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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, umfassend ein elektronisches Gerät, welches in einem Gerätegehäuse untergebracht ist, wobei das Gerätegehäuse einen Gerätesteckverbinder zum elektrischen Anschluss des Geräts an ein elektronisches System aufweist.
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Derartige Elektronikmodule sind an sich bekannt, beispielsweise als so genannte Einschubmodule für variable elektronische Aufbauten, bei denen eine Mehrzahl solcher Module in einer Rahmenstruktur oder Gehäusestruktur (z. B. einem Schaltschrank) zusammengefasst sind, oder beispielsweise als Peripheriegerätemodule für elektronische Datenverarbeitungssysteme wie PCs, Notebook-Computer, Laptop-Computer etc., wie z. B. gängige und in ihren Außenabmessungen standardisierte 2,5''-Festplatten oder 3,5''-Festplatten.
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Üblicherweise werden Elektronikmodule nach Herstellung der elektrischen Anschlussverbindung mittels des Gerätesteckverbinders mechanisch unmittelbar durch diese elektrische Steckverbindung im elektronischen System gehalten und in vielen Fällen zusätzlich durch eine Verschraubung zwischen Gerätegehäuse und einer Halterungsstruktur des elektronischen Systems gesichert. Letztere Verschraubungsmaßnahme entlastet die elektrische Steckverbindung und ist beispielsweise vorgesehen zur Integration einer 3,5''-Festplatte in einem PC. Alternativ zu einer Verschraubung kann eine zusätzliche mechanische Sicherung auch durch eine formschlüssige Verbindung zwischen Gerätegehäuse und einer Halterungsstruktur des elektronischen Systems vorgesehen sein, wie dies beispielsweise üblich ist für 2,5''-Festplatten für Laptop-Computer.
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Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik, dass ein bestimmtes Elektronikmodul, insbesondere ein Elektronikmodul mit äußeren Abmessungen gemäß eines Standards für das betreffende Gerät, lediglich in einem elektronischen System integriert werden kann, welches einen ”Modulplatz” mit daran angepassten Abmessungen aufweist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Elektronikmodule aufgrund einer unzureichenden Wärmeabfuhr und/oder aufgrund einer über das elektronische System übertragenen mechanischen Stoßbelastung oder Vibrationsbelastung ausfallen können. Die Bedeutung des letzteren Problems hängt selbstverständlich von der Art des elektronischen System sowie dessen Verwendung ab. Gravierend ist das Problem der thermischen Belastung sowie der Vibrationsbelastung beispielsweise, wenn ein Festplattenmodul in herkömmlicher Weise in einem mobilen Computersystem, beispielsweise an Bord eines Fahrzeugs integriert wird.
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Aus der
WO 00/32022 ist eine Anordnung zum Schutz von Elektronikmodulen bekannt. Gemäß des darin beschriebenen Ausführungsbeispiels sind mehrere ineinander verschachtelte Schutzgehäuse vorgesehen. Ein äußeres Gehäuse weist hierbei einen Steckverbinder zum Anschluss der Anordnung an ein elektronisches System auf und eines der inneren Gehäuse ist über schwingungstilgende Koppelelemente im äußeren Gehäuse aufgenommen.
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Aus der
DE 199 46 963 A1 ist ein Wechseleinsatz für einen PC bekannt, in den PC-Komponenten eingeschoben werden können. Der Wechseleinsatz hat ein Wechseleinsatz-Steckerfeld, in dem ein in den PC-Komponenten vorgesehenes Modul-Steckerfeld beim Einstecken der PC-Komponenten in den Wechseleinsatz einzuführen ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Einsetzbarkeit und Zuverlässigkeit von Elektronikmodulen der eingangs erwähnten Art zu verbessern, insbesondere wenn die Integration derartiger Elektronikmodule in elektronische Systeme integriert werden sollen, welche eine ”rauhe Betriebsbedingung” für das Elektronikmodul darstellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Elektronikmodul nach Anspruch 1 bzw. der Verwendung eines Modulgehäuses nach Anspruch 17. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Elektronikmodul ist gekennzeichnet durch ein Modulgehäuse, in welchem das Gerätegehäuse untergebracht ist und welches einen Modulsteckverbinder aufweist, wobei zwischen dem Gerätegehäuse und dem Modulgehäuse eine wärmeleitende Kunststofflagenanordnung zwischengefügt ist, welche die beiden Gehäuse voneinander beabstandet hält, und wobei der Gerätesteckverbinder über eine flexible Leitungsanordnung elektrisch mit dem Modulsteckverbinder verbunden ist, um den Anschluss des Geräts an das elektronische System über den Modulsteckverbinder zu ermöglichen.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können gleichzeitig zahlreiche Vorteile erreicht werden.
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Zunächst spielen die Abessungen des innerhalb des Modulgehäuses untergebrachten Gerätegehäuses insofern eine untergeordnete Rolle, als für die Kompatibilität des Elektronikmoduls mit einem bestimmten Modulplatz eines elektronischen Systems das Modulgehäuse in seinen Außenabmessungen entsprechend angepasst werden kann, so dass beispielsweise ausgehend von einem Gerät mit einem ”Standardgehäuse” ein Elektronikmodul mit davon abweichenden (größeren) Abmessungen geschaffen werden kann.
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Im Hinblick auf die Möglichkeit einer ”Formatanpassung” durch entsprechende Dimensionierung des Modulgehäuses ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Abmessungen des Gerätegehäuses sowie die Abmessungen des Modulgehäuses zwei Formaten eines Formatstandardsystems für das betreffende Gerät entsprechen, wobei insbesondere mit dem Modulgehäuse und dem Gerätegehäuse zwei unmittelbar benachbarte ”Formatgrößen” realisiert sein können, wie dies beispielsweise bei dem unten noch beschriebenen Ausführungsbeispiel realisiert ist.
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Ferner kann durch die Unterbringung des Gerätegehäuses in einem Modulgehäuse und Zwischenfügung der gemäß der Erfindung vorgesehenen Kunststofflagenanordnung eine verbesserte Wärmeabfuhr von dem elektronischen Gerät weg realisiert werden.
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Ferner kann durch dieselbe ”Einbettung” des Gerätegehäuses in dem Modulgehäuse sowie die gemäß der Erfindung vorgesehene flexible Leitungsanordnung zwischen dem Gerätesteckverbinder und einem Modulsteckverbinder die Übertragung von mechanischen Stoßbelastungen sowie Vibrationsbelastungen auf das elektronische Gerät signifikant verringert werden. Insgesamt ergibt sich somit ein in seinem Einsatzbereich erweitertes Elektronikmodul von hoher Zuverlässigkeit.
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Ferner, falls das betreffende Gerät im Betrieb Geräusche verursacht, so werden diese durch die erfindungsgemäße Gestaltung vorteilhaft gedämpft.
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Ferner kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung, abhängig vom Material des Modulgehäuses, eine Abschirmung des im Inneren untergebrachten Geräts z. B. gegen elektromagnetische oder magnetische Felder erreicht werden.
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Für die Ausbildung der wärmeleitenden Kunststofflagenanordnung können vorteilhaft handelsübliche, so genannte ”Wärmeleitpads” verwendet werden, die eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Solche Wärmeleitpads oder -folien sind in zahlreichen Ausführungen erhältlich (z. B. als elektrisch isolierende Silikonpolymer-Folie). Bevorzugt wird ein solches Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1,0 W/mK verwendet. Alternativ oder zusätzlich können Bereiche des Zwischenraums zwischen den beiden Gehäusen auch mit so genannter ”Wärmeleitpaste” gefüllt sein, um den Wärmeübergangswiderstand weiter zu verringern. Für einen guten Wärmeübergangskontakt zwischen dem Lagenmaterial und den Gehäusen ist es von Vorteil, wenn dieses Material im Zwischenraum mehr oder weniger eingeklemmt wird, insbesondere ein Großteil des Lagenmaterials eingeklemmt wird.
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Wenn das Gerätegehäuse und/oder das Modulgehäuse aus Metall ist, so ist dies günstig für eine effiziente Abfuhr von durch das elektronische Gerät erzeugter Wärme. ein Modulgehäuse aus Metall ist darüber hinaus vorteilhaft zur Abschirmung des darin untergebrachten Geräts vor elektrischen und/oder magnetischen Feldern und kann auch als elektrischer Anschluss (Masseanschluss) für das untergebrachte Gerät dienen.
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Ein das elektronische Gerät im Wesentlichen ganz umschließendes Gerätegehäuse bietet Vorteile hinsichtlich der Einbettung in der Kunststofflagenanordnung sowie der Wärmeabfuhr von dem Gerätegehäuse in die Kunststofflagenanordnung.
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Wenn das Gerätegehäuse im Wesentlichen quaderförmig ist, so kann das Elektronikmodul mit vergleichsweise kompakter Gestalt ausgebildet werden, insbesondere als ebenfalls im Wesentlichen quaderförmiges Modul.
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Wenn der Gerätesteckverbinder Anschlusspins aufweist, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, so ist dies im Allgemeinen günstig für eine einfache Gestaltung der Leitungsanordnung, welche diese Vielzahl von Anschlusspins elektrisch mit dem Modulsteckverbinder verbindet.
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Ein besonders robustes Elektronikmodul ergibt sich, wenn das Modulgehäuse das Gerätegehäuse im Wesentlichen ganz umschließt. Davon umfasst sein soll der Fall, dass Entlüftungsöffnungen im Modulgehäuse vorgesehen sind, so dass mit entsprechenden Entlüftungsöffnungen des Gerätegehäuses und einer die Entlüftung bzw. Belüftung des elektronischen Geräts zulassende Kunststofflagenanordnung auch Geräte im Modul untergebracht werden können, bei welchen eine solche Entlüftung bzw. Belüftung notwendig ist.
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Ein kompaktes Elektronikmodul ergibt sich insbesondere, wenn das Modulgehäuse im Wesentlichen dieselbe Form wie das Gerätegehäuse besitzt. Darüber hinaus kann dann die Kunststofflagenanordnung vorteilhaft in einheitlicher Weise, z. B. als eine Kunststofflage gleichmäßiger Materialstärke, vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das vom Modulgehäuse eingeschlossene Volumen kleiner als das Doppelte des vom Gerätegehäuse beanspruchten Volumens.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abmessungen des Gerätegehäuses sowie die Abmessungen des Modulgehäuses zwei Formaten eines Formatstandardsystems entsprechen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einem Elektronikmodul mit äußeren Abmessungen einer Standard-3,5''-Festplatte eine Standard-2,5''-Festplatte untergebracht wird. In diesem Fall kann das geschaffene Festplattenmodul als besonders zuverlässiges und gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen relativ unempfindliches Festplattenmodul in einem mobilen PC-Computersystem mit einem Standard-3,5''-Modulplatz verwendet werden.
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Eine kompakte Gestaltung der elektrischen Verbindung zwischen Gerätesteckverbinder und Modulsteckverbinder kann erreicht werden, wenn der Modulsteckverbinder sowie der Gerätesteckverbinder im Wesentlichen die gleiche Form besitzen, wobei der Modulsteckverbinder in einer dem Gerätesteckverbinder entsprechenden Orientierung und an einem dem Gerätesteckverbinder unmittelbar benachbarten Abschnitt des Modulgehäuses angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist die wärmeleitende Kunststofflagenanordnung aus einer oder mehreren Weichkunststofflagen gebildet. Diese Weichkunststofflagen können insbesondere nebeneinander und/oder übereinander gestapelt in dem Raum zwischen dem Gerätegehäuse und dem Modulgehäuse angeordnet werden. Insbesondere kann hierfür in herstellungstechnisch günstiger Weise z. B. ein einziges Lagenmaterial geeignet zugeschnitten werden, um die im Elektronikmodul nebeneinander und/oder übereinander angeordneten Lagen zu erhalten.
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Die flexible Leitungsanordnung kann im einfachsten Fall als Flachbandkabel mit endseitig angeordneten Steckverbindern ausgebildet sein, wobei insbesondere einer der beiden endseitigen Steckverbinder mit dem Gerätesteckverbinder verbunden sein kann und der andere endseitige Steckverbinder mit dem Modulsteckverbinder verbunden sein kann oder alternativ diesen Modulsteckverbinder bildet. Es ist bevorzugt, dass ein solches Flachbandkabel geschlängelt verläuft, so dass sich eine mechanische Entkopplung zwischen dem Modulsteckverbinder und dem Gerätesteckverbinder ergibt.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die vorliegende Erfindung ist die Bereitstellung von Elektronikmodulen für ein Datenverarbeitungssystem, insbesondere die Bereitstellung von Festplattenmodulen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar.
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1 eine Draufsicht eines Festplattenmoduls,
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2 eine Seitenansicht des Festplattenmoduls,
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3 eine Draufsicht des Festplattenmoduls mit abgenommenen Modulgehäusedeckel, und
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4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in 3.
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1 zeigt ein Festplattenmodul 10 mit einer Festplatte 12, welche in einem Festplattengehäuse 14 untergebracht ist. An einer Stirnseite des Gerätegehäuses 14 ist ein Gerätesteckverbinder 16 angeordnet (in einer Gehäusewandung integriert), der über einen werteren, dann eingesteckten und fest mit einer flexiblen Leiterbahnfolie 18 verbundenen Steckverbinder, und dann weiter über diese Leiterbahnfolie 18 mit einem weiteren, am anderen Ende der Leiterbahnfolie 18 angebundenen Steckverbinder 22 elektrisch verbunden ist. Dieser letztere Steckverbinder 22 ist an einer Stirnseite eines Modulgehäuses 20 angeordnet und wird im Folgenden als Modulsteckverbinder 22 bezeichnet. Alternativ könnte an beiden Enden der Leiterbahnfolie 18 jeweils ein Steckverbinder für den Kontakt einerseits mit dem Gerätesteckverbinder 16 und andererseits mit einem separaten Modulsteckverbinder vorgesehen sein.
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Somit ist die Festplatte 12 über den Festplattensteckverbinder 16, die Leiterbahnfolie 18 und den Modulsteckverbinder 22 an ein elektronisches Datenverarbeitungssystem, beispielsweise ein mobiles PC-Computersystem, anschließbar.
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Die Festplatte 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine so genannte ”2,5''-Festplatte”, die an sich zum Einschub in einen Steckplatz eines gängigen Laptop-Computers vorgesehen ist, wohingegen das Modulgehäuse 20 samt Modulsteckverbinder 22 von den Abmessungen her einer so genannten ”3,5''-Festplatte” für einen ”Desktop-Computer” entspricht. Damit ist zunächst ermöglicht, dass die Festplatte 12 letztlich zur Integration an einem Computersystem geeignet ist, für welches die Festplatte 12 an sich bereits aufgrund der Abmessungen des Festplattengehäuses 14 nicht geeignet wäre. Darüber hinaus ergeben sich bei der dargestellten Konstruktion jedoch noch weitere bedeutende Vorteile, die unten mit Bezug auf die 3 und 4 noch beschrieben werden.
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Aus den 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Festplattengehäuse 14 an allen Seiten einen gewissen, etwa einheitlichen Abstand zu den entsprechenden Innenseiten des Modulgehäuses 20 aufweist.
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Das Modulgehäuse 20 ist gebildet aus einem nach oben und vorne hin offenen Gehäuseboden 24 (3), einer Stirnseitenplatte 26 und einem Gehäusedeckel 28.
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Der Gehäuseboden 24 ist an der Oberseite seines Randbereichs mit Innengewindebohrungen 30 zur Befestigung des Gehäusedeckels 28 mittels Befestigungsschrauben 32 versehen. Der Gehäuseboden 24 weist ferner an seiner vorderen Stirnseite zwei Innengewindebohrungen (nicht dargestellt) auf, in welchen Befestigungsschrauben 34 zur Befestigung der Strinseitenplatte 26 eingeschraubt sind.
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Die Stirnseitenplatte 26 ist als gedruckte Schaltungsplatte ausgebildet, an welcher die Anschlusspins des Modulsteckverbinders 22 sowie die Leiterbahnenden der Leiterbahnfolie 18 verlötet sind. Ferner ist durch Bestückung der Stirnseitenplatte 26 mit entsprechenden elektronischen Komponenten bei 36 ein Spannungswandler realisiert, welcher die über die Anschlusspins des Modulsteckverbinders 22 eingegebene Betriebsspannung, welche für ein Betreiben der Festplatte 12 nicht geeignet wäre, auf einen geeigneten Wert wandelt (hier: abwärtswandelt) und an die entsprechenden Leiterbahnen der Leiterfolie 18 zur Versorgung der Festplatte 12 anlegt. Aufgrund der Wärmeentwicklung des Spannungswandlers 36 ist dieser hierbei wie dargestellt bevorzugt auf der Außenseite der Stirnseitenplatte 26 angeordnet.
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Wie es aus den 3 und 4 ersichtlich ist, ist zwischen dem Festplattengehäuse 14 und dem Modulgehäuse 20 eine wärmeleitende Kunststofflagenanordnung bestehend aus drei seitlich angeordneten Lagen 38 sowie zwei werteren, oberen und unteren Lagen 40 zwischengefügt. Diese Lagenanordnung 38, 40 hält die beiden Gehäuse 14, 20 voneinander beabstandet, wobei aufgrund der elastischen Eigenschaft sowie der guten Wärmeleitfähigkeit des Lagenmaterials die Wirkung von Stoßbelastungen und Vibrationsbelastungen auf die Festplatte 12 erheblich reduziert wird und gleichzeitig eine verbesserte Wärmeabfuhr von der Festplatte 12 weg gewährleistet wird. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass zumindest ein Großteil des Zwischenraums zwischen den Gehäusen 14 und 20 durch die Lagenanordnung 38, 40 gefüllt ist und dass die Lagen im Wesentlichen flächig an der Außenseite des Festplattengehäuses 14 sowie an der Innenseite des Modulgehäuses 20 anliegen. Im dargestellten Beispiel stehen jeweils mehr als 80% der Innenseite des Modulgehäuses und der Außenseite des Gerätegehäuses in direktem Kontakt mit der wärmeleitenden Anordnung 38, 40. Im Allgemeinen bevorzugt beträgt dieser Kontaktflächenanteil jeweils wenigstens 50%. Die Wärmeabfuhr wird weiter verbessert, wenn sowohl das Festplattengehäuse 14 als auch das Modulgehäuse 20 ganz aus Metall gefertigt sind.
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Um die aufgrund der Flexibilität der Leiterbahnfolie 18 ohnehin reduzierte Einkopplung von mechanischen Belastungen vom Modulgehäuse 20 auf das Festplattengehäuse 14 weiter zu reduzieren, ist es wie dargestellt vorteilhaft, wenn die Leiterbahnfolie 18 einen geschlängelten Verlauf besitzt. Hierbei kann wie dargestellt auch im Bereich der Leiterbahnfolie 18 eine weitere Lage 42 des wärmeleitenden Kunststoffmaterials eingefügt werden.
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Die beschriebene Gestaltung des Festplattenmoduls 10 realisiert eine sehr effektive Vibrationsdämpfung und eine verbesserte Kühlung für die Festplatte 12. Darüber hinaus wird gleichzeitig eine Geräuschdämpfung von durch die Festplatte 12 hervorgerufenen Geräuschen erzielt. Schließlich ergibt sich bei Ausbildung des Modulgehäuses 20 aus Metall eine gute Abschirmung der Festplatte 12 vor elektrischen und/oder magnetischen Feldern (verbesserte EMV). Wenngleich als Material für das Modulgehäuse 20 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufgrund des geringen Gewichts und der guten Wärmeleitfähigkeit in vielen Fällen eine gute Wahl ist, so ist unter Umständen, zur Abschirmung der Festplatte 12 gegen stärke Umgebungsmagnetfelder, ein ferromagnetisches Material bevorzugt.
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Wenngleich das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ein Festplattenmodul betrifft, so sind die mit der Erfindung erreichten Vorteile selbstverständlich unabhängig von der konkreten Art des betreffenden elektronischen Geräts. Im Hinblick auf die erreichte Vibrationsdämpfung ist beispielsweise auch eine Anwendung für CD- oder DVD-Laufwerke interessant, wobei hierfür gegebenenfalls das Modulgehäuse mit einer Durchgangsöffnung zum Durchtritt des entsprechenden Speichermediums zu versehen ist.
