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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Öfen
für analytische
Messungen, wie beispielsweise jene, die in Gas-Chromatographen verwendet
werden, halten erhöhte
Temperaturen zum Zweck der Bereitstellung der geeigneten Bedingungen
für eine
durchzuführende
Verfahrensmessung aufrecht. Die Messungen umfassen den Einsatz elektrischer
Sensoren. Für
die Verarbeitung der Messungen ist es erforderlich, dass irgendeine
Form einer elektrischen Verbindung aus dem Ofen herausführt.
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In einer Anwendung für tiefe
Temperaturen ermöglicht
eine problemlos verfügbare
Vielfalt von Leitungs- und normalen Verbindungseinrichtungen zahlreiche
Lösungen
zum Herstellen der elektrischen Verbindung. Einige Ofenanwendungen
zu Analysezwecken weisen jedoch anhaltende Temperaturen auf, die
laufend die äußersten
Temperaturgrenzwerte für
elektrische und elektronische Verbindungs- und Leitungseinrichtungen überschreiten.
Beispielsweise ist es wünschenswert,
dass ein Ofen eines Gas-Chromatographen bei einer Temperatur von mindestens
225°C betriebsfähig ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine vereinfachte Zeichnung eines
industriellen Gas-Chromatographen 10 mit einer elektrischen
Durchführungsbaugruppe 12 gezeigt,
die gemäß des Stands der
Technik verwirklicht wurde. Der Chromatograph 10 umfasst
einen Ofen 14 und ein Elektronikgehäuse 16.
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Erhöhte Temperaturen werden im
Ofen 14 aufrechterhalten, wobei (nicht gezeigte) elektrische Sensoren
Messungen vornehmen. Der Ofen 14 wird unter Verwendung
von (nicht gezeigten) Wärmesensoren
und elektrischen Heizgeräten
auf streng kontrollierten Temperaturen gehalten. Alle Sensorsignale und
Heizgerät-Steuerströme müssen durch
die Baugruppe 12 in das Elektronikgehäuse 16 führen.
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Das Gehäuse 15 stellt eine
Umgebung bereit, die für
elektronische Schaltkreise normal ist. Es ist jedoch wichtig, dass
nur sehr wenig Wärme
vom Ofen 14 in das Gehäuse 16 geleitet
wird, da elektronische Schaltkreise wärmeempfindlich sind. Wo ein Chromatograph 10 installiert
ist, können
explosive Gase vorhanden sein. Die elektronischen Schaltkreise im
Gehäuse 16 können explosive
Gase unter Fehlerbedingungen entzünden. Aus diesem Grund wird das
Gehäuse 16 über eine
Luftquelle, die von außerhalb
des explosionsgefährdeten
Bereichs geliefert wird, ständig
ausgeblasen/unter inneren Überdruck gesetzt.
Dieses Ausblasen oder Unter-Druck-Setzen ist eine in Nordamerika und Europa übliche und
akzeptierte Praxis für
elektronische Ausrüstung,
die in einem explosionsgefährdeten
Bereich verwendet wird.
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Einige der Ofenkomponenten 14 können auch
explosive Gase als Bestandteil des normalen Verfahrens enthalten.
Es werden Maßnahmen
zum Verhindern einer Entzündung
ergriffen. Komponenten im Ofen müssen
fähig sein,
einer Explosion standzuhalten und eine Ausbreitung der Flammen oder
ein Entzünden
von Gasen in dem umgebenden explosionsgefährdeten Bereich zu verhindern.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine vereinfachte Darstellung der
Durchführungsbaugruppe 12 gezeigt.
Die Baugruppe 12 umfasst in ihrer einfachsten Form eine
Gruppe von Leitungen 18a, 18b, 18c, 18d und
ein verlustarmes Koaxialkabel 20. Jede der Leitungen 18a, 18b, 18c, 18d ist
eine Kombination aus einer Drahtleitung, die mit einer TEFLON-Isolierung
isoliert ist. Die Drahtleitung ist von einem Hochtemperatur-Heißschrumpfschlauch
aus Polyolefin umschlossen. Das verlustarme Koaxialkabel 20 ist
in ähnlicher
Weise ebenso präpariert.
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Die Baugruppe 12 umfasst
auch ein Isolierrohr 22, durch das die Leitungen 18a–18d und
das Kabel 20 hindurchführen.
Das Isolierrohr 22 weist eine Gewindedichtungsnabe 24 auf.
Die Dichtungsnabe 24 umfasst eine Isolierrohr-Dichtungsmasse 28,
wie beispielsweise Chico A, das von Crouse-Hinds erhältlich ist.
Die Dichtungsnabe umfasst des Weiteren eine zusätzliche Schicht 26 des Polyurethanharzes,
um eine gasdichte Dichtung bereitzustellen.
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Für
die Baugruppe 12 ist sehr viel Arbeit bei der Herstellung
erforderlich. Für
die Leitungen ist eine umfangreiche Vorbereitung erforderlich, und
es ist nicht einfach, mit den Dichtungsmaterialien zu arbeiten,
da ihre Vorbereitung und Aushärtung
in gut belüfteten
Bereichen erfolgen muss.
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Außerdem können nur wenige Verbindungen durch
die Baugruppe 12 hergestellt werden. Dies ist auf die Größe der Leitungen 18a–18d und
des Kabels 20 in Verbindung mit den maximalen Füllanforderungen
des Isolierrohrs 22 und die Notwendigkeit zurückzuführen, zwischen
den Leitern eine Trennung bereitzustellen, um einen zweckmäßigen Fluss
der Dichtungsmasse zu gewährleisten.
Daher umfasst ein Gas-Chromatograph normalerweise mehrere Durchführungsbaugruppen 12 und
damit verbundene Durchdringungen des Ofens 14. Die Baugruppe 12 ist
nach dem Installieren sehr schwierig zu warten oder auch für die Wartung
auszubauen.
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Des Weiteren wurde aufgezeigt, dass
die Baugruppe 12 für
Ofentemperaturen über
200°C ungeeignet
ist. Die TEFLON-Isolierung, die für die Leitungen 18a–18d verwendet
wird, beginnt kaltzufließen,
das heißt,
sie wird bei solchen Temperaturen nachgiebig. Daher verursacht jeder
Druck, der auf die Leitungen 18a–18d ausgeübt wird,
dass die Isolierung herausgepresst wird und eine Kriechstrecke erzeugt.
Auch die Dichtungsmasse 28 kann den hohen Temperaturen
nicht standhalten. Andere Hochtemperaturleitungen, wie beispielsweise
Glasgeflechtleitungen vertragen keinerlei Feuchtigkeit. Feuchtigkeit und
Betauung sind in Hochtemperatur-Anwendungen
von Gas-Chromatographen weit verbreitet.
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Eine mögliche Lösung ist, Komponenten zu verwenden,
die für
die Anwendung im Militär-
und Raumfahrtbereich geeignet sind, da diese Komponenten die umfangreichsten
Temperatur- und Umgebungsanforderungen aufweisen. Die höchste normale
Temperatur mit Eignung für
militärische
Zwecke ist 125°C.
Es gibt Fälle,
in denen solche Komponenten bis zu 175°C ausgelegt sein können, aber
dies erfüllt immer
noch nicht die Anforderungen zur Verwendung in Öfen für Analysezwecke, wie beispielsweise
im Ofen in einem Gas-Chromatograph.
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Die Erfinder haben weitere mögliche Lösungen als
Ersatz für
die Baugruppe 12 in Betracht gezogen. Eine solche mögliche Lösung war,
Glas- oder Keramikanschlussstücke
zu verwenden. Solche Anschlussstücke
beanspruchen jedoch einen immensen Raum und sie erfüllen nicht
die Anforderung, empfindliche Koaxialsignale durch die Durchführung leiten
zu müssen.
Eine weitere solche Lösung
war es, biegsame oder starre gedruckte Schaltungen zu verwenden,
aber bis zur vorliegenden Erfindung gab es keine Möglichkeit,
zu gewährleisten,
dass die Platine bei den gewünschten
Temperaturen nicht aufblätterte.
Die Materialien, die beim Herstellen von Leiterplatten verwendet
werden, sind für
maximale Temperaturen von 175°C
ausgelegt.
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Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind
in den Ansprüchen
1, 8 und 9 dargelegt.
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Die vorliegende Erfindung ist als
eine elektrische Durchführungsbaugruppe
verwirklicht, die in einen Hochtemperaturofen einzusetzen ist. Die
Baugruppe weist eine oder mehrere Leiterplatten auf, um die eine
oder mehrere Platten aus verdichtbarem Material positioniert sind.
Die Leiterplatten und das verdichtbare Material sind zwischen den
zwei Hälften
eines zweischaligen Gehäuses
positioniert. Wenn die beiden Hälften
aneinandergefügt
werden, um das verdichtbare Material ausreichend zusammenzudrücken, wird
das Material über
die Kanten der Leiterplatten herausgepresst.
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Die vorliegende Erfindung ist auch
als Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchführung verwirklicht,
die in einen Hochtemperaturofen einzusetzen ist. Die Durchführung besitzt
ein Gehäuse
mit zwei Hälften.
In dem Verfahren werden eine oder mehrere Leiterplatten auf der
Seite, die dem Inneren jeder Gehäusehälfte zugewandt
ist, mit verdichtbarem Material umgeben, und die Hälften werden
mit den darin enthaltenen Leiterplatten so zusammengesetzt, dass
das verdichtbare Material über die
Kanten der Leiterplatten herausgepresst wird.
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Die vorliegende Erfindung weist des
Weiteren eine Leiterplatte mit einer oder mehreren beabstandeten Öffnungen
durch die Leiterplatte auf, und jede der Öffnungen ist mit Kupfer bis
zu einer Dicke von 5 Milli-Inch
ausgekleidet. Die Leiterplatte besitzt des Weiteren eine oder mehrere
elektrisch leitende Schichten. Jede der Schichten besitzt drei Unzen schwere
metallische Stromkreise. Jede der Schichten besitzt des Weiteren
eine Ringwulst aus Kupfer, die jede der beabstandeten Öffnungen
umgibt und mit den metallischen Stromkreisen verbunden ist. Die Ringwulst
weist nicht die im IPC-Standard
IPC-D-275 spezifizierte Wärmeentlastung
auf und besitzt einen Durchmesser, der größer als der in der Norm angegebene
ist. Die Kupferauskleidung in jeder der Öffnungen verbindet alle Ringwülste in
der Öffnung
mechanisch miteinander.
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Die Erfindung wird anschließend beispielhaft unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen
auf gleiche Teile durchwegs mit gleichen Bezugszeichen verwiesen
wird und für
die eine kurze Beschreibung folgt:
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1 zeigt
eine vereinfachte Zeichnung eines Gas-Chromatographen mit einer elektrischen Durchführungsbaugruppe,
die gemäß des Stands der
Technik ausgeführt
ist.
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2 zeigt
eine vereinfachte Darstellung der elektrischen Durchführungsbaugruppe
aus 1.
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3 zeigt
eine vereinfachte Zeichnung eines Gas-Chromatographen, der die elektrische Durchführungsbaugruppe
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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4 zeigt
einen auseinander gezogenen Detailperspektivschnitt der Baugruppe
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine Vorderansicht der Baugruppe der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
einen Querschnitt durch die Unterbauanordnung für das ofenseitige Ende der
Leiterplatten, die in der Baugruppe der vorliegenden Erfindung enthalten
sind.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird ein vereinfachtes Schaubild eines
industriellen Gas-Chromatographen 10 gezeigt, der die elektrische
Durchführungsbaugruppe 100 der
vorliegenden Erfindung umfasst. Wie im Folgenden detailliert beschrieben werden
wird, umfasst die Baugruppe 100 Leiterplatten. Leiterplatten
werden im Wesentlichen als dünne geätzte Kupferschichten
auf einem Substrat oder einem Basismaterial erzeugt und werden anschließend unter
hohen Temperaturen mit isolierenden Zwischenschichten laminiert.
Da Kupfer einen Schmelzpunkt von 1083°C besitzt, werden die Kupferschichten
der Leiterplatte bei der gewünschten
Betriebstemperatur des Gas-Chromatographen von mindestens 225°C nicht abgebaut.
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Das Basismaterial der Leiterplatte,
in diesem Fall Polyimid-Prepreg, kann mit einem Grenzwert von 175°C bis 300°C angegeben
werden, basierend auf der Lebenserwartung des Polyimids. Es gibt
Polyimid-Güteklassen,
die eine geplante Lebensdauer von 10 Jahren bei Temperaturen von
225°C und
höher aufweisen.
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Das schwächste Glied ist jedoch die
Bindung zwischen dem Polyimid und dem Kupfer. Die beiden Materialien
werden bei Temperaturen laminiert und verbunden, die nicht sehr
viel höher
sind als die gewünschte
Betriebstemperatur von 225°C
für den Ofen
des Gas-Chromatographen.
Da die Bindungstemperatur so nahe an der gewünschten Betriebstemperatur
des Ofens des Gas-Chromatographen liegt,
wird die Leiterplatte aufblättern
und ausfallen, wenn sie jahrelang einer Temperatur von 225°C ausgesetzt
wird. Die elektrische Durchführungsbaugruppe 100 der
vorliegenden Erfindung wurde aufgrund der Annahme ausgelegt, dass
die Leiterplatte sich aufblättern
kann und dies potentiell auch tun wird, wenn sie in einem Ofen eines
Gas-Chromatographen verwendet wird, der mit einer gewünschten
Temperatur von 225°C
betrieben wird. Die Baugruppe 100 hält die darin verwendeten Leiterplatten
während
der Lebensdauer des Ofens des Gas-Chromatographen unter einem konstanten
Druck, um damit die Leiterplattenschichten an einer physikalischen
Trennung zu hindern, selbst wenn sie der gewünschten Betriebstemperatur über längere Zeit
hinweg ausgesetzt sind. Laminierte Materialien verlieren bei ihrem
Abbau vorrangig ihren Verbund mit Kupfer und werden brüchig, wenn
man sie durchbiegt. Die mechanische Struktur der Baugruppe 100 gestattet
keinerlei Durchbiegung, Verdrehungs- oder Längsspannung der Leiterplatten
in der Baugruppe.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird ein auseinander gezogener Detailperspektivschnitt
der Baugruppe 100 gezeigt. Die Baugruppe umfasst zwei Leiterplatten 102 und 104.
Leiterplatte 102 liefert den Wechselstrom für die Heizgeräte im Ofen 14 aus 3. Die Heizgeräte sind
in 3 nicht dargestellt. Die
Leiterplatte 104 enthält
Detektoren und Thermoelementleitungen und stellt Pfade für Gleichstromsignale
bereit. Wie in 4 dargestellt,
sind die einander zugewandten Seiten der Leiterplatten 102 und 104 durch
eine elektromagnetische Abschirmung 106 getrennt. Eine
Kunststoffplatte 108, die als Abstandshalter fungiert,
gefolgt von einer Platte aus wärmebeständigem Polyimid 110,
trennt die Seite der Leiterplatte 102, die der Leiterplatte 104 zugewandt
ist, von der Abschirmung 106. Eine Platte aus verdichtbarem
geschlossenzelligem Silikonschaum 112 trennt die Seite
der Abschirmung 106, die der Gleichstrom-Leiterplatte 104 zugewandt
ist, von der Seite der Leiterplatte 104, die der Leiterplatte 102 zugewandt
ist.
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Eine elektromagnetische Abschirmung 118 ist
von der Seite der Leiterplatte 104, die nicht der Leiterplatte 102 zugewandt
ist, durch eine Platte aus wärmebeständigem Polyimid 116 getrennt.
Die elektromagnetischen Abschirmungen 106 und 118 eliminieren
das Influenzrauschen auf jeder Leiterplatte, das auf jeder Leiterplatte
durch die enge Nähe
der Signale auf der anderen Leiterplatte induziert wird. Eine derartige
Abschirmung gegen die hohen Ströme,
die auf der Wechselstrom-Leiterplatte 102 generiert werden,
ist wesentlich.
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Die Baugruppe 100 umfasst
des Weiteren die Platten 114, 126 aus verdichtbarem
geschlossenzelligem Silikonschaum. Die Platte 126 ist von
der Abschirmung 118 durch eine Platte aus wärmebeständigem Polyimid 124 getrennt.
Die Baugruppe umfasst des Weiteren ein zweischaliges Gehäuse aus
rostfreiem Stahl, das eine erste und eine zweite Hälfte 120, 122 aufweist.
Die Innenseite der Schalenhälfte 120 weist
eine Vertiefung auf, deren Breite so bemessen ist, dass die Leiterplatten 102, 104,
die Abschirmungen 106, 118, die Polyimidplatten 110, 116, 124,
der Abstandshalter 108 und die Silikonplatten 112, 114, 126 satt
anliegend aufgenommen werden, wenn die Baugruppe 100 zusammengesetzt wird.
Die Innenseite der Schalenhälfte 122 weist
einen erhabenen Abschnitt 122a auf, der in seiner Form
im Wesentlichen komplementär
zu der Vertiefung in der Schalenhälfte 120 ist.
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Die Baugruppe 100 umfasst
des Weiteren Senkschrauben, die insgesamt mit 128 bezeichnet sind,
deren Gewinde in 4 nicht
dargestellt sind. Wenn die Baugruppe 100 zusammengesetzt
wird, wird jede der Schrauben 128 durch eine damit verbundene
kreisförmige Öffnung 130 in
der Schalenhälfte 122 zu
einer damit verbundenen entsprechenden kreisförmigen Öffnung 132 in der
Schalenhälfte 120 geführt.
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Wenn die Baugruppe 100 zusammengesetzt wird,
dehnen sich die Silikonplatten um die Seiten der Abstandshalter-,
Polyimid-, Silikon- und Abschirmungsplatten herum aus. Das zweischalige
Gehäuse
zwingt die Seiten der Silikonplatte 114 zusammengedrückt und
um die Kanten der Leiterplatten 102, 104 herum
herausgepresst zu werden und sich eng um diese Platten und um die
in der Baugruppe enthaltenen Abstandshalter-, Polyimid-, Silikon-
und Abschirmungsplatten zu legen. Das herausgepresste Silikon bildet
einen fast perfekten Schutz gegen eine Flammenausbreitung und ermöglicht es
der Baugruppe 100, die Anforderungen an einen Flammenweg
für explosionsgefährdete Bereiche
zu erfüllen. Außerdem stellt
das herausgepresste Silikon sicher, dass alle vorhandenen Kriechstrecken
lang und eng sind und das bilden, was dem Fachmann für die Zertifizierung
von explosionsgefährdeten
Bereichen als "Abkühlpfad" bekannt ist. Solche
Pfade verlangsamen den Fluss eines heißen Gases ausreichend, so dass
ein Abkühlen
des Gases unter die Entzündungstemperatur
verursacht wird.
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Die Leiterplatte 104 enthält auch
die Signale für
einen (nicht gezeigten) Flammenionisationsdetektor (FID). Der FID
ist ein spezieller Sensor, der in Gas-Chromatographen verwendet wird. Wie
dem Fachmann im Bereich Gas-Chromatographie bekannt ist, ist das
vom FID erzeugte Signal extrem empfindlich gegen Interferenzen,
und das FID-Signal kann leicht durch Verluststrom und andere Signale gestört werden.
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In der elektrischen Durchführungsbaugruppe nach
dem bekannten Stand der Technik, die in 2 dargestellt ist, wird das FID-Signal
durch das verlustarme Koaxialkabel 20 übertragen. Das FID-Signal ist
jedoch so empfindlich, dass eine Bewegung des Kabels 20 Mikrophongeräuscheffekte
zuführen kann,
welche die Leistung des Gas-Chromatograph-Analysegeräts nachteilig
beeinflussen. Die vorliegende Erfindung hat die Verwendung des verlustarmen
Koaxialkabels abgeschafft und ermöglicht ein Halten des FID-Signalpfads
ohne Bewegung, wobei die auf Bewegung zurückzuführenden Rauscheffekte im FID-Signal
effektiv eliminiert werden.
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Wie in 4 zu
sehen, umfasst die Schalenhälfte 120 die
Aussparungen 134 und 136. Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, umfasst
die Wechselstrom-Leiterplatte 102 ein Anschlussstück 138 an
einem Ende und ein Anschlussstück 140 an
ihrem anderen Ende. Wie des Weiteren aus 4 ersichtlich ist, umfasst die Gleichstrom-Leiterplatte
zwei Anschlussstücke 142 an
einem Ende und zwei Koaxialverbinder 144 und zwei steckbare
Anschlussstücke 146 an
ihrem anderen Ende.
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Wie in 4 gezeigt,
weist jede Schalenhälfte 120, 122 eine
erhöhte
Kante 148 an ihrer Außenseite
und den damit verbundenen Seiten auf. Wenn eine Baugruppe 100 zusammengesetzt
und in den Ofen 14 und das Elektronikgehäuse 16 eingesetzt wird,
stößt die erhöhte Kante 148 an
die oberste innere Oberfläche
des Ofens 14. Wie ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, umfasst jede Schalenhälfte einen
Schlitz 150 in ihrer Außenseite und den damit verbundenen
Seiten. Wenn die Baugruppe 100 zusammengesetzt und in den
Ofen 14 und das Elektronikgehäuse 16 eingesetzt
wird, stößt der Schlitz 150 an
die oberste äußere Oberfläche des
Ofens 14. Eine nicht gezeigte Haltevorrichtung gleitet
in den Schlitz 150, um die Baugruppe 100 gegen
die oberste äußere Oberfläche des
Ofens zu halten. Die Schalenhälfte 120 umfasst
des Weiteren eine Erdungsklemme 152.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Vorderansicht der Baugruppe 100 gezeigt.
Nach dem Zusammenbau ragen das Anschlussstück 140 auf der Wechselstrom-Leiterplatte 102 und
die zwei Koaxialverbinder 144 und die zwei steckbaren Anschlussstücke 146 auf
der Gleichstrom-Leiterplatte 104 sowie die Erdungsklemme 152 über die
Baugruppe 100 hinaus. Wie unter Bezugnahme auf 3 ersichtlich ist, ermöglichen
die Anschlussstücke 140, 144 und 146 die
Herstellung von elektrischen Verbindungen zu den Leiterplatten 102 und 104 im
Elektronikgehäuse 16;
und die Erdungsklemme 152 ermöglicht das Befestigen einer
Erdleitung an der Baugruppe 100 im Elektronikgehäuse 16. Nach
dem Zusammenbau befinden sich das Anschlussstück 138 auf der Wechselstrom-Leiterplatte 102 und
die zwei Anschlussstücke 142 auf
der Gleichstrom-Leiterplatte 104 jeweils in Abgleich mit den
Aussparungen 134 und 136. Wie unter Bezugnahme
auf 3 ersichtlich ist,
ermöglichen
die Aussparungen die Herstellung von elektrischen Verbindungen zu
diesen Leiterplatten, wenn die Baugruppe 100 im Ofen 14 positioniert
wird.
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Wie in 4 und 5 gezeigt sind am ofenseitigen
Ende der Leiterplatten 102 und 104 Anschlussstücke vorhanden.
Jeder elektrische Kontakt ist direkt in der Leiterplatte verlötet in einer
Weise, die dem Fachmann für
die Herstellung von Leiterplatten vertraut ist. Um jedoch am ofenseitigen
Ende der Leiterplatten 102 und 104 Festigkeit
bereitzustellen, sind die Stellen besonders konstruiert, an denen
die Anschlussstücke
auf die Leiterplatte gelötet
werden sollen und die als Anschlussflächen bekannt sind. Die Anschlussflächen sind
verkupferte Durchgangslöcher,
die übermetallisiert
und überdimensioniert sind,
um fast wie ein Niet durch das Leiterplattenmaterial zu agieren.
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Ein Querschnitt durch eine solche
Anschlussfläche 200 ist
in 6 gezeigt. Jede der
Leiterplatten 102 und 104 besteht aus Kupferschichten 202,
die durch Polyimid-Prepregschichten 204 getrennt sind.
Wie dem Fachmann für
die Herstellung von Leiterplatten bekannt ist, weist die Leiterplatte eine
oder mehrere durch sie hindurchführende Öffnungen
an jeder Position auf, an der ein Anschlussstück auf die Leiterplatte gelötet werden
soll.
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Jede der Kupferschichten der Leiterplatte weist
einen Kupferkreis, das heißt,
einen Kupferringwulst an der Stelle auf, an der die Öffnung durch
die Schicht führt.
Der Durchmesser des Kupferkreises wird durch den unter IPC-D-275
bekannten IPC-Standard spezifiziert und hängt von Faktoren ab, wie beispielsweise
der Lochgröße und wieviel
Kupfer mit dem Kreis verbunden ist. Der Kupferkreis mit der darin
befindlichen Öffnung
ist auch als Anschlussfläche
bekannt.
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Wie ebenfalls bekannt ist, ist Kupfer
ein guter Wärmeleiter,
und ohne Wärmeentlastung
würden
die Kupferkreise während
des Lötverfahrens
Wärme abziehen,
wodurch es schwierig wäre,
das Anschlussstück
auf die Leiterplatte zu löten.
Daher gibt der IPC-Standard IPC-D=275
auch an, dass für
die Kupferkreise eine Wärmeentlastung
bereitgestellt werden soll. Diese Wärmeentlastung ist auf Leiterplatten des
bekannten Stands der Technik bereitgestellt, indem die Anschlussflächen aus
unterbrochenem Kupfer hergestellt wurden. Diese Anschlussflächen sind als "Wagenräder" bekannt wegen der
Speichen, die dazu verwendet werden, den Wärmeabzug während des Lötverfahrens zu reduzieren,
der eintreten würde,
wenn die Anschlussflächen
nach dem bekannten Stand der Technik durchgehend aus Kupfer hergestellt
wären.
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Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Techniken,
die zum Implementieren von Anschlussflächen in Leiterplatten nach
dem bekannten Stand der Technik verwendet werden, weisen die Kupferschichten
der Leiterplatten 102, 104, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, keine Wärmeentlastung für die Anschlussstück-Anschlussflächen auf
jeder leitenden Schicht auf, die durch den Standard IPC-D-275 spezifiziert
ist. Außerdem
weisen die Leiterplatten 102, 104 überdimensionierte
Kupferkreise für
die Anschlussstück-Anschlussflächen auf, die
einen größeren Durchmesser
aufweisen als durch den Standard IPC-D-275 spezifiziert. Des Weiteren
sind die Öffnungen
der Anschlussfläche 200 bis zu
einer vorbestimmten Dicke mit Kupfer ausgekleidet, und die Auskleidung
stellt für
jede Kupfer-Ringwulst um die Öffnung
einen mechanischen Kontakt von einer leitenden Schicht zur nächsten leitenden Schicht
her. Außerdem
sind alle Kupferfolienschichten auf den Leiterplatten 102, 104 dicker
als diejenigen, die üblicherweise
für Leiterplatten
verwendet werden.
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Bei der Verwendung einer Anschlussfläche, die
aus massivem durchgehenden Kupfer hergestellt ist, das mit jeder
Kupferfolienschicht in der Leiterplatte verbunden ist, stellte sich
heraus, dass sie dem ofenseitigen Ende der Leiterplatten 102 und 104 eine "Niet-ähnliche" Festigkeit verleiht.
In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hatte die Anschlussfläche eine Dicke von etwa 1,27·10–4 m
(fünf (5)
Milli-Inch) und die leitenden Spuren auf den Leiterplatten bestanden
aus drei (3) Unzen, ca. 85 Gramm, Kupfer.
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Es versteht sich, dass die Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform(en)
der vorliegenden Erfindung nur veranschaulichend, aber nicht erschöpfend sein
soll. Der Durchschnittsfachmann wird in der Lage sein, gewisse Erweiterungen,
Weglassungen und/oder Änderungen
an den Ausführungsformen
des offenbarten Gegenstands vorzunehmen, ohne vom Gedanken oder
Umfang der Erfindung, wie dies in den Ansprüchen im Anhang definiert ist,
abzuweichen.