Leiterplatten oder Leiterplattenstreifen mit unterschiedlichen Längen vorgesehen sein, damit unterschiedliche Gesamtlängen für den Leiterplattenverbund weitgehend maßgenau realisierbar sind. Beispielsweise können Leiterplatten mit einer Länge von 2 cm, 3 cm und 10 cm für den Aufbau unterschiedlich langer Lichtleisten verwendet werden, um unterschiedliche Längen in einem 1 cm - Raster realisieren zu können.
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Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn Einbaumaße für Lichtleisten in ein Gerät oder ein Möbelstück vorgegeben sind.
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Es besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Leiterplatten als flexible LED-Streifen ausgebildet sind, um z. B. eine Anbringung an gebogenen Flächen zu ermöglichen.
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Der Leiterplattenverbund kann ein Anschlussstück umfassen, welches ebenfalls eine Leiterplatte mit einer Ausbuchtung und/oder einer Einbuchtung umfasst. Über das Anschlussstück kann beispielsweise der Leiterplattenverbund mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Die Ausbuchtung und die korrespondierende Einbuchtung können in der Art einer Hinterschnitt-Verbindung geformt sein, in dem die Ausbuchtung und die Einbuchtung vom Leiterplattenrand einer Leiterplatte ausgehend sich jeweils verbreitern. Damit erhält man eine Formschlussverbindung, die durch eine Zugkraft in der Leiterplattenebene nicht lösbar ist.
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Da sich die Ausbuchtungen und Einbuchtungen sehr maßgenau herstellen lassen, genügt es wenn wenigstens ein Randbereich der Einbuchtung eine geringfügige Nachgiebigkeit aufweist, um die korrespondierende Ausbuchtung problemlos in die Einbuchtung von oben einsetzen zu können.
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Für die Verbindung von Leiterplattenstreifen mit LED-Elementen ist die Verwendung von Ωförmigen Ausbuchtungen und Ω-förmigen Einbuchtungen sehr vorteilhaft, da damit eine ausreichende Nachgiebigkeit der Randstreifen der Einbuchtungen erreicht werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf einen Leiterplattenverbund aus Leiterplattenstreifen,
- 2 eine Seitenansicht des Leiterplattenverbunds von 1,
- 3 eine Draufsicht auf zwei noch nicht miteinander verbundene Leiterplattenstreifen,
- 4 die Schnittansicht AA eines Teilbereichs eines in 3 dargestellten Leiterplattenstreifens,
- 5 einen in eine Dunstabzugshaube eingesetzten Leiterplattenverbund gemäß 1, der als Beleuchtungseinrichtung dient, und
- 6 die Draufsicht auf zwei formschlüssig miteinander verbundene Leiterplatten mit im Bereich der Formschlussverbindung angeordneten Bauelementen.
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Der in 1 dargestellte Leiterplattenverbund 1 bildet eine Beleuchtungseinrichtung 2 mit einer Vielzahl von Beleuchtungselementen 3. Die Beleuchtungselemente 3 sind als LichtEmittierende-Dioden (LED) ausgeführt, die in geringem Abstand in einer durchgehenden Reihe auf formschlüssig miteinander verbundenen Leiterplatten 4, 5 angeordnet sind. Eine mit der Leiterplatte 5 formschlüssig verbundene weitere Leiterplatte 6 besitzt zwei Anschlussklemmen 7, 8 und bildet somit ein elektrisches Anschlussstück 9.
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Jede der Leiterplatten 4 bis 6 besitzt eine Ω-förmige Einbuchtung 10. Die Leiterplatten 4 und 5 besitzen außerdem Ω-förmige Ausbuchtungen 11, die in Einbuchtungen 10 der jeweils angrenzenden Leiterplatte 5 bzw. 6 formschlüssig eingreifen. Insbesondere die Leiterplatten 4 und 5 sind als langgestreckte Leiterplattenstreifen mit graden Längsrändern 12, 13 ausgeführt, die an jeweils einer Schmalseite 14 eine Einbuchtung 10 und an der jeweils gegenüberliegenden Schmalseite 15 eine Ausbuchtung 11 haben.
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Die als quadratische LED-Elemente ausgeführten Beleuchtungselemente 3 haben eine Kantenlänge von wenigen Millimetern und können in einem geringen Abstand von wenigen Millimetern dicht nebeneinander angeordnet sein. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wurde mit LED-Elementen mit einer Kantenlänge von 4 mm realisiert, wobei der Abstand zwischen den LED-Elementen 2 mm betrug. Durch den geringen Abstand zwischen den einzelnen Beleuchtungselementen 3 wird eine sehr gleichmäßige Lichtabstrahlung erhalten.
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Damit der Abstand zwischen den Beleuchtungselementen 3 auch im Bereich der Formschlussverbindungen 16, 17 entsprechend gering ausgeführt werden kann, ist es erforderlich, dass die Ausbuchtungen 11, als funktionaler Bestandteil der zugehörigen Leiterplatte 4, 5 genutzt werden können. Die Ausbuchtungen 11 sind daher als durchgehende Fläche ausgeführt und besitzen die erforderlichen elektrischen Leiterbahnen, die zur Ansteuerung eines auf jeder Ausbuchtung 11 angebrachten Beleuchtungselements 3 erforderlich sind. Die in 1 nicht sichtbaren Leiterbahnen können in oder auf den Leiterplatten 4 bis 6 angeordnet sein, die mit Kontaktflächen elektrisch verbunden sind, an denen die Beleuchtungselemente 3 angelötet und dadurch elektrisch leitend verbunden werden können. Die Beleuchtungselemente 3 können dabei als so genannte SMD-Elemente ausgeführt sein, die für eine herkömmliche Oberflächenmontage geeignet sind (SMD ist dabei die Abkürzung für Surface-Mounted-Device).
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In der dargestellten Seitenansicht gemäß 2 sind insbesondere die auf den Leiterplatten 4, 5 angebrachten Beleuchtungselemente 3 und die Anschlussklemme 8 ersichtlich. Die Leiterplatten 4 bis 6 sind in der Weise formschlüssig miteinander verbunden, so dass die Leiterplatten 4 bis 6 durch in der Leiterplattenebene wirkende Zug- und Druckkräfte nicht lösbar sind. Die Formschlussverbindungen 16, 17 lassen sich nur durch ein Anheben einer der beiden miteinander verbundenen Leiterplatten aus der jeweiligen Formschlussverbindung 16, 17 lösen.
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In 3 sind Leiterplatten 4, 5 gegenüber den 1 und 2 vergrößert dargestellt, wobei die Leiterplatte 4 nur teilweise dargestellt ist und die Leiterplatte 5 gegenüber der in 1 und 2 dargestellten Leiterplatte 5 eine geringere Länge hat. Auf der Leiterplatte 4 sind in 3 an der sichtbaren Oberseite verlaufende schmale Leiterbahnen 18, 19 ersichtlich, die sich über die gesamte Länge der Leiterplatte 4 und insbesondere auch über deren Ausbuchtung 11 erstrecken. Auf die Leiterbahnen 18, 19 können an den mit unterbrochenen Linien angedeuteten Positionen Beleuchtungselemente 3 angebracht und mit den Leiterbahnen 18, 19 verlötet werden. Die Reihe der auf der Leiterplatte 4 angebrachten Beleuchtungselemente 3 kann sich gleichermaßen auf der Leiterplatte 5 fortsetzen. In 3 wurde auf eine Darstellung der Beleuchtungselemente 3 an der Leiterplatte 5 der Übersichtlichkeit wegen verzichtet.
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Anhand der Leiterplatte 5 wird nachfolgend die Kontaktierung zwischen den Leiterplatten näher erläutert. Die Einbuchtung 10 hat eine Ω-förmige Form und besitzt an ihrem Innenrand 20 zwei voneinander getrennt angeordnete Kontaktflächen 21, 22, die sich über Randabschnitte des Innenrandes 20 erstrecken. Die Kontaktflächen 21, bzw. 22 erstrecken sich jeweils zwischen den Pfeilen 23 bzw. zwischen den Pfeilen 24.
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An der Ausbuchtung 11 sind am Umfangsrand 25 ebenfalls zwei Kontaktflächen 26, 27 vorgesehen, die sich einerseits zwischen den Pfeilen 28 und andererseits zwischen den Pfeilen 29 erstrecken. Die Kontaktflächen 21 und 26 sind beispielsweise mit einer Leiterbahn 30 und die Kontaktflächen 23 und 27 sind mit einer Leiterbahn 31 elektrisch leitend verbunden.
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In 4 ist die Schnittansicht AA gemäß 3 im Bereich der Einbuchtung 10 dargestellt. 4 zeigt insbesondere die Kontaktfläche 21 der Einbuchtung 10.
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5 zeigt ein Einbaubeispiel einer Beleuchtungseinrichtung 2, die von einem Leiterplattenverbund 1, wie er in 1 dargestellt ist, gebildet wird. Die Beleuchtungseinrichtung 2 ist hier beispielhaft in einer Dunstabzugshaube 32 eingesetzt. Der Leiterplattenverbund 1 kann in seiner Länge problemlos an unterschiedliche Einbaumaße angepasst werden, in dem unterschiedlich lange Leiterplatten 4, 5, 6 und/oder eine unterschiedliche Anzahl von Leiterplatten zur Realisierung der Beleuchtungseinrichtung 2 verwendet werden.
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In 6 ist die Draufsicht auf einen Leiterplattenverbund 33 dargestellt, der aus zwei Leiterplatten 34, 35 besteht. Beide Leiterplatten 34, 35 sind formschlüssig dadurch miteinander verbunden, dass eine an der Leiterplatte 35 ausgebildete Ausbuchtung 36 in eine Einbuchtung 37 der Leiterplatte 34 eingreift. Im Bereich der Ausbuchtung 36 sind hier beispielhaft mehrere elektrische Bauelemente 38 angeordnet, die Teil einer sich über beide Leiterplatten 34, 35 erstreckenden und hier nicht weiter dargestellten Schaltungsanordnung sind.
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Angrenzend zu einem Randbereich der Einbuchtung 37 befindet sich ein Längsschlitz 39. Durch den Längsschlitz 39 entsteht ein schmaler Randstreifen 40 im Bereich der Einbuchtung 37. Der schmale Randstreifen 40 weist eine gewisse Biegsamkeit auf, da die Leiterplatten in herkömmlicher Weise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind. Dadurch ist es möglich, dass beim Einsetzen der Ausbuchtung 36 in die Einbuchtung 37 der Randstreifen 40 in den durch den Längsschlitz 39 gebildeten Spalt elastisch zurückweichen kann und sich mit Druck an den Umfangsrand der Ausbuchtung 36 anlegt. Dadurch entsteht eine sichere Kontaktierung zwischen Kontaktflächen, die sich am Randstreifen 40 und der Ausbuchtung 36 befinden. Die Positionierung der Kontaktflächen kann an der Ausbuchtung 36 und der Einbuchtung 37 in entsprechender Weise vorgesehen sein, wie dies bei den in 3 dargestellten Leiterplatten der Fall ist.
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Ebenso wie der Randstreifen 40 in 6 besitzen die in 3 ersichtlichen Randbereiche 41 eine geringfügige Nachgiebigkeit in Richtung der Pfeile 23 und 24, da die Leiterplatten aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Selbst wenn das Kunststoffmaterial glasfaserverstärkt ist, reicht die verbleibende Nachgiebigkeit aus, damit sich der Umfangsbereich der Einbuchtung 10 beim Einsetzen der korrespondierenden Ausbuchtung 11 einer benachbarten Leiterplatte geringfügig aufweiten kann und dadurch ein problemloses Einsetzten der Ausbuchtung 11 möglich ist. Die elastische Nachgiebigkeit der Randbereiche 41 sorgt auch für eine sichere Kontaktierung zwischen den Leiterplatten 4,5.
