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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatteneinheit, insbesondere zur Verwendung für eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit zwei Leiterplatten, insbesondere einer Prozessorleiterplatte und einer Energieversorgungsleiterplatte, und einer Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte mit jeweils zwei Federkontaktbereichen, wobei die zwei Leiterplatten parallel übereinander angeordnet sind, die zwei Leiterplatten korrespondierende Kontaktlöcher aufweisen zur elektrischen Kontaktierung, und die Federkontaktbereiche jedes Steckkontaktstifts unter elastischer Verformung in jeweils korrespondierende Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten eingeführt sind und diese elektrisch kontaktieren.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer obigen Leiterplatteneinheit, wobei insbesondere eine der zwei Leiterplatten der Leiterplatteneinheit als Prozessorleiterplatte die andere Leiterplatte der Leiterplatteneinheit als Energieversorgungsleiterplatte ausgeführt ist.
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Steuerungssysteme gewinnen zunehmend Bedeutung in verschiedensten Bereichen. Steuerungssysteme können verschiedenste Aufgaben zur Steuerung und/oder Regelung übernehmen. Solche Steuerungssysteme werden auch zunehmend bei abgeschlossenen Systemen wie Fahrzeugen eingesetzt. Insbesondere bei einer Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben zur Steuerung und/oder Regelung in solchen abgeschlossenen Systemen werden universelle Steuerungssysteme immer wichtiger, um mehrere Aufgaben zur Steuerung und/oder Regelung von Teilsystemen, die bisher von separaten Steuereinheiten individuell durchgeführt werden, mit einer oder nur wenigen Steuerungssystemen durchzuführen. Steuereinheiten in Fahrzeugen sind allgemein als ECU (electronic control unit) bekannt.
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Durch die Bereitstellung von solchen Steuerungssystemen zur gemeinsamen Steuerung und/oder Regelung von Teilsystemen, die in Fahrzeugen beispielsweise als Zonensteuerungseinheiten („zonal controller“) bezeichnet werden, kann die Anzahl individueller Steuereinheiten in dem System reduziert werden. Dies hat verschiedene Vorteile angefangen von einer vereinfachten Systemintegration, da weniger separate Komponenten miteinander funktionieren müssen, über räumliche Anforderungen bis hin zu Skaleneffekten bei der Bereitstellung von Rechenleistung, Speicher und Stromverbrauch, um nur einige der Wichtigsten zu nennen. Zusätzlich lassen sich mit solchen Zonensteuerungseinheiten redundante Architekturen, mit denen die Fahrsicherheit sichergestellt und verbessert werden kann auf einfache Weise bereitstellen. Die Zonensteuerungseinheiten sind universell verwendbar für verschiedene Aufgaben zur Steuerung und/oder Regelung von Teilsystemen, so dass beim Ausfall einer der Zonensteuerungseinheiten diese Aufgaben von einer anderen Zonensteuerungseinheit übernommen werden können, so dass das Fahrzeug weiter genutzt werden kann und ein Ausfall vermieden wird. Somit muss nicht jede Steuereinheit selbst redundant ausgeführt sein, um Ausfallsicherheit sicherzustellen, wodurch eine deutliche Kostenreduktion für das Gesamtsystem möglich ist. Auch können besondere Formanforderungen für die Bereitstellung von Steuereinheiten und Steuerungssystemen auftreten, die bei solchen Zonensteuerungseinheiten nur einmal berücksichtigt werden müssen gegenüber individuellen Steuereinheiten, für die solche Überlegungen jeweils durchgeführt werden müssen.
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Steuerungssysteme wie die Zonensteuerungseinheiten werden typischerweise autark bereitgestellt, d.h. die Steuerungssysteme umfassen wenigstens eine Prozessorleiterplatte zur Durchführung der Aufgaben zur Steuerung und/oder Regelung, und wenigstens eine Energieversorgungsleiterplatte, welche eine elektrische Versorgung durchführt. Die Energieversorgungsleiterplatte dient der elektrischen Versorgung der Prozessorleiterplatte und ggf. von angeschlossenen Komponenten, die über die Prozessorleiterplatte gesteuert und/oder geregelt werden. So kann beispielsweise über die Energieversorgungsleiterplatte elektrische Energie zum Betrieb eines Fensterhebers bereitgestellt werden gemäß einer Steuerung von der Prozessorleiterplatte. Dabei können sowohl die Prozessorleiterplatte wie auch die Energieversorgungsleiterplatte als Basisleiterplatten ausgeführt sein, mit denen wiederum einzelne Leiterplatten zur Konfiguration des Systems verbunden werden. Durch das Verbinden der einzelnen Leiterplatten können beispielsweise eine Prozessorleistung, ein Speicher, und/oder eine maximale elektrische Leistung des entsprechenden Steuerungssystems basierend auf Standardkomponenten angepasst werden, indem zusätzliche Prozessoren oder zusätzlicher Speicher über die einzelnen Leiterplatten zu der entsprechenden Prozessorleiterplatte als Basisleiterplatte hinzugefügt werden. Entsprechend kann die maximale elektrische Leistung durch eine Bereitstellung einer entsprechenden Anzahl - typischerweise gleichartiger - Leiterplatten zur Energieversorgung zu der entsprechenden Energieversorgungsleiterplatte als Basisleiterplatte angepasst werden.
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Zur Bereitstellung unterschiedlicher Steuerungssysteme ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn diese zumindest teilweise basierend auf gleichen Leiterplatten bereitgestellt werden können, so dass die Kosten für einzelne Leiterplatten sinken. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn eine Prozessorleiterplatte und/oder eine Energieversorgungsleiterplatte in verschiedenen Systemen verwendet werden kann.
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Für verschiedenartige Leiterplatten wie beispielsweise Prozessorleiterplatten und Energieversorgungsleiterplatten können unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf Herstellung und/oder Design existieren, beispielsweise in Bezug auf eine Anzahl von Schichten der Leiterplatten, eine Schichtdicke, oder auch unterschiedliche Schichtmaterialien. Entsprechendes kann für das Verlöten von Komponenten mit den unterschiedlichen Leiterplatten gelten. Dadurch kann es vorteilhaft sein, zunächst einzelne Leiterplatten bereitzustellen und diese nachträglich zu verbinden.
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Um die Leiterplatten miteinander zu verbinden, ist es beispielsweise bekannt, auf den Leiterplatten Kontaktleisten anzubringen und diese über Verbindungsstecker und/oder Verbindungskabel miteinander zu verbinden. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden. Außerdem bedingt die Verwendung von Steckern insbesondere in mobilen Systemen wie Fahrzeugen eine Gefahr des Lösens durch Erschütterungen und/oder Vibrationen, weshalb solche Stecker meist aufwendig und teuer sind. Darüber hinaus ist es bekannt, Kontaktbrücken oder auch Endkontakte von Verbindungskabeln unmittelbar mit den Leiterplatten zu verlöten. Dies ist jedoch bei unterschiedlichen Arten von Leiterpatten oftmals schwierig und mit großem Aufwand verbunden.
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Verbindungen von Leiterpatten zu Leiterplatteneinheiten sind auch in anderen Gebieten wichtig und leiden ebenfalls unter den oben genannten Problemen.
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Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatteneinheit und eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer solchen Leiterplatteneinheit anzugeben, die einfach herzustellen sind und eine zuverlässige Verbindung der beiden Leiterplatten gewährleisten, insbesondere bei einer mobilen Verwendung beispielsweise in Fahrzeugen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist somit eine Leiterplatteneinheit angegeben, insbesondere zur Verwendung für eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit zwei Leiterplatten, insbesondere einer Prozessorleiterplatte und einer Energieversorgungsleiterplatte, und einer Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte mit jeweils zwei Federkontaktbereichen, wobei die zwei Leiterplatten parallel übereinander angeordnet sind, die zwei Leiterplatten korrespondierende Kontaktlöcher aufweisen zur elektrischen Kontaktierung, die Federkontaktbereiche jedes Steckkontaktstifts unter elastischer Verformung in jeweils korrespondierende Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten eingeführt sind und diese elektrisch kontaktieren, die Kontaktlöcher jeder der beiden Leiterplatten in mehreren Gruppen angeordnet sind, die Gruppen der Kontaktlöcher in Eckbereichen von wenigstens einer der zwei Leiterplatten angeordnet sind, die Kontaktlöcher jeder der Gruppen der Kontaktlöcher in wenigstens einer im Wesentlichen geraden Strecke angeordnet sind, und die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern jeder Gruppe mit einem Winkel zu wenigstens einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern angeordnet sind.
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Weiter ist erfindungsgemäß eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug angegeben mit einer obigen Leiterplatteneinheit, wobei insbesondere eine der zwei Leiterplatten der Leiterplatteneinheit als Prozessorleiterplatte die andere Leiterplatte der Leiterplatteneinheit als Energieversorgungsleiterplatte ausgeführt ist.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Stabilisierung der Leiterplatteneinheit durch eine vorteilhafte Anordnung der korrespondierenden Kontaktlöcher der zwei Leiterplatten und ihre Kontaktierung mit den Steckkontaktstiften zu erreichen. Durch die vorteilhafte Anordnung der im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern in den Eckbereichen werden Belastungen auf die Leiterplatten über große Bereiche der Leiterplatten abgefangen. Im Zusammenspiel mit der Anordnung der im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern mit einem Winkel zu wenigstens einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern kann eine mechanisch stabile Verbindung der beiden Leiterplatten zu einer besonders stabilen Leiterplatteneinheit hergestellt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass insbesondere Scherbewegungen der Leiterplatten in Längsrichtung jeder Strecke durch die Anordnung der Steckkontaktstifte in den korrespondierenden Kontaktlöchern der jeweiligen Strecke reduziert oder sogar verhindert werden können. Scherbewegungen quer zu einer im Wesentlichen geraden Strecke mit Kontaktlöchern wirken für zumindest eine andere der im Wesentlichen geraden Strecken mit Kontaktlöchern nicht quer, sondern haben zumindest eine Längskomponente oder wirken insgesamt in Längsrichtung dieser im Wesentlichen geraden Strecke mit Kontaktlöchern und können somit mit den in den entsprechenden Kontaktlöchern dieser im Wesentlichen geraden Strecke positionierten Steckkontaktstiften reduziert oder verhindert werden. In Kombination mit den mit einem Winkel zueinander ausgerichteten Strecken mit den Kontaktlöchern kann somit die Leiterplatteneinheit insgesamt stabil hergestellt werden. Zusätzliche Verbindungselemente für die Leiterplatten, beispielsweise Abstandshülsen mit dadurch geführten Verbindungsschrauben, können entfallen.
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Dabei können verschiedene im Wesentlichen gerade Strecken mit Kontaktlöchern unterschiedlich ausgerichtet sein. Beispielsweise können alle im Wesentlichen geraden Strecken mit einem Winkel zu anderen im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet sein, oder zumindest einige im Wesentlichen gerade Strecken sind parallel zueinander angeordnet und mit einem Winkel einer oder mehreren im Wesentlichen geraden Strecke(n) mit den Kontaktlöchern. Auch kann eine im Wesentlichen gerade Strecke mit unterschiedlichen Winkeln zu den anderen im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet sein.
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Die Kontaktlöcher können in einer oder mehreren Reihen in den im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet sein. Alternativ können die Kontaktlöcher innerhalb der Strecke eine unregelmäßige Anordnung aufweisen. In beiden Fällen wird insgesamt die im Wesentlichen gerade Strecke gebildet. Die im Wesentlichen geraden Strecken können jeweils individuell ausgeführt sein, d.h. mit einer individuellen Länge, mit einer individuellen Anzahl Kontaktlöcher und/oder mit einer individuellen Anzahl Reihen von Kontaktlöchern. Auch können die im Wesentlichen geraden Strecken unterschiedliche Abmessungen auf den Leiterplatten aufweisen, beispielsweise mit unterschiedlichen Abständen zwischen den Kontaktlöchern und/oder unterschiedlichen Abständen der Reihen von Kontaktlöchern. Die Gruppen der Kontaktlöcher können entsprechend unterschiedliche Anzahlen von Kontaktlöchern aufweisen.
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Typische Leiterplatten weisen eine rechteckige Grundform auf, so dass diese Leiterplatten entsprechend vier rechteckige Eckbereiche aufweisen. Abweichungen von dieser Grundform sind prinzipiell möglich. Die Ausdehnung der Eckbereiche kann ebenfalls individuell ausgeführt sein.
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Die beiden Leiterplatten sind parallel übereinander angeordnet sind, d.h. die zwei Leiterplatten erstrecken sich parallel zueinander und überlappen einander zumindest teilweise. Die beiden Leiterplatten können identische oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Unabhängig von ihrer Größe können die beiden Leiterplatten versetzt angeordnet sein, so dass sie nur teilweise überlappen. Entsprechend ist es prinzipiell möglich, dass eine der Leiterplatten oder beide Leiterplatten teilweise über die jeweils andere Leiterplatte überstehen.
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Die Eckbereiche beziehen sich auf den überlappenden Bereich der beiden Leiterplatten, wobei es sein kann, dass eine Leiterplatte kleiner als die andere ist und in ihrer Gesamtheit mit der anderen Leiterplatte überlappt. Die korrespondierenden Kontaktlöcher sind deckungsgleich in den beiden Leiterplatten angeordnet. Entsprechendes gilt für die betrachteten im Wesentlichen geraden Strecken der Kontaktlöcher. Unbenommen davon können die Leiterplatten individuell weitere Kontaktlöcher aufweisen, die jedoch nicht der Kontaktierung der jeweils anderen Leiterplatte dienen.
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Die Verbindung der beiden Leiterplatten erfolgt über die stabartigen Steckkontaktstifte in den korrespondierenden Kontaktlöchern. Die Steckkontaktstifte weisen typischerweise eine gerade Form auf und erstrecken sich im montierten Zustand üblicherweise in einem rechten Winkel zwischen den beiden Leiterplatten. Die Steckkontaktstifte sind vorzugsweise identisch ausgeführt, so dass die Leiterplatteneinheit mit einer Art Steckkontaktstifte hergestellt werden kann. Die Federkontaktbereiche sind typischerweise an den gegenüberliegenden Kopfbereichen der Steckkontaktstifte angeordnet. Die Steckkontaktstifte sind vorzugsweise aus einem Metallblech gestanzt.
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Zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung der Kontaktlöcher sind die Steckkontaktstifte mit ihren Federkontaktbereichen in die Kontaktlöcher eingeführt. Dabei erfolgt eine elastische Komprimierung der Federkontaktbereiche. Dadurch üben die Federkontaktbereiche eine Federkraft gegen Innenwände der Kontaktlöcher auf, wodurch eine feste Verbindung der beiden Leiterplatten hergestellt wird.
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Die Montage der Leiterplatteneinheit erfolgt vorzugsweise, indem die Steckkontaktstifte mit ihren Federkontaktbereichen zunächst in die Kontaktlöcher einer ersten Leiterplatte eingeführt werden. Danach wird die zweite Leiterplatte mit ihren Kontaktlöchern auf den freien Enden der Steckkontaktstifte positioniert und im Anschluss auf die erste Leiterplatte zubewegt, wodurch die Kontaktlöcher der zweiten Leiterplatte gemeinsam in die Kontaktlöcher der zweiten Leiterplatte eingeführt werden.
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Auf die gleiche Weise ist es möglich, eine Leiterplatteneinheit mit drei oder mehr übereinander angeordneten Leiterplatten zu bilden, wobei die jeweils korrespondierenden Kontaktlöcher und deren Anordnung in im Wesentlichen geraden Strecken jeweils für paarweise übereinander angeordnete Leiterplatten gelten.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Steckkontaktstifte Anschläge auf als Begrenzung für das Einführen der Steckkontaktstifte in die Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten. So kann eine korrekte Positionierung der Steckkontaktstifte sichergestellt werden, bei der die Steckkontaktstifte mit ihren Federkontaktbereichen vollständig in die Kontaktlöcher eingeführt sind, aber die Federkontaktbereiche die Kontaktlöcher der entsprechenden Leiterplatte nicht wieder verlassen. Die Anschläge können beispielsweise mit den entsprechenden Leiterplatten in Anlage sein und dadurch eine Position des jeweiligen Federkontaktbereichs in dem entsprechenden Kontaktloch der Leiterplatte definieren.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Steckkontaktstifte als verbundene Rollenware ausgeführt und werden vor der Montage getrennt. Dies erleichtert die kostengünstige Bereitstellung der Steckkontaktstifte und damit der Leiterplatteneinheit. Vorzugsweise sind die verbundenen Steckkontaktstifte durch Stanzen aus einem Metallblech hergestellt. Die Verbindung ist vorzugsweise an Anschlägen der Steckkontaktstifte realisiert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Steckkontaktstifte zur elektrischen Kontaktierung wenigstens eines Teils einer Gruppe von Kontaktlöchern ein gemeinsames Halteelement auf, an dem die Steckkontaktstifte gehalten sind, insbesondere zwischen ihren Federkontaktbereichen. Es können auch mehrere Halteelemente zum Halten der Steckkontaktstifte einer Gruppe vorgesehen sein, beispielsweise jeweils ein Halteelement zum Halten der Steckkontaktstifte zur elektrischen Kontaktierung von Kontaktlöchern, die in einer im Wesentlichen geraden Strecke angeordnet sind. Das gemeinsame Halteelement ermöglicht ein einfaches gemeinsames Einführen der Federkontaktbereiche mehrerer Steckkontaktstifte in die Kontaktlöcher der Leiterplatten. Außerdem reduziert das gemeinsame Halteelement die Beweglichkeit der Steckkontaktstifte und damit auch die Beweglichkeit der beiden Leiterplatten zueinander, insbesondere in Bezug auf Scherbewegungen, so dass durch die gemeinsamen Halteelemente die mechanische Stabilität der Leiterplatteneinheit insgesamt weiter verbessert wird. Das gemeinsame Halteelement ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Das gemeinsame Halteelement kann abnehmbar sein und lediglich als Montagehilfe dienen. Vorzugsweise sind Steckkontaktstifte zur Kontaktierung der Kontaktlöcher einer im Wesentlichen geraden Strecke oder zur Kontaktierung der Kontaktlöcher einer Gruppe mit dem Halteelement gemeinsam gehalten. Dadurch können universell verwendbare Einheiten von Steckkontaktstiften bereitgestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern parallel zu jeweils einer der Kanten von einer der Leiterplatten angeordnet. Durch die Anordnung der Kontaktlöcher parallel zu den Kanten der Leiterplatten können die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern in unmittelbarer Nähe zu diesen Kanten positioniert werden, so dass eine große Leiterplattenfläche für eine jeweilige Nutzung beispielsweise als Prozessorleiterplatte oder Energieversorgungsleiterplatte verbleibt und Bauteile leicht positioniert und mit Leiterbahnen verbunden werden können. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung der Leiterplattenfläche. Bereiche der Leiterplatten entlang der Kanten weisen typischerweise eine geringere Dichte an Leiterbahnen auf, so dass die Kontaktlöcher in diesem Bereich keine oder nur eine geringe Beeinträchtigung darstellen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern jeder Gruppe mit einem Winkel zu wenigstens einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern einer anderen Gruppe angeordnet. Zu der Stabilität der Verbindung der beiden Leiterplatten in der Leiterplatteneinheit tragen also die Anordnungen von Steckkontaktstiften in den Kontaktlöchern von im Wesentlichen geraden Strecken verschiedener Gruppen bei, die in unterschiedlichen Eckbereichen der Leiterplatten angeordnet sind. Es tragen also mehrere Eckbereiche zur Stabilität der Verbindung der beiden Leiterplatten in der Leiterplatteneinheit bei. Für jede Gruppe gibt es zumindest eine im Wesentlichen gerade Strecke mit Kontaktlöchern, die mit einem Winkel zu einer im Wesentlichen gerade Strecke mit Kontaktlöchern zumindest einer anderen Gruppe angeordnet ist. Beispielsweise können die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern der Gruppen insgesamt zwei unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen, die in gleicher Anzahl auf der Leiterplatte ausgeführt sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist sind die Kontaktlöcher von wenigstens einer der Gruppen der Kontaktlöcher in wenigstens zwei im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet, und die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern der Gruppe sind jeweils mit einem Winkel zu wenigstens einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern der Gruppe angeordnet. Somit trägt bereits eine Gruppe der Kontaktlöcher zur Stabilität der Verbindung der beiden Leiterplatten in der Leiterplatteneinheit bei, nämlich durch die entsprechende Anordnung von Steckkontaktstiften in den Kontaktlöchern der im Wesentlichen geraden Strecken der jeweiligen Gruppe, die mit einem Winkel zueinander angeordnet sind. Die im Wesentlichen geraden Strecken der Gruppe grenzen vorzugsweise aneinander an, so dass die Anordnung der Kontaktlöcher insgesamt kompakt ausgeführt sein kann. Besonders bevorzugt grenzen Kopfenden der im Wesentlichen geraden Strecken der Gruppe aneinander. Weiter bevorzugt gehen die im Wesentlichen geraden Strecken der Gruppe an ihren angrenzenden Kopfenden ineinander über.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist sind die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern jeder Gruppe mit einem Winkel von etwa 90° zu wenigstens einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern angeordnet, wobei insbesondere die Kontaktlöcher von wenigstens einer der Gruppen der Kontaktlöcher in zwei im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet sind, und die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern der Gruppe mit einem Winkel von etwa 90° zu der anderen im Wesentlichen geraden Strecke mit den Kontaktlöchern der Gruppe angeordnet sind. Es wird also ein etwa rechter Winkel gebildet zwischen den beiden Strecken bzw. gedachten Verlängerungen der beiden Strecken. Dies kann gerade Strecken verschiedener Gruppen der Kontaktlöcher betreffen, oder auch gerade Strecken innerhalb einer Gruppe der Kontaktlöcher, oder eine Kombination daraus. Durch die Anordnung in etwa im rechten Winkel wird eine hohe Stabilität der Leiterplatteneinheit erzeugt, und jede der im rechten Winkel angeordneten im Wesentlichen geraden Strecken bewirkt eine Stabilisierung der Leiterplatteneinheit insbesondere in ihrer Längsrichtung. Dadurch können Scherbewegungen der Leiterplatten in allen Flächenrichtungen zuverlässig reduziert bzw. verhindert werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Eckbereiche jeweils von einer Ecke einer der Leiterplatten entlang von weniger als 40% eines Abstands von dieser Ecke zu benachbarten Ecken, vorzugsweise weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 25%. Die Anordnung der Kontaktlöcher in den Eckbereichen kann besonders vorteilhafter sein, je weiter die Kontaktlöcher der Leiterplatten in den Eckbereichen angeordnet sind. Je weiter die Kontaktlöcher der Leiterplatten in den Eckbereichen angeordnet sind, desto mehr effektiv nutzbare Leiterplattenfläche steht zur Verfügung für die beiden Leiterplatten.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsformen sind übertragbar von einer Ausführungsform auf eine andere.
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Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer Leiterplatteneinheit mit zwei Leiterplatten, die parallel übereinander angeordnet sind, und einer Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte mit jeweils zwei Federkontaktbereichen, welche in korrespondierende Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten eingeführt sind und diese kontaktieren und verbinden, gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Kontaktlöcher gruppenweise in Eckbereichen der oberen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Kontaktlöcher jeder Gruppe in zwei im Wesentlichen geraden Strecken, die jeweils einem Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen, angeordnet sind,
- 2 eine schematische Darstellung der Leiterplatteneinheit aus 1 in einer seitlichen Ansicht,
- 3 eine schematische Darstellung der Leiterplatteneinheit aus 1 in einer Draufsicht,
- 4 eine schematische Darstellung eines stabartigen Steckkontaktstifts, der in die korrespondierenden Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten aus 1 eingeführt ist, mit zwei Federkontaktbereichen in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 eine schematische Darstellung des stabartigen Steckkontaktstifts aus 4 in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Ansicht gegenüber 4 um etwa 45° um die Längsachse des Steckkontaktstifts gedreht ist,
- 6 eine schematische Darstellung eines in ein Kontaktloch einer Leiterplatte eingeführten Federkontaktbereichs des Steckkontaktstifts aus 4 in einer perspektivischen Schnittansicht,
- 7 eine teilweise schematische Darstellung einer Leiterplatteneinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Draufsicht, wobei die Kontaktlöcher in zwei im Wesentlichen geraden Strecken angeordnet sind, die jeweils mit einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet sind, wobei abweichend zu der Leiterplatteneinheit aus 1 die im Wesentlichen geraden Strecken an ihren Kopfseiten beabstandet sind,
- 8 eine schematische Darstellung einer Leiterplatteneinheit gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Draufsicht, wobei die Kontaktlöcher jeder Gruppe abweichend zu der Leiterplatteneinheit aus 1 in jeweils einer im Wesentlichen geraden Strecke angeordnet sind, die jeweils mit einem Winkel von etwa 90° zu im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern anderer Gruppen angeordnet sind, und
- 9 eine schematische Darstellung einer Leiterplatteneinheit gemäß einer vierten Ausführungsform in einer Draufsicht, wobei die im Wesentlichen geraden Strecken mit den Kontaktlöchern jeder Gruppe mit einem Winkel von etwa 45 ° verdreht sind gegenüber der Leiterplatteneinheit aus 8.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Leiterplatteneinheit 10 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform mit zwei Leiterplatten 12, 14, die übereinander angeordnet sind.
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Die Leiterplatteneinheit 10 ist insbesondere zur Verwendung für eine Zonensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug ausgeführt. Eine der Leiterplatten 12, 14 ist als Prozessorleiterplatte 12 ausgeführt, und die andere Leiterplatte 12, 14 ist als Energieversorgungsleiterplatte 14 ausgeführt.
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Die zwei Leiterplatten 12, 14 sind parallel übereinander angeordnet, d.h. die zwei Leiterplatten 12, 14 erstrecken sich parallel zueinander. Die Energieversorgungsleiterplatte 14 ist in dieser Ausführungsform und in den Ansichten der 1 bis 3 unterhalb der Prozessorleiterplatte 12 angeordnet. Die zwei Leiterplatten 12, 14 weisen eine rechteckige Grundform auf, wobei die Abmessungen der unteren Energieversorgungsleiterplatte 14 größer sind als die der oberen Prozessorleiterplatte 12. Die Anordnung der zwei Leiterplatten 12, 14 ist so gewählt, dass die Prozessorleiterplatte 12 vollständig oberhalb der Energieversorgungsleiterplatte 14 liegt und nicht darüber übersteht. Davon ausgenommen sind lediglich kleine Einbuchtungen 16 der Energieversorgungsleiterplatte 14, in denen die Prozessorleiterplatte 12 übersteht. Auch an der Prozessorleiterplatte 12 angebrachte Stecker 18 können über die Energieversorgungsleiterplatte 14 überstehen.
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Die zwei Leiterplatten 12, 14 weisen korrespondierende Kontaktlöcher 20 auf zur elektrischen Kontaktierung. Die Kontaktlöcher 20 jeder der beiden Leiterplatten 12, 14 sind in mehreren Gruppen 22 in Eckbereichen 24 der oberen Prozessorleiterplatte 12 angeordnet. Dies entspricht Eckbereichen 24 des Überlappungsbereichs der beiden Leiterplatten 12, 14 und zumindest teilweise Eckbereichen 24 der Energieversorgungsleiterplatte 14. Die Eckbereiche 24 mit den Gruppen 22 der Kontaktlöcher 20 erstrecken sich entlang den Seiten der Prozessorleiterplatte 12 weniger als 40% eines Abstands von ihrer Ecke 26 zu benachbarten Ecken 26, vorzugsweise weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 25%.
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Die Kontaktlöcher 20 jeder der Gruppen 22 sind in jeweils zwei, im Wesentlichen geraden Strecken 28 angeordnet. Wie am besten in 3 zu sehen ist, sind die Kontaktlöcher 20 in den jeweils zwei im Wesentlichen geraden Strecken 28 in drei regelmäßigen Reihen angeordnet, wobei die drei Reihen gleichmäßig beabstandet sind.
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Die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 jeder Gruppe 22 sind jeweils mit einem Winkel von etwa 90° zu der jeweils anderen im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern derselben Gruppe 22 angeordnet. Dabei grenzen die im Wesentlichen geraden Strecken 28 jeder Gruppe 22 an ihren Kopfenden aneinander und gehen ineinander über, so dass die Kontaktlöcher 20 in diesem Übergangsbereich jeder der beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 zugeordnet werden können. Es ergibt sich insgesamt eine winkelförmige Anordnung der Kontaktlöcher 20 jeder Gruppe 22.
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Dabei sind die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 in allen Eckbereichen 24 parallel zu den dortigen Kanten 30 der Prozessorleiterplatte 12 angeordnet. Entsprechend sind die Anordnungen der beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 innerhalb jeder der vier Gruppen 22 identisch ausgeführt. Allerdings sind die Anordnungen der beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 insgesamt jeweils um etwa 90° verdreht zu denen benachbarter Gruppen 22.
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Dadurch ergibt sich auch, dass die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 jeder Gruppe 22 mit einem Winkel zu einer anderen im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern 20 jeder anderen Gruppe 22 angeordnet sind.
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Die Leiterplatteneinheit 10 umfasst außerdem eine Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte 32, die identisch ausgeführt sind. Die Steckkontaktstifte 32 umfassen an ihren gegenüberliegenden Kopfbereichen Federkontaktbereiche 34. Jeder der Steckkontaktstifte 32 umfasst also an seinen beiden Kopfbereichen jeweils einen Federkontaktbereich 34. Die Steckkontaktstifte 32 mit den Federkontaktbereichen 34 sind beispielhaft in den 4 und 5 dargestellt. Wie dort zu erkennen ist, sind die beiden Federkontaktbereiche 34 über ein gerades Verbindungselement 36 miteinander verbunden, so dass die Steckkontaktstifte 32 insgesamt eine gerade, längliche Form aufweisen. Die Steckkontaktstifte 32 sind in dieser Ausführungsform insgesamt aus einem Metallblech gestanzt.
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Die Verbindung der beiden Leiterplatten 12, 14 erfolgt über die stabartigen Steckkontaktstifte 32. Vorzugsweise erfolgt die Montage, indem die Steckkontaktstifte 32 mit ihren Federkontaktbereichen 34 zunächst in die Kontaktlöcher 20 der in den 1 bis 3 unteren Energieversorgungsleiterplatte 14 eingeführt werden. Wie in 6 zu sehen ist, sind die Federkontaktbereiche 34 mit einer Spitze 38 ausgeführt, die das Einführen der Federkontaktbereiche 34 in die Kontaktlöcher 20 erleichtert. Wie in 6 weiter zu sehen ist, werden die Federkontaktbereiche 34 der Steckkontaktstifte 32 unter elastischer Verformung in die Kontaktlöcher 20 eingeführt. Entsprechend werden Federelemente 40 der Federkontaktbereiche 34 durch den Kontakt mit dem Kontaktloch 20 elastisch zueinander verformt. Anschläge 42 begrenzen das Einführen der Steckkontaktstifte 32 in die Kontaktlöcher 20 der entsprechenden Leiterplatte 12, 14.
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Im Anschluss wird die Prozessorleiterplatte 12 mit ihren Kontaktlöchern 20 auf den freien Enden der Steckkontaktstifte 32 positioniert. Auch hier erleichtern die Spitzen 38 der Federkontaktbereiche 34 die Positionierung der Prozessorleiterplatte 12. Im Anschluss wird die Prozessorleiterplatte 12 auf die Energieversorgungsleiterplatte 14 zubewegt, wodurch die freien Federkontaktbereiche 34 gemeinsam in die Kontaktlöcher 20 der Prozessorleiterplatte 12 eingeführt werden. In diesem Zustand kontaktieren die Federkontaktbereiche 34 jeweils korrespondieren Kontaktlöcher 20 der beiden Leiterplatten 12, 14. Außerdem stützen die Steckkontaktstifte 32 in dieser Position die beiden Leiterplatten 12, 14.
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Im montierten Zustand erstrecken sich die Steckkontaktstifte 32 in einem rechten Winkel zwischen den beiden Leiterplatten 12, 14.
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7 zeigt eine Leiterplatteneinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform entspricht weitgehend der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform, so dass nachstehend lediglich Unterschiede der Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform gegenüber der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform im Detail beschrieben werden. Weitere Details der Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform entsprechen soweit erforderlich denen der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform umfasst eine Prozessorleiterplatte 12 und eine Energieversorgungsleiterplatte 14, wobei die Energieversorgungsleiterplatte 14 unterhalb der Prozessorleiterplatte 12 angeordnet ist. Formen und Abmessungen der beiden Leiterplatten 12, 14 entsprechen denen der Leiterplatten 12, 14 der ersten Ausführungsform.
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Ebenfalls weisen die zwei Leiterplatten 12, 14 korrespondierende Kontaktlöcher 20 auf zur elektrischen Kontaktierung, wie sich aus 7 ergibt. Die Kontaktlöcher 20 sind jeweils in vier Gruppen 22 in vier Eckbereichen 24 der oberen Prozessorleiterplatte 12 in jeweils zwei im Wesentlichen geraden Strecken 28 angeordnet.
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Die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 jeder Gruppe 22 sind jeweils mit einem Winkel von etwa 90° zu der jeweils anderen im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern 20 derselben Gruppe 22 angeordnet. Dabei grenzen die im Wesentlichen geraden Strecken 28 jeder Gruppe 22 an ihren Kopfenden aneinander. Abweichend zu der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform gehen bei der Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform die beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 nicht ineinander über, sondern kreuzen einander lediglich in einer gedachten Verlängerung. Im Übrigen ergibt sich auch für die zweite Ausführungsform eine winkelförmige Anordnung der Kontaktlöcher 20 jeder Gruppe 22, und die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 erstrecken sich in allen Eckbereichen 24 parallel zu den dortigen Kanten 30 der Prozessorleiterplatte 12.
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Die Anordnungen der beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 innerhalb jeder der vier Gruppen 22 sind also auch bei der zweiten Ausführungsform identisch ausgeführt. Allerdings sind die Anordnungen der beiden im Wesentlichen geraden Strecken 28 insgesamt jeweils um etwa 90° verdreht zu denen benachbarter Gruppen 22.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform umfasst eine Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte 32. Die Ausführungen der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Steckkontaktstifte 32 sowie die Verbindung und Kontaktierung der beiden Leiterplatten 12, 14 mit den Steckkontaktstiften 32 gelten entsprechend für die Leiterplatteneinheit 10 der zweiten Ausführungsform.
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8 zeigt eine Leiterplatteneinheit 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform entspricht weitgehend der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform, so dass nachstehend lediglich Unterschiede der Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform gegenüber der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform im Detail beschrieben werden. Weitere Details der Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform entsprechen soweit erforderlich denen der Leiterplatteneinheit 10 der ersten Ausführungsform.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform umfasst eine Prozessorleiterplatte 12 und eine Energieversorgungsleiterplatte 14, wobei die Energieversorgungsleiterplatte 14 unterhalb der Prozessorleiterplatte 12 angeordnet ist. Formen und Abmessungen der beiden Leiterplatten 12, 14 entsprechen denen der Leiterplatten 12, 14 der ersten Ausführungsform.
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Ebenfalls weisen die zwei Leiterplatten 12, 14 korrespondierende Kontaktlöcher 20 auf zur elektrischen Kontaktierung, wie sich aus 8 ergibt. Die Kontaktlöcher 20 sind jeweils in vier Gruppen 22 in vier Eckbereichen 24 der oberen Prozessorleiterplatte 12 angeordnet.
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Die Kontaktlöcher 20 sind in den vier Gruppen 22 jeweils in einer im Wesentlichen geraden Strecke 28 angeordnet, wobei die im Wesentlichen geraden Strecken 28 mit den Kontaktlöchern 20 in jeweils diagonal gegenüberliegenden Gruppen 22 identisch ausgeführt sind. Außerdem sind die im Wesentlichen geraden Strecken 28 jeder Gruppe 22 mit einem Winkel von etwa 90° zu der im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern 20 der jeweils benachbarten Gruppe 22 angeordnet. Entlang jeder Kante 30 sind also die Kontaktlöcher 20 der jeweils angrenzenden Gruppen 22 mit einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet. Wie in 8 zu erkennen ist, umfassen die jeweils benachbarten Gruppen 22 eine unterschiedlichen Anzahl Kontaktlöcher 20.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform umfasst eine Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte 32. Die Ausführungen der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Steckkontaktstifte 32 sowie die Verbindung und Kontaktierung der beiden Leiterplatten 12, 14 mit den Steckkontaktstiften 32 gelten entsprechend für die Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform.
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9 zeigt eine Leiterplatteneinheit 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform entspricht weitgehend der Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform, so dass nachstehend lediglich Unterschiede der Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform gegenüber der Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform im Detail beschrieben werden. Weitere Details der Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform entsprechen soweit erforderlich denen der Leiterplatteneinheit 10 der dritten Ausführungsform.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform umfasst eine Prozessorleiterplatte 12 und eine Energieversorgungsleiterplatte 14, wobei die Energieversorgungsleiterplatte 14 unterhalb der Prozessorleiterplatte 12 angeordnet ist. Formen und Abmessungen der beiden Leiterplatten 12, 14 entsprechen denen der Leiterplatten 12, 14 der dritten Ausführungsform.
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Ebenfalls weisen die zwei Leiterplatten 12, 14 korrespondierende Kontaktlöcher 20 auf zur elektrischen Kontaktierung, wie sich aus 9 ergibt. Die Kontaktlöcher 20 sind jeweils in vier Gruppen 22 in vier Eckbereichen 24 der oberen Prozessorleiterplatte 12 in jeweils einer im Wesentlichen geraden Strecke 28 angeordnet. Die Anordnungen der im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern 20 jeder der vier Gruppen 22 ist also auch bei der vierten Ausführungsform identisch ausgeführt. Allerdings sind ist Anordnung der im Wesentlichen geraden Strecke 28 jeweils um etwa 90° verdreht zu denen unmittelbar benachbarter Gruppen 22.
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Die geraden Strecken 28 jeder Gruppe 22 erstrecken sich über die jeweilige Ecke 26, d.h. mit einem Winkel von etwa 45° zu den beiden angrenzenden Kanten 30. Somit ist die im Wesentlichen gerade Strecke 28 jeder Gruppe 22 mit einem Winkel von etwa 90° zu der im Wesentlichen geraden Strecke 28 mit den Kontaktlöchern 20 der jeweils benachbarten Gruppe 22 angeordnet. Entlang jeder Kante 30 sind also die Kontaktlöcher 20 der jeweils angrenzenden Gruppen 22 mit einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet.
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Auch die Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform umfasst eine Mehrzahl stabartiger Steckkontaktstifte 32. Die Ausführungen der dritten Ausführungsform in Bezug auf die Steckkontaktstifte 32 sowie die Verbindung und Kontaktierung der beiden Leiterplatten 12, 14 mit den Steckkontaktstiften 32 gelten entsprechend für die Leiterplatteneinheit 10 der vierten Ausführungsform.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leiterplatteneinheit
- 12
- Leiterplatte, Prozessorleiterplatte
- 14
- Leiterplatte, Energieversorgungsleiterplatte
- 16
- Einbuchtung
- 18
- Stecker
- 20
- Kontaktloch
- 22
- Gruppe
- 24
- Eckbereich
- 26
- Ecke
- 28
- im Wesentlichen gerade Strecke
- 30
- Kante
- 32
- Steckkontaktstift
- 34
- Federkontaktbereich
- 36
- Verbindungselement
- 38
- Spitze
- 40
- Federelement
- 42
- Anschlag