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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmung elektromagnetischer
Strahlung, und insbesondere eine Vorrichtung zum Abschirmen elektrischer
oder elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte (PCB = Printed
Circuit Board).
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
gegenwärtigen
Telekommunikationssystemen und insbesondere bei Systemen für zellulare und
schnurlose Funktelekommunikationen, werden Transceiver verwendet,
die bei Frequenzen im GHz-Funkfrequenz-(RF = Radio Frequency)-Band arbeiten.
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Es
ist bekannt, dass elektrische oder elektronische Bauteile oder Geräte und Vorrichtungen
in der Umgebung elektromagnetischer Strahlungsquellen zu einer Fehlfunktion
getrieben werden können, wenn
sie bestimmten Pegeln elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt werden.
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Um
irgendeinen unerwünschten
Einfluss elektromagnetischer Strahlung von Vorrichtungen, wie beispielsweise
Oszillatoren in Transceivern zur Telekommunikation oder anderen
Vorrichtungen, die im RF-Band arbeiten, soweit wie möglich zu
vermeiden, ist es bekannt, solche Strahlungsquelle durch Einbauen
der Strahlungsquelle oder der Vorrichtung, wie beispielsweise eines
Transceivers, die die Strahlungsquelle enthält, in einem geeigneten Gehäuse abzuschirmen.
Ein solches Gehäuse
wird normalerweise aus leitenden Materialien mit einer Fähigkeit zum
Konzentrieren von hohen Pegeln eines Magnetflusses ausgebildet.
Demgemäß wird verhindert, dass
die elektromagnetische Strahlung das Gehäuse verlässt.
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Andererseits
ist es auch möglich,
ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, das empfindlich gegenüber elektromagnetischen
Feldern ist, in ein Gehäuse
einzubauen, um zu verhindern, dass irgendwelche magnetischen, elektrischen
oder elektromagnetischen Felder das Bauteil über sein umgebendes Gehäuse erreichen
können.
Gehäuse
zum Abschirmen elektromagnetischer Strahlung sind auch als Faraday-Käfige bekannt.
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US-A-5,339,222
offenbart ein zweiteiliges elektromagnetisches Strahlungsabschirmgehäuse zum
Aufnehmen einer vollständigen
PCB.
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GB-A-2,285,181
offenbart eine zweiteilige Abschirmvorrichtung zum Anbringen an
einer PCB, so dass in einem Einsatz ein Bauteil, das eine Abschirmung
erfordert, vollständig
von der Abschirmvorrichtung und einer Signalerdungsschicht der PCB, an
welche die Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist, umgeben und
eingeschlossen ist. Das Bauteil kann entweder eine elektromagnetische
Strahlungsquelle sein, oder ein Bauteil, das anfällig gegenüber elektromagnetischen Feldern
ist.
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Beim
gegenwärtigen
Trend in die Richtung, Frequenzen im GHz-Bereich zu verwenden, und aufgrund mehr
werdender Regierungsvorschriften in Bezug auf elektromagnetische
Streufeldpegel von Vorrichtungen, wie beispielsweise von Mobilfunktelefonen
oder schnurlosen Telefonen, und von (kleinen) Basisstationen für einen
Inneneinsatz, sind die gegenwärtig
verfügbaren
Abschirmvorrichtungen nicht dazu geeignet, zukünftige Anforderungen an eine elektromagnetische Kompatibilität (EMC =
Electro Magnetic Compatibility) zu erfüllen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hat als ihre Aufgabe, eine verbesserte Abschirmvorrichtung
für elektromagnetische
Strahlen zur Verwendung mit einer PCB zur Verfügung zu stellen, die eine effektive
Abschirmung für
Frequenzen bis zu und über
dem GHz-RF-Bereich zur Verfügung
stellt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abschirmvorrichtung
für elektromagnetische
Strahlung zum Anbringen an einer PCB und zum Aufnehmen eines Bauteils
oder einer Anzahl von Bauteilen, das bzw. die eine Abschirmung erfordern
und an der PCB angebracht ist bzw. sind, zur Verfügung zu
stellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abschirmvorrichtung
für elektromagnetische
Strahlung zur Verfügung
zu stellen, die aus einem Stück
Blech durch allgemeine Herstellungstechniken, wie beispielsweise
durch Falten und durch Ziehen, hergestellt werden kann.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
durch eine zweiteilige Abschirmvorrichtung für elektromagnetische Strahlung
zur Verfügung
gestellt, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, zum Anbringen an
einer Leiterplatte (PCB = Printed Circuit Board), mit einem im Wesentlichen
offenen Rahmenteil zum Aufnehmen eines elektrischen oder elektronischen
Bauteils, das eine Abschirmung erfordert, und einem verschließenden Einkapselungs-
oder Abdeckelement. Die Rahmen- und Abdeckelemente sind aus elektrisch
leitendem Material aufgebaut und haben periphere Seiten, die dazu
geeignet sind, einander zu greifen, so dass die Rahmen- und Abdeckelemente im
Einsatz das Bauteil, das auf der PCB angebracht ist, in einer verschließenden Anordnung
umgeben. Nach der Erfindung haben die peripheren Seiten des Rahmen-
und Abdeckelements eine derartige Form, dass im Einsatz eine kontinuierliche
Greifkraft ausgeübt
wird, um einen umfangsmäßigen elektrischen
Kontakt zwischen dem Rahmen- und dem Abdeckelement an gegenüberliegenden
Rändern
der peripheren Seiten der Elemente zu bilden und beizubehalten.
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Bei
dem Entwurf der vorliegenden Erfindung werden separate mechanische
und elektrische Kontakteingriffe der Rahmen- und Abdeckelemente
erhalten, so dass beide für
ihren eigenen Zweck optimiert werden können.
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Das
bedeutet, dass unter einer kontinuierlichen wechselseitigen mechanischen
Kraft, die durch den Entwurf des Rahmen- und Abdeckteils gemäß der Erfindung
ausgeübt
wird, eine elektrische Kontaktzone über dem vollständigen Umfang
des Rahmen- und Abdeckelements gebildet wird, um seine EMC-Leistungsfähigkeit
zu maximieren. Diese Kontaktzone ist frei von irgendwelchen Löchern oder Spalten,
die aus Entwicklungszwecken entstehen. Ein Verziehen von irgendeinem
oder von beiden der Rahmen- und Abdeckelemente wird durch die zur Verfügung gestellte
mechanische Kraft kompensiert und geglättet.
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Bei
dem Entwurf gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der elektrische Kontakt zwischen den Rahmen- und Abdeckelementen
primär
durch die gegenüberliegenden
Ränder
der Elemente vorgesehen, und sekundär durch den mechanischen Kontakt der
peripheren Seiten zum Halten der Elemente in Eingriff.
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Dies
ist unterschiedlich von der durch GB-A-2,285,181 offenbarten Abschirmvorrichtung, bei
welcher die mechanischen und elektrischen Kontaktstellen dieselben
sind und durch elastische voneinander beabstandete Finger des Abdeckelements zur
Verfügung
gestellt sind, die im Einsatz mit flachen peripheren Seiten des
Rahmenelements in Eingriff sind. Durch die Öffnungen zwischen den Fingern kann
elektromagnetische Strahlung, und zwar insbesondere bei Frequenzen
im GHz-RF-Frequenzband, aus
einer Strahlungsquelle, die von der Vorrichtung umgeben ist, in
Richtung zu ihrer Außenseite
herauskommen, oder von der Außenseite
der Vorrichtung in Richtung zu dem umgebenden Bauteil. Obwohl ein sekundärer elektrischer
Kontakt zwischen der flachen oberen Seite der Abdeckung und sich
nach innen erstreckenden Flanschen des Rahmenelements gebildet werden
wird, wird dieser elektrische Kontakt aufgrund mechanischer Stöße und eines
Verzerrens der Abdeckung einem Lösen
des Eingriffs der Rahmen- und Abdeckelemente ausgesetzt, so dass
ein vollständiger
umfangsmäßiger elektrischer
Kontakt nicht garantiert ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine kontinuierliche Kraft ausgeübt, um den
umfangsmäßigen elektrischen
Kontakt zwischen den gegenüberliegenden
Rändern
der Rahmen- und Abdeckelemente unabhängig von mechanischen Stößen oder einem
Verzerren von einem oder von beiden der Elemente beizubehalten.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß dieser
Erfindung weisen die gegenüberliegenden
Ränder
der Elemente Kontaktflansche auf, die sich quer zu den in Eingriff
stehenden peripheren Seiten erstrecken. Dies erfolgt zum weitest
möglichen
Reduzieren von Unterbrechungen bezüglich des elektrischen Kontakts
aufgrund geringfügiger
mechanischer Unregelmäßigkeiten
von rauen Kanten, Kerben und Kratzern. Zum Erreichen eines optimalen
Abschirmeffekts ist es bevorzugt, diese Flansche zu haben, und im
Allgemeinen die gegenüberliegenden
Ränder,
die als eine geschlossene Kontur aus einem Materialstück gebildet
sind, so dass im Einsatz ein im Wesentlichen ununterbrochener umfangsmäßiger elektrischer
Kontakt zwischen den gegenüberliegenden Rändern gebildet
und beibehalten wird.
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Für einen
optimalen Abschirmeffekt ist es weiterhin bevorzugt, den elektrischen
Kontakt möglichst
nahe zur PCB zu haben. Dafür
sind bei einem Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
die gegenüberliegenden
Ränder
durch Ränder
des Rahmenelements seiner peripheren Seiten, die im Einsatz nahe
der PCB sind, und durch die freien Ränder der peripheren Seiten
des Abdeckelements vorgesehen. Damit ist der elektrische Kontakt zwischen
den gegenüberliegenden
Rändern
im Einsatz nahe der PCB vorgesehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Rahmenelement angeordnet, um das Abdeckelement aufzunehmen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Abschirmvorrichtung der Erfindung weisen die peripheren Seiten
von einem der Elemente eine abgeschrägte Stufe auf und weisen die
peripheren Seiten des anderen Elements einen elastischen Teil auf,
so dass die abgeschrägte
Stufe und der elastische Teil im Einsatz miteinander in Eingriff gelangen,
um dadurch die Elemente in eine verschließende Anordnung zu zwingen.
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Das
bedeutet, dass die Stufe und der elastische Teil so geformt sind,
dass der elastische Teil im Einsatz durch seinen Eingriff mit der
abgeschrägten Stufe
eine Kraft in einer Schließrichtung
der Elemente ausübt,
um einen Kraftkontakt zwischen den gegenüberliegenden Rändern der
Elemente zur Verfügung
zu stellen und beizubehalten.
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Zum
Erleichtern des Anbringens der Rahmen- und Abdeckelemente kann der
elastische Teil die Form eines flachen V annehmen, so dass der V-Teil
im Einsatz in Eingriff mit der abgeschrägten Stufe ist.
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Aufgrund
der Trennung des mechanischen und des elektrischen Kontakts der
Rahmen- und Abdeckelemente kann der elastische Teil durch elastische
voneinander beabstandete Finger vorgesehen werden, die sich an den
peripheren Seiten eines jeweiligen Elements erstrecken, ohne ein
Risiko eines RF-Austretens
von RF durch die Räume
zwischen den Fingern.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist an Rändern
ihrer peripheren Seiten entgegengesetzt zur PCB das Rahmenelement
für eine
Oberflächenmontage
(SM = Surface Mounting) auf der PCB angeordnet. Für eine optimale
Abschirmung ist es bevorzugt, das Rahmenelement an seinem gesamten
Umfang mit Einrichtungen für
SM zu versehen, wie beispielsweise durch Vorsehen eines umfangsmäßigen Flansches,
der mittels SM an eine Signalerdungsschicht der PCB gelötet werden
kann.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann vorteilhaft aus einem Stück
eines elektrisch leitenden Blechs ausgebildet werden. Vorzugsweise
wird das Rahmenelement durch Falten ausgebildet und wird das Abdeckelement
durch Ziehen aus Blech ausgebildet.
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Die
oben angegebenen und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
dargestellt:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Abdeckelements der Abschirmvorrichtung gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Rahmenelements der Abschirmvorrichtung gemäß der Erfindung.
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3 ist
eine schematische perspektivische Ansicht des montierten Abdeckelements
und des montierten Rahmenelements gemäß 1 und 2.
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4 ist
ein Querschnitt durch einen Teil der montierten Abschirmvorrichtung
gemäß 3 entlang
der Linie IV-IV in einem vergrößerten Maßstab, der
den elektrischen und mechanischen Kontakt des Abdeckelements und
des Rahmenelements zeigt.
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5 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer in 3 gezeigten
Abschirmvorrichtung, die auf einer PCB angebracht und die ein elektrisches
oder elektronisches Bauteil umgibt, das eine Abschirmung erfordert.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Ohne
die Absicht einer Beschränkung
wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben und dargestellt werden.
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1 zeigt
in einer Perspektive ein Einkapselungs- oder Abdeckelement 1 gemäß der Erfindung
mit einer geschlossenen festen Oberseite 2 und geschlossenen
festen peripheren Seiten 3, die an die Oberseite 2 anschließen. Die
peripheren Seiten 3 sind mit einer abgeschrägten Stufe 4 versehen,
so dass ein Teil des Abdeckelements 1 zwischen seiner Oberseite 2 und
der abgeschrägten
Stufe 4 kleinere Dimensionen als ein Teil des Abdeckelements 1 hat, das
an die abgeschrägte
Stufe 4 und freie Ränder 5 der
peripheren Seiten 3 anschließt.
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2 zeigt
ein bevorzugte Ausführungsbeispiel
eines im Wesentlichen offenen Rahmenelements 6 gemäß der Erfindung
mit peripheren Seiten 7, von welchen sich voneinander beabstandete
elastische Finger 8 erstrecken. Die elastischen Finger 8 sind
durch Schlitze 9 getrennt und nehmen die Form eines flachen
V an, von welcher der Öffnungsteil
dem äußeren des
Rahmenelements 6 gegenüberliegt,
wie es gezeigt ist.
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3 zeigt
das Abdeckelement 1 und das Rahmenelement 6 in
einer in Eingriff stehenden verschließenden Anordnung, wobei das
Abdeckelement 1 durch das Rahmenelement 6 aufgenommen
ist, und so, dass die elastischen Finger 8 eine Greifkraft auf
das Abdeckelement 1 an seinen peripheren Seiten 3 an
ihrer abgeschrägten
Stufe 4 ausüben.
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4 zeigt
in einem vergrößerten Maßstab einen
Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3. Zu Darstellungszwecken
sind der mechanische und elektrische Kontakt oder Eingriffsstellen
durch Kreise 15 bzw. 16 angezeigt.
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Der
Finger 8 ist in der Richtung elastisch, die durch einen
Pfeil 12 angezeigt ist. Wie es in der 4 gesehen
werden kann, steht der elastische Finger 8 bei 14 mit
dem Abdeckelement 1 an seiner abgeschrägten Stufe 4 in Eingriff,
so dass das Abdeckelement 1 in eine verschließende Anordnung
mit dem Rahmenelement 6 gezwungen wird. Das bedeutet, in
der Zeichenebene in Richtung nach unten.
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Aufgrund
dieser kontinuierlichen Greifkraft, die durch das Rahmenelement 6 auf
das Abdeckelement 1 ausgeübt wird, liegen die freien
Ränder 5 des Abdeckelements 1 und
der Rand 11 des Rahmenelements 6 einander so gegenüber, dass
ein elektrischer Kontakt zwischen den gegenüberliegenden Rändern 5 und 11 an
dem gesamten Umfang der Vorrichtung 10 gebildet wird, wie
es schematisch bei einer Stelle 13 angezeigt ist.
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Nach
der Erfindung sind die mechanischen 14 und elektrischen 13 Kontaktstellen
getrennt, so dass jede für
ihren Zweck optimiert werden kann; d.h. eine ausreichende mechanische
Kraft zum Beibehalten des Abdeckelements 1 und des Rahmenelements 6 in
einer verschließenden
Anordnung zur Verfügung
stellend und einen umfangsmäßigen elektrischen
Kontakt zwischen den Elementen zur Verfügung stellend, um zu verhindern,
dass ein elektromagnetisches Feld die Abschirmvorrichtung durchdringt oder
verlässt,
um Anforderungen einer elektromagnetischen Kompatibilität (EMC =
Electro Magnetic Compatibility) für Frequenzen bis zu und über dem GHz-RF-Bereich
zu erhöhen.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird ein Verziehen des Abdeckelements 1 den elektrischen
Kontakt 13 aufgrund der mechanischen Schließkraft nicht
beeinflussen, die durch die elastischen Finger 8 auf das
Abdeckelement 1 ausgeübt wird.
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Zum
Erreichen eines möglichst
optimalen elektrischen Kontakts zwischen den gegenüberliegenden
Rändern 5 und 11 der
Abschirmvorrichtung 10 der Erfindung sind die freien Ränder 5 und
die Ränder 11 als
umfangsmäßige Flansche
vorgesehen, die einen umfangsmäßigen elektrischen
Kontakt mit niedrigem Widerstand mit möglichst vielen Kontaktstellen
zwischen den Elementen 1, 6 bilden.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, sind die Ränder 11 des Rahmenelements 6 mit
einem größeren Oberflächenbereich
an Ecken des Rahmenelements 6 versehen, um seine mechanische
Festigkeit zu erhöhen.
Die Ränder 11,
d.h. die nach außen
liegende Oberfläche,
dienen auch dem Zweck eines Fixierens des Rahmenelements 6 durch
ein Oberflächenmontage-(SM
= Surface Mounting)-Löten
an eine Metallschicht oder eine Verdrahtung, wie beispielsweise die
Signalerdungsschicht oder die Signalerdungsverdrahtung 18 einer
Leiterplatte (PCB = Printed Circuit Board) 17, an welcher
das Rahmenelement 6 angebracht ist. Ein elektrisches oder
elektronisches Bauteil 19, wie beispielsweise eine anwendungsspezifische
integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit),
wie sie schematisch durch gestrichelte Linien in 5 dargestellt
ist, ist vollständig
von der Abschirmvorrichtung 1 und der Signalerdungsschicht 18 umgeben.
Fachleute auf dem Gebiet der PCB-Entwicklung für RF-Zwecke werden erkennen,
dass die Signalschicht 18 auch eine der dazwischen liegenden
Verdrahtungsschichten einer PCB mit mehreren Schichten sein kann.
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Das
Abdeckelement 1 und das Rahmenelement 6 können aus
einem Stück
Blech, wie beispielsweise aus Mu-Metall, jeweils durch Ziehen und
Falten gebildet sein. Es muss dafür gesorgt werden, steile Übergänge an den
gegenüberliegenden
Rändern 5, 11 nahe
der elektrischen Kontaktstelle 13 zu vermeiden.
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Die
Abschirmvorrichtung gemäß der ersten Erfindung
ist aufgrund der kontinuierlichen mechanischen Kraft, die durch
die elastischen Finger 8 ausgeübt wird, um das Abdeckelement 1 und
das Rahmenelement 6 in einer verschließenden Anordnung zu halten,
nicht anfällig
für ein
Verlieren des elektrischen Kontakts 13 durch Stöße und ähnliches.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden erkennen, dass, unterschiedlich von dem gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
der Aufbau der peripheren Seiten des Abdeckelements 1 und
des Rahmenelements 6 vertauscht sein kann. Das bedeutet,
dass das Rahmenelement 6 mit geschlossenen Seiten mit einer
abgeschrägten
Stufe versehen werden kann, wohingegen die peripheren Seiten des
Abdeckelements mit elastischen Fingern 8 ausgebildet werden können, die
mit der abgeschrägten
Stufe des Rahmenelements 6 in Eingriff stehen. In einem
solchen Fall wird der elektrische Kontakt nicht nahe der PCB gebildet,
sondern an der Oberseite des Abdeckelements. Weiterhin wird es erkannt
werden, dass das Rahmenelement 6 durch das Abdeckelement 1 aufgenommen
werden kann.
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Für eine optimale
EMC-Leistungsfähigkeit
ist ein elektrischer Kontakt 13 zwischen den Elementen 1, 6 nahe
der PCB 17 bevorzugt. Anstelle einer Oberflächenmontage
können
die Ränder 11 des
Rahmenelements auch für
das wohlbekannte Löten
mit Stift und Loch an die PCB 17 entwickelt werden, d.h.
die Verdrahtung 18 davon.
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Zum
Zwecke der Erfindung können
anstelle von elastischen Fingern 8 und einer abgeschrägten Stufe 4 andere
Entwürfe,
die eine Formabschließung zum
Halten des Rahmenelements und des Abdeckelements in einem verschließenden Kontaktaufbau
zur Verfügung
stellen, angewendet werden.