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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Induktionsvorrichtungen oder elektrischen Spulen, die dazu vorgesehen sind, durch Oberflächenmontagetechnologie (SMT) auf einer Leiterplatte bzw. PCB montiert zu werden.
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Stand der Technik
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Die Induktionsvorrichtungen der genannten Art sind auf dem Gebiet der Elektronik und elektrischer Komponenten weit verbreitet. Um die Größe der Geräte, bei welchen die Induktionsvorrichtungen verwendet werden, zu optimieren, ist es wichtig, dass diese so kompakt wie möglich sind, wenngleich die Kompaktheit nicht nachteilig in Bezug auf ihre Eigenschaften sein darf, insbesondere was die elektrische Isolierung betrifft. Dies ist insbesondere auf Gebieten wichtig, bei welchen Hochspannung eingesetzt wird, wie zum Beispiel bei Anwendungen für Elektroautos.
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US 5656985 beschreibt eine oberflächenmontierte elektronische Baugruppe, die ein Gehäuse aufweist, in dem eine oder mehrere elektrische Spulen aufgenommen sind, wobei das Gehäuse einen offenen Boden definiert und die Seitenwände eine Vielzahl von Anschlussklemmen (siehe
6) umfassen, welche einen ersten Endabschnitt, der seitlich für seine Verbindung mit den Bahnen einer PCB vorsteht, und einen zweiten Endabschnitt, der zu der Unterseite hin vorsteht, aufweisen, wobei die Enden an den Spulenwicklungen gesichert sind, welche distal von der PCB bleiben. Eine ähnliche Struktur ist in
JP 2009141004 A (siehe
5), in
US2002093412A1 , unter Bezugnahme auf
4 und
5, in
EP 1734544A1 und in
US 20150107887A1 offenbart und beschrieben worden.
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US 20130249659 A1 offenbart eine Transformatorstruktur, die auf einer PCB montiert ist, wobei bei der Leiterplatte eine Durchgangsöffnung vorhanden ist und eine Vielzahl von Verbindungsstiften mit der PCB in einem Umfangsbereich der Durchgangsbohrung verbunden sind.
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US 10559416 B2 offenbart eine elektronische Vorrichtung, die eine Rolle umfasst, die eine zentrale Spule um einen Magnetkern herum und eine Vielzahl von Verbindungsstiften in ersten und zweiten Halterungen der Rollenenden aufweist, wobei die Verbindungsstifte ein erstes Ende, das nach unten gerichtet ist, und ein zweites Ende, das sich seitlich erstreckt, umfasst. Die Kompaktheit der elektronischen Vorrichtung, die durch
US 10559416 B2 offenbart ist, wird dank der Verbindungsstiftanordnung erhöht. In
US 10559416 B2 sind alle Rollenelemente jedoch weiterhin auf der Oberfläche der PCB in einem Abstand davon entfernt.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein neues Konzept einer Spulenrolle vor, die für kleine SMD-Transformatoren konfiguriert ist, die auf einer PCB zu montieren sind, wobei eine oder zwei Öffnungen in der Leiterplatte bereitgestellt worden sind, durch welche sich die zweiten Enden der Verbindungsstifte erstrecken, an welchen die Klemmenlängen der Wicklungen, die mit der Rolle verbunden sind, gesichert sind, um die Spule zu bilden, während die ersten Enden des Verbindungsstifts koplanar angeordnet sind und seitlich für ihre Befestigung an der PCB in dem Umfangsbereich der einen oder zwei Öffnungen vorstehen.
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Die Rolle ermöglicht eine geringere Höhe der Baugruppe bezüglich der PCB, wobei eine geeignete dielektrische Steifigkeit beibehalten wird und eine automatisierte optische Inspektion ihrer kritischsten Komponententeile, wie zum Beispiel den Lötmetallen zwischen den Verbindungsstiften und der entsprechenden leitfähigen Bahn der Leiterplatte, ermöglicht wird, und wobei die Verbindungen der Wicklungen mit den Verbindungsstiften durch die eine oder die mehreren Öffnungen verlaufen, um eine korrekte Qualitätskontrolle sicherzustellen, wodurch verhindert wird, dass fehlerbehaftete Induktionsvorrichtungen installiert werden.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Induktionsvorrichtung, die konfiguriert ist, um auf einer Leiterplatte montiert zu werden, was erlaubt, eine kompaktere Anordnung ihrer Elemente zu erhalten, wobei ein hohes Niveau an elektrischer Isolierung beibehalten wird, umfassend:
- - eine elektrisch isolierende Rolle, in der ein Magnetkern (zum Beispiel ferromagnetisch) aufgenommen ist;
- - eine oder mehrere elektrische Wicklungen, die an der Rolle befestigt sind; und
- - eine Vielzahl von Verbindungsstiften, von denen jeder teilweise in dem Rollenkörper eingebettet ist, in Stützabschnitten auf den Enden davon.
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Jeder der Verbindungsstifte oder Anschlussklemmen ist mit einem ersten Ende versehen, das in Bezug auf die Rolle extern ist, das konfiguriert ist, um mit Überlappung und an eine leitfähige Bahn einer Leiterplatte geschweißt angeordnet zu werden, und umfasst ein zweites Ende, welches von der Rolle vorsteht, das konfiguriert ist, um an einem Klemmenabschnitt einer entsprechenden Wicklung gesichert und elektrisch mit diesem verbunden zu werden.
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Gemäß der vorgeschlagenen Rollenstruktur für die Induktionsvorrichtung erstrecken sich die ersten Enden der Stifte auskragend von den Stützflächen der Rolle koplanar nach außen, wobei sie eine Verbindungsebene definieren, und erstrecken sich die zweiten Enden der Stifte ungefähr senkrecht zu der Verbindungsebene, wobei sie von dieser vorstehen und sich durch eine Leiterplattenöffnung erstrecken, so dass mindestens eine Wicklung und die zweiten Enden der Stifte auf gegenüberliegenden Seiten der Verbindungsebene verbleiben.
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Gemäß dieser Struktur befinden sich die zweiten Enden der Stifte, die mit einem Klemmenabschnitt einer entsprechenden Wicklung oder „live“-Verbindungen verbunden sind, auf der Unterseite und sind vollständig distal in Bezug auf die Wicklungen und den Magnetkern. Eine solche Anordnung in Bezug auf die zweiten Enden der Verbindungsstifte oder Klemmen der Wicklungen ist bei Transformatorgestaltungen mit einem hohen Niveau an elektrischer Isolierung sehr wünschenswert, und bei Elektrofahrzeugen mit 800V-Batterien ist sie unbedingt notwendig. Aufgrund des Hochspannungsbetriebs muss sie mit dem höchsten Niveau an dielektrischer Steifigkeit gestaltet werden. Die vorgeschlagene technische Lösung löst diese Aufgabe, ohne den Fußabdruck zu vergrößern, der in der PCB aufgenommen wird, mit demselben belegten Volumen/Fläche wie eine Gestaltung mit geringerer elektrischer Isolierung, und mit einer viel geringeren Größe als eine Gestaltung, die die „live“-Verbindungen in der horizontalen Ebene bewegen muss, um die Abstände der elektrischen Isolierung zu erzielen.
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Erfindungsgemäß zeigen die zweiten Enden der Stifte vorteilhafterweise eine Aussparung in einer distalen Ausdehnung von ihrer Spitze, um effizient bei der Verbindung (physische Verankerung und elektrischer Kontakt) des Klemmenabschnitts der Wicklung mitzuwirken.
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Erfindungsgemäß kann die Aussparung halbkreisförmig sein.
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Erfindungsgemäß kann ein Abschnitt des Rollenkörpers, insbesondere ein Teil der Stützbereiche, auch zur Einführung (siehe 2 und 3 der Zeichnungen) in der Öffnung der Leiterplatte konfiguriert sein.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsstifte symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Rolle angeordnet. Vorzugsweise fluchten die Verbindungsstifte miteinander.
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Erfindungsgemäß kann jeder Stift einen gekrümmten Abschnitt zwischen den ersten und den zweiten Enden aufweisen, der in der Rolle eingebettet ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elektrisch isolierende Rolle einen rohrförmigen Bereich, der eine Längsachse definiert, wobei die mindestens eine Wicklung durch eine äußere Fläche des rohrförmigen Bereichs gestützt wird, die einen hohlen Durchgang darin definiert, in welchem der ferromagnetische Kern aufgenommen ist.
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Erfindungsgemäß kann die Längsachse des rohrförmigen Bereichs parallel zu der Verbindungsebene sein. Alternativ kann die Längsachse des rohrförmigen Bereichs senkrecht zu der Verbindungsebene sein.
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Erfindungsgemäß kann die Rolle zwei oder mehr Wicklungen umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind.
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Erfindungsgemäß können die Wicklungen koaxial sein, wenngleich berücksichtigt werden muss, dass beispielhafte Ausführungsformen enthalten sind, wobei die Wicklungen diskrete Ausrichtungen annehmen können.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Rolle mit Stützabschnitten verbunden, von denen jeder eine Reihe von Rippen zum Trennen der einen oder mehreren Wicklungen um eine vorab festgelegte Distanz von der Oberfläche der Leiterplatte umfasst und wobei die Verbindungsstifte in einem Bodenabschnitt der Stützabschnitte eingebettet sind. Die Rippen ermöglichen, die lineare Distanz, die als „Kriechweg“ bekannt ist, entlang der Isolierflächen zwischen zwei elektrischen Leitern zu vergrößern.
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Erfindungsgemäß können die Verbindungsstifte oder Klemmen durch Überspritzen in dem Rollenkörper oder den Stützabschnitten eingebettet werden.
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Es versteht sich, dass die Bezugnahmen auf geometrische Positionen, wie zum Beispiel parallel, senkrecht, tangential usw., Abweichungen von bis zu ±5° bezüglich der theoretischen Position erlauben, die durch die Terminologie definiert ist. In der vorliegenden Erfindung ist die ungefähr senkrechte Ausrichtung in Bezug auf die eine oder mehreren Öffnungen der Leiterplatte der zweiten Enden der Verbindungsstifte oder Klemmen der Wicklungen nur als eine bevorzugte Variante zu betrachten.
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Es versteht sich auch, dass beliebige präsentierte Wertebereiche möglicherweise hinsichtlich ihrer Endwerte nicht optimal sind und sie möglicherweise Anpassungen der Erfindung erfordern, damit die Endwerte anwendbar sind, wobei die Anpassungen innerhalb des Bereichs eines Fachmanns liegen.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform vorhanden.
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Figurenliste
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Die vorherigen und sonstige Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, welche als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten sind.
- 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer elektrisch isolierenden Rolle einer beispielhaften Ausführungsform einer Induktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Leiterplatte.
- 2 zeigt eine Aufrissansicht und eine vergrößerte Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Induktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf einer teilweise unterteilten Leiterplatte montiert ist.
- 3 zeigt eine detaillierte Schnittansicht eines Verbindungsstifts einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung, welche ermöglicht, die relative Anordnung der zweiten Enden der Verbindungsstifte zu den Wicklungen bezüglich der Verbindungsebene mit der Leiterplatte der ersten Enden derselben Stifte zu verstehen.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von hinten einer beispielhaften Ausführungsform einer Induktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf einer Leiterplatte montiert ist, die zwei parallele Öffnungen umfasst.
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Ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
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Die beigefügten Figuren zeigen veranschaulichend und nicht einschränkend beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung, die zum Montieren durch SMT-Technologie auf einer Leiterplatte 2 vorgesehen ist. In dieser Figur ist die Rolle 1 der Induktionsvorrichtung ohne die mindestens eine Wicklung 30 (siehe 2) und ohne den ferromagnetischen Kern, in dem die Rolle 1 aufgenommen ist, dargestellt worden, um die Form und die Anordnung der Komponenten der Rolle 1 besser zu erkennen.
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Die Rolle 1 der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist konfiguriert, um derart mit einer Öffnung 200 der Leiterplatte 2 verbunden zu werden, dass eine Vielzahl von koplanaren Verbindungsstiften 10 eine Vielzahl von leitfähigen Bahnen 201 einer Leiterplatte in einem Umfangsbereich der Öffnung 200 überlappen, und ein Teil der Rolle, insbesondere eine Anzahl von Stützabschnitten 40 davon, unterhalb der vorderen Fläche 202 der Leiterplatte 2 verbleibt. Diese überlappende Anordnung der Verbindungsstifte 10 und der leitfähigen Bahnen 201 bietet vorteilhafte technische Auswirkungen, die im Folgenden im Zusammenhang mit 3 beschrieben werden.
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Die elektrisch isolierende Rolle 1 der dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst einen rohrförmigen Bereich 20, der eine Längsachse definiert. Die äußere Fläche 21 des rohrförmigen Bereichs 20 stützt die mindestens eine Wicklung 30 (siehe 2), während in dem hohlen Durchgang 22, der innerhalb des rohrförmigen Bereichs 20 definiert ist, mindestens ein Kern, zum Beispiel ein ferromagnetischer (nicht gezeigt), aufgenommen ist.
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Bei der Induktionsvorrichtung der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Rolle 1 mit einer Anzahl von Stützabschnitten 40 verbunden, welche in diesem Beispiel eine Reihe von Rippen 41 umfassen. Unter anderen Funktionen erlauben die Stützabschnitte 40, die Rolle 1 um eine vorab festgelegte Distanz von der Oberfläche der Leiterplatte zu trennen, und insbesondere, die Rolle 1 der vorderen Fläche 202 von der Leiterplatte 2 zu trennen, wobei die vordere Fläche 202 als die Fläche verstanden wird, die proximal zu dem rohrförmigen Bereich 20 ist. Folglich wird die hintere Fläche 203 der Leiterplatte 2 hierin als die Fläche verstanden, die distal zu dem rohrförmigen Bereich 20 ist. Die Rippen 41 erlauben, den „Kriechweg“ der Rolle 1 zu vergrößern, wobei, wie zuvor betont wurde, der „Kriechweg“ als die lineare Distanz entlang der Isolierflächen zwischen zwei elektrischen Leitern verstanden wird.
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2 zeigt eine Aufrissansicht und eine Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung. Im Gegensatz zu 1, wo die Darstellung unter anderem der Wicklung 30 und des ferromagnetischen Kerns weggelassen worden ist, ist in dieser Figur die Induktionsvorrichtung so gezeigt, dass sie alle ihrer Komponenten aufweist, wenngleich einige davon versteckt bleiben, zum Beispiel hinter dem Gehäuse 50.
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Diese Figur zeigt, wie die Rolle 1 der dargestellten beispielhaften Ausführungsform konfiguriert ist, um teilweise in der Öffnung 200 der Leiterplatte 2 aufgenommen zu werden, und insbesondere, damit die Stützabschnitte 40 in die Öffnung 200 der Leiterplatte 2 eingeführt werden. Wenngleich in dem dargestellten Beispiel die Stützabschnitte 40 nicht von der hinteren Fläche 203 der Leiterplatte 2 vorstehen, können in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Stützabschnitte 40 von der hinteren Fläche 203 der Leiterplatte 2 vorstehen.
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2 mit der teilweise geschnittenen Leiterplatte 2 erlaubt, den Standort der Verbindungsstifte 10 bezüglich der Leiterplatte 2 zu erkennen. Jeder Verbindungsstift 10 ist mit einem ersten Ende 11 versehen, das sich auskragend erstreckt, d. h., seitlich bezüglich der Rolle 1 vorsteht, und genauer bezüglich ihres Stütz- oder Bodenabschnitts 40. Die ersten Enden 11 der Verbindungsstifte 10 definieren eine Verbindungsebene, welche, nachdem die Induktionsvorrichtung auf einer Leiterplatte 2 montiert oder angebracht ist, koplanar zu der Vorderseite 202 der Leiterplatte 2 ist.
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Der Verbindungsstift 10 ist auch mit einem zweiten Ende 12 versehen, das sich ungefähr senkrecht (wenngleich dies nur eine bevorzugte Ausrichtung ist) zu dem ersten Ende 11 und zu der Verbindungsebene erstreckt, so dass es von der hinteren Fläche 203 der Leiterplatte 2 mit einer Erstreckung durch die Öffnung von dieser vorsteht. In dieser dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst der Verbindungsstift auch einen gekrümmten Abschnitt 14 zwischen den ersten 11 und den zweiten Enden 12. In 2 ist die Länge, oder der Abschnitt, der Verbindungsstifte 10, die in der Rolle 1 eingebettet oder angebracht sind, mit einer gestrichelten Linie gezeigt, da sie folglich versteckt bleiben würde.
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In 2 ist auch eine Detailansicht von zwei der Verbindungsstifte 10 der Rolle 1 perspektivisch gesehen gezeigt. Wie in dieser Detailansicht zu sehen ist, umfasst in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform das zweite Ende 12 eine Aussparung 13 mit einer distalen Länge von seiner Spitze bzw. seinem Ende zum Zusammenwirken bei der physischen Verbindung und der elektrischen Verbindung des zweiten Endes 12 des Verbindungsstifts 10 mit einem Klemmenabschnitt 31 der Wicklung 30 (siehe 3).
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3 stellt eine detaillierte Schnittansicht eines Verbindungsstifts 10 der beispielhaften Ausführungsform einer Induktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Im Gegensatz zu 2 ist in 3 der Klemmenabschnitt 31 der Wicklung 30 dargestellt worden, der an dem zweiten Ende 12 des Verbindungsstifts 10 gesichert und elektrisch mit diesem verbunden ist.
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In dieser 3 ist das erste Ende 11, das sich mit einer entsprechenden leitfähigen Bahn 201 der Leiterplatte 2 überlappt und an dieser angeschweißt ist, zu erkennen. Diese Anordnung mit dem ersten Ende 11 der Verbindungsstifte 10 auf eine auskragende Art und mit einer Überlappung mit der leitfähigen Bahn 201, ermöglicht, unter weiteren Vorteilen, eine Inspektion der Lötmetalle zwischen den Verbindungsstiften 10 und den leitfähigen Bahnen 201 durch automatische Inspektionsmittel, die sich in einer zenitalen Position bezüglich der Rolle 1 befinden, wodurch ermöglicht wird, gleichzeitig alle Lötmetalle zwischen den Verbindungsstiften 10 und den entsprechenden leitfähigen Bahnen 201 schnell und effizient zu inspizieren. Das Erleichtern der Inspektion der Lötmetalle zwischen den Verbindungsstiften 10 und den leitfähigen Bahnen 201 ermöglicht eine umfassendere Qualitätskontrolle. Die automatisierte optische Inspektion kann sich gleichermaßen auf die zweiten Enden 12 der Stifte 10 erstrecken.
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In 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Induktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf einer Leiterplatte 2 montiert ist, so in einer perspektivischen Ansicht von hinten gezeigt, dass sie zwei Öffnungen 200 umfasst. Diese Konfiguration unterscheidet sich von jener, die in 1 gezeigt ist, darin, dass in 1 die Leiterplatte 2 eine einzige Öffnung 200 aufweist, wobei der untere Abschnitt der Halterung 40 der Rolle 1 teilweise eingeführt ist, während die Leiterplatte 2, die in 4 gezeigt ist, zwei Öffnungen 200 umfasst, wobei der untere Abschnitt der entsprechenden Stützabschnitte 40 eingeführt ist, wodurch ermöglicht wird, die Distanz zwischen der vorderen Fläche 202 der Leiterplatte 2 und dem distalen Ende der Rolle 1 zu verringern.
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Wenngleich in 4 die Darstellung der Klemmenabschnitte 31 der mindestens einen Wicklung 30 der Rolle 1 weggelassen worden ist, versteht sich, dass jedes der zweiten Enden 12 der Verbindungsstifte 10 elektrisch mit einem entsprechenden Klemmenabschnitt 31 verbunden ist, wie in 3 gezeigt.
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Wenngleich die Erfindung basierend auf einem typischen Beispiel beschrieben und dargestellt worden ist, versteht sich, dass die beispielhafte Ausführungsform in keiner Weise eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung ist, so dass eine der Variationen, die direkt oder durch Äquivalenz im Inhalt der beigefügten Ansprüche aufgenommen ist, so betrachtet werden muss, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5656985 [0003]
- JP 2009141004 A [0003]
- US 2002093412 A1 [0003]
- EP 1734544 A1 [0003]
- US 20150107887 A1 [0003]
- US 20130249659 A1 [0004]
- US 10559416 B2 [0005]
