EP2954539B1 - Verfahren zur herstellung eines leadframes mit einen federelement als schaltersicherungsanordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines leadframes mit einen federelement als schaltersicherungsanordnung Download PDF

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EP2954539B1
EP2954539B1 EP14703569.5A EP14703569A EP2954539B1 EP 2954539 B1 EP2954539 B1 EP 2954539B1 EP 14703569 A EP14703569 A EP 14703569A EP 2954539 B1 EP2954539 B1 EP 2954539B1
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sheet
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Steffen PFÖRTNER
Christian Birkholz
Andrei Siegel
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a leadframe.
  • a reduced component insulation strength of a damaged electrical component leads to an increased power conversion, which in turn can cause an inadmissible heating. Such heating can lead to considerable risks to the immediate environment, in particular to the formation of flue gases or to a fire hazard.
  • thermosensitive devices for damaged overvoltage protection components, eg from the DE 42 41 311 A1 , known in which the component to be monitored via a contact element, ie indirectly, thermosensitive is connected.
  • the thermosensitive connection is generally via a solder joint.
  • the contact element is mounted biased or on the contact element acts a force of a second biased element, such as a spring. Exceeds the spring force, the holding force of the thermosensitive pad, eg solder joint, opens the contact and the monitored component is turned off.
  • the invention is based on the object to provide a cost-effective method with which different arrangements can be made, which allow a safe thermal shutdown especially in a small space.
  • the object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1 for producing a leadframe for an electrical component, wherein the leadframe has an integrated thermal switching device.
  • the method comprises a step of forming a spring member from parts of a pre-punched sheet, a step of forming a holding member from parts of the pre-punched sheet, a step of forming clamping contacts from parts of the pre-punched sheet, a step of folding at least another part of the pre-punched sheet in that parts of the prepunched sheet are stacked, and a step of connecting the stacked parts by means of a thermally softenable means, wherein an electrical connection of the stacked parts is made, on.
  • the method further comprises the step of inserting an electrical component.
  • the method further comprises the step of separating parts of the pre-cut sheet metal.
  • the pre-punching of the sheet is also provided.
  • the step of connecting the superimposed parts by means of a thermally softenable agent, soldering or gluing on.
  • the method further comprises the step of folding a further part of the sheet, so that this further part is arranged over the connected superimposed parts of the sheet and spaced therefrom.
  • a second embodiment variant can be produced inexpensively without requiring a completely new design.
  • FIG. 1 a raw form of a leadframe 1 is shown in plan view according to a first preferred embodiment of the invention as a sheet B. This differs from a second preferred embodiment of the invention, which in FIG. 5 is shown, only by the fact that here another metal strip KB is present. This sheet metal strip KB may already be missing from the raw form or else be separated off in one of the steps of the method.
  • the raw form of the leadframe 1 has a substantially planar structure and has pre-punched areas, which are subsequently processed by forming.
  • a spring element FE can be formed in a first processing step.
  • the metal strip FE is made FIG. 1 formed by forming in a bracket, as in FIG. 2b shown in side view.
  • the part of the sheet which forms the holding element HE, marked with a hatching from bottom left to top right.
  • the forms in FIG. 1 right widening of the sheet metal part of a nose.
  • the sheet metal part FE is brought by bending in a U-shape.
  • a holding element HE is formed. This is reshaped so that a receptacle is formed, so that the spring element FE can be held here later.
  • a holding element HE is formed on the metal strip in FIG. 1 Protrusions designed in the direction of the spring element, which now holds after deformation at a latching of the spring element FE this now releasably.
  • the sheet metal part HE is brought by bending in a U-shape.
  • the spring element FE can now be activated by introducing the nose formed on the spring element FE into the holding element HE.
  • one or more terminal contacts KK can also be formed from parts of the pre-cut sheet B.
  • the part of the sheet which forms a clamping contact KK is marked with hatching from bottom right to top left.
  • FIG. 1 shown part bent upwards as in FIG. 2b seen.
  • connection point should be able to be triggered thermally so that a thermally softenable agent L, for example a suitable adhesive or a suitable solder, can be used as connecting means.
  • a thermally softenable agent L for example a suitable adhesive or a suitable solder
  • the thermally softenable agent L is exemplified as a black filled ellipse.
  • This prefabricated leadframe 1 can now be equipped with a suitable component in a further processing step.
  • exemplary electrical components are thermally sensitive components, in particular (metal oxide) varistors or suppressor diodes or spark gaps or gas-filled surge arresters or resistors.
  • the equipment can e.g. have a pressing in molded as cutting contacts contact elements KK.
  • other joining techniques especially soldering techniques, are equally usable.
  • a further processing step according to the invention is now, as in a side view in FIG. 4b and supervision in FIG. 4a shown, at least part of the pre-cut sheet B separated.
  • the retaining strip HS 1 is off Figure 1 to 3b in FIGS. 4a and 4b removed, since this is no longer needed by the connection made of retaining element HE and contact strip KK.
  • the holding strip HS 2 is off Figure 1 to 3b in FIGS. 3a and 3b removed, since now the contact elements KK are connected via the assembled electrical component EB.
  • the in the Figures 1 to 4b differs from the embodiment of FIGS. 5 and 6 in that a further sheet metal strip KB is provided. While in the FIGS. 5 and 6 an arrangement is shown, which acts as a normally closed in a thermal softening of the connection L and thus interrupts a current flow through the electrical component EB, is in the embodiment of the Figures 1 to 4b provided that a short circuit is generated.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leadframes.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Überbeanspruchung von elektrischen Bauelementen dazu führen kann, dass die elektrischen Bauelemente außerhalb des Nennbetriebsbereiches arbeiten. Beispielhaft sei auf die EP 2 511 815 A1 verwiesen.
  • Z.B. führt eine reduzierte Bauteilisolationsfestigkeit eines geschädigten elektrischen Bauelementes zu einem erhöhten Leistungsumsatz, der wiederum eine unzulässige Erwärmung hervorrufen kann. Eine solche Erwärmung kann zu erheblichen Gefahren für die unmittelbare Umgebung, insbesondere zur Entstehung von Rauchgasen oder zu einer Brandgefahr führen.
  • Zur Vermeidung werden unterschiedliche Anordnungen verwendet, die entweder eine Abtrennung, wie z.B. in Figur 7b und 7c gezeigt, oder aber einen gezielten Kurzschluss, wie in Figur 7a gezeigt, vorsehen, um das thermisch gefährdete elektrische Bauteil zu schützen. Die Auslösung der jeweiligen Eigenschaft erfolgt thermisch, z.B. durch ein erweichbares Lot.
  • Aus dem Bereich der gasgefüllten Überspannungsableitern, z.B. aus der DE 10 2010 015 814 A1 , ist bekannt, dass Kurzschlussbügel zur Überführung in einen sicheren Zustand verwendet werden. Das Funktionsprinzip beruht darauf, unter dem federvorgespannten Bügel eine Lotpille oder eine Schmelzkunststofffolie zu platzieren. Die unzulässige Erwärmung des Überspannungsableiters führt zum Schmelzen der untergelegten Materialien, so dass der Bügel die Elektroden des Baukörpers kontaktieren kann.
  • Weiterhin sind thermische Abtrennvorrichtungen für geschädigte Überspannungsschutzbauelemente, z.B. aus der DE 42 41 311 A1 , bekannt, bei denen das zu überwachende Bauteil über ein Kontaktelement, d.h. indirekt, thermosensitiv angebunden wird. Die thermosensitive Anbindung erfolgt im Allgemeinen über eine Lötverbindung. Das Kontaktelement ist vorgespannt montiert oder auf das Kontaktelement wirkt eine Kraft eines zweiten vorgespannten Elementes, z.B. einer Feder. Überschreitet die Federkraft die Haltekraft der thermosensitiven Kontaktstelle, z.B. Lötstelle, öffnet der Kontakt und das überwachte Bauteil wird abgeschaltet.
  • Bisherige Anordnungen waren dadurch gekennzeichnet, dass Sie einen hohen Fertigungsaufwand darstellten und insbesondere eine spezifisch hergestellte Trägerplatine erforderten.
  • Aus der WO 2007 / 082 617 A1 ist ein Leadframe mit verschiedenen Kontaktelementen bekannt.
  • Diese Anordnungen waren daher in der Konzeption als auch in der Produktion vergleichsweise teuer, da sie jeweils eine eigene Fertigung erforderten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, mit dem unterschiedliche Anordnungen hergestellt werden können, die ein sicheres thermisches Abschalten insbesondere auf kleinem Bauraum ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit dem Merkmale von Anspruchs 1 zur Herstellung eines Leadframes für ein elektrisches Bauelement, wobei der Leadframe eine integrierte thermische Schalteinrichtung aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt des Formens eines Federelements aus Teilen eines vorgestanzten Bleches, einen Schritt des Formens eines Halteelementes aus Teilen des vorgestanzten Bleches, einen Schritt des Formens von Klemmkontakten aus Teilen des vorgestanzten Bleches, einen Schritt des Faltens zumindest eines weiteren Teiles des vorgestanzten Bleches, so dass Teile des vorgestanzten Bleches übereinander angeordnet sind, und einen Schritt des Verbindens der übereinander angeordneten Teile mittels eines thermisch erweichbaren Mittels, wobei eine elektrische Verbindung der übereinander angeordneten Teile hergestellt wird, auf.
  • Hierdurch wird es ermöglicht, dass mit einem kostengünstigen Verfahren unterschiedliche Ausführungsvarianten hergestellt werden, die jeweils bei geringen Bauraumanforderungen ein sicheres irreversibles Schalten gewährleisten.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Einfügens eines elektrischen Bauelementes auf.
  • Hierdurch kann eine kostengünstige Gesamtfertigung ermöglicht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Abtrennens von Teilen des vorgestanzten Bleches auf.
  • Hierdurch werden durch die Herstellung obsolete Teile abgetrennt, die zu einer Weiterverwendung, z.B. einer erneuten Herstellung eines Bleches, verwendet werden können.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auch das vorgelagerte Stanzen des Bleches bereitgestellt.
  • Hierdurch lässt sich eine weitere kostengünstige Integration der Fertigung erreichen.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt des Verbindens der übereinander angeordneten Teile mittels eines thermisch erweichbaren Mittels, löten oder kleben auf.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Faltens eines weiteren Teils des Bleches auf, so dass dieses weitere Teil über den verbunden übereinander angeordneten Teilen des Bleches und beabstandet von diesen angeordnet ist.
  • Hierdurch kann kostengünstig eine zweite Ausführungsvariante hergestellt werden, ohne dass eines komplett neuen Designs bedarf.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigen
  • Fig. 1
    eine Rohform eines Leadframes in Aufsicht gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 2a und 2b
    einen Leadframe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach einem Arbeitsschritt gemäß der Erfindung in Aufsicht und seitlicher Ansicht,
    Fig. 3a und 3b
    einen Leadframe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach einem anderen Arbeitsschritt gemäß der Erfindung in Aufsicht und seitlicher Ansicht,
    Fig. 4a und 4b
    einen Leadframe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach einem weiteren Arbeitsschritt gemäß der Erfindung in Aufsicht und seitlicher Ansicht,
    Fig. 5
    eine Rohform eines Leadframes in Aufsicht gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 6
    einen Leadframe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Ergebnis von Arbeitsschritten gemäß der Erfindung in Aufsicht,
    Fig. 7a, 7b und 7c
    unterschiedliche Anordnungen von thermischen Schaltelementen zum Schutz von elektrischen Bauelementen.
  • In Figur 1 wird eine Rohform eines Leadframes 1 in Aufsicht gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Blech B gezeigt. Diese unterscheidet sich von einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in Figur 5 gezeigt ist, lediglich dadurch, dass hier ein weiterer Blechstreifen KB vorhanden ist. Dieser Blechstreifen KB kann schon an der Rohform fehlen oder aber in einem der Schritte des Verfahrens zusätzlich abgetrennt werden.
  • Im Folgenden wird daher das Verfahren an Hand von der ersten Ausführungsform dargestellt werden, wobei die in dieser Ausführungsform weiteren Ausführungsschritte im Unterschied zur zweiten Ausführungsform lediglich im Text gekennzeichnet werden.
  • Die Rohform des Leadframes 1 weist eine im Wesentlichen ebene Struktur auf und weist vorgestanzte Bereiche auf, die nachfolgend durch Umformung verarbeitet werden.
  • Beispielsweise kann in einem ersten Verarbeitungsschritt ein Federelement FE geformt werden. Dies ist beispielsweise in Figur 1 und Figur 2a und 2b dargestellt. Dabei wird der Blechstreifen FE aus Figur 1 durch Umformen in einen Bügel geformt, wie in Figur 2b in seitlicher Ansicht gezeigt. Zur besseren Unterscheidung ist der Teil des Bleches, der das Halteelement HE formt, mit einer Schraffur von links unten nach rechts oben gekennzeichnet. Dabei bildet die in Figur 1 rechts angeordnete Verbreiterung des Blechteils eine Nase. Bei der Umformung wird beispielsweise das Blechteil FE durch Biegen in eine U-Form gebracht.
  • Ebenso wird ein Haltelement HE gebildet. Dieses wird so umgeformt, dass eine Aufnahme gebildet wird, so dass das Federelement FE später hier gehalten werden kann. So sind beispielsweise an dem Blechstreifen in Figur 1 Ausstülpungen in Richtung des Federelements ausgebildet, die nun nach Umformung bei einem Einrasten des Federelementes FE dieses nun lösbar hält. Bei der Umformung wird beispielsweise das Blechteil HE durch Biegen in eine U-Form gebracht.
  • In einem weiteren Stadium des Verfahrens kann nun das Federelement FE durch einführen der am Federelement FE gebildeten Nase in das Haltelement HE aktiviert werden.
  • Dies kann zum einen während der weiteren Verarbeitungsschritte erfolgen, wie in Figur 4a und 4b gezeigt, oder erst beim tatsächlichen Einbau eines bestückten Leadframes in einer entsprechenden elektrischen Anlage.
  • Weiterhin kann in einem getrennten oder parallelen Verarbeitungsschritt auch ein oder mehrere Klemmkontakte KK aus Teilen des vorgestanzten Bleches B geformt werden. Zur besseren Unterscheidung ist der Teil des Bleches, der ein Klemmkontakte KK formt, mit einer Schraffur von rechts unten nach links oben gekennzeichnet. Dazu wird z.B. der in Figur 1 gezeigte Teil nach oben gebogen, wie in Figur 2b ersichtlich.
  • In einem anderen Verarbeitungsschritt gemäß der Erfindung wird nun, wie in seitlicher Ansicht in Figur 3b und Aufsicht in Figur 3a gezeigt, zumindest eine weiteres Teil HS1 des vorgestanzten Bleches B gefaltet, so dass Teile HE, KK des vorgestanzten Bleches B übereinander angeordnet sind. Weitere Teile des Bleches werden nach Bedarf mitgefaltet. Durch diese Umformung wird nun das Haltelement HE, wie in seitlicher Ansicht 3b ersichtlich ist, über das an das Kontaktelement KK anschließende Blechelement gebracht. Die nun übereinander angeordneten Teile HS1 und HE, KK des vorgestanzten Bleches B, können nun durch ein geeignetes Verfahren miteinander verbunden werden. Die Verbindungsstelle soll thermisch auslösbar sein, so dass als Verbindungsmittel ein thermisch erweichbares Mittel L, z.B. ein geeigneter Kleber oder ein geeignetes Lot verwendet werden kann. Zur besseren Unterscheidung ist das thermisch erweichbare Mittel L beispielhaft als schwarz ausgefüllte Ellipse gekennzeichnet. Durch die Verbindung wird eine elektrische Verbindung der übereinander angeordneten Teile hergestellt.
  • Dieser nun vorgefertigte Leadframe 1 kann nun in einem weiteren Verarbeitungsschritt mit einem geeigneten Bauelement bestückt werden. Beispielhafte elektrische Bauelemente sind thermisch sensitive Bauelemente, insbesondere (Metalloxid-)Varistoren oder Supressordioden oder Funkenstrecken oder gasgefüllte Überspannungsableiter oder Widerstände. Die Bestückung kann z.B. ein Einpressen in als Schneidkontakte ausgeformte Kontaktelemente KK aufweisen. Andere Verbindungstechniken, insbesondere Löttechniken sind natürlich in gleicher Weise verwendbar.
  • In einem weiteren Verarbeitungsschritt gemäß der Erfindung wird nun, wie in seitlicher Ansicht in Figur 4b und Aufsicht in Figur 4a gezeigt, zumindest ein Teil des vorgestanzten Bleches B abgetrennt. Beispielsweise ist der Haltestreifen HS1 aus Figur 1 bis 3b in Figuren 4a und 4b entfernt, da dieser nun durch die erfolgte Verbindung von Halteelement HE und Kontaktstreifen KK nicht mehr benötigt wird. Weiter beispielsweise ist der Haltestreifen HS2 aus Figur 1 bis 3b in Figuren 3a und 3b entfernt, da nun die Kontaktelemente KK über das bestückte elektrische Bauelement EB verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass lediglich eine Rohform für unterschiedliche Ausformungen des Leadframes gemäß Figur 1 und Figur 5 vorgesehen sind, so dass die Rohform des Leadframes aus Figur 5 durch Abtrennen des Blechteils KB erstellt werden kann. Dies erlaubt eine kostengünstige Großproduktion einer einzigen Rohform, die anschließend einfach in eine andere Ausführungsform überführt werden kann. Die genaue Anordnung der einzelnen Schritte ist dabei an die jeweiligen Prozessgegebenheiten anpassbar, so dass kein zusätzlicher Verarbeitungsschritt notwendig ist, sondern in einen bestehenden Schritt eingefügt werden kann, wodurch die Verarbeitungszeit nicht negativ beeinflusst wird.
  • Insbesondere kann auch ein vollintegrierter Prozessansatz verfolgt werden, der auch die entsprechende Erstellung der Rohformen des Blechs B gemäß den beispielhaften Figuren 1 und 5 durch Stanzen aus einem Blech vorsieht.
  • Die in den Figuren 1 bis 4b gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 5 und 6 dadurch, dass ein weiterer Blechstreifen KB vorgesehen ist. Während in den Figuren 5 und 6 eine Anordnung gezeigt ist, die bei einem thermischen erweichen der Verbindung L als Öffner wirkt und so einen Stromfluss durch das elektrische Bauelement EB unterbricht, ist in der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4b vorgesehen, dass ein Kurzschluss erzeugt wird.
  • Hierzu wird, wie in Figur 4a und 4b gezeigt, in einem weiteren oder integrierten Verarbeitungsschritt ein weitere Teil KB des Bleches B so gefaltet, so dass dieser weitere Teil KB über den verbunden übereinander angeordneten Teilen des Bleches B, insbesondere HE und KK, beabstandet angeordnet ist. Bei einem thermischen Erweichen der Verbindung L wirkt nun das Federelement FE als Schließer in Bezug auf den hierüber angeordneten Streifen KB, sodass ein Stromfluss an dem elektrischen Bauelement EB vorbei geleitet wird.
  • Somit lassen sich mit der Erfindung auf einfach kostengünstige Weise unterschiedliche Schaltungen in Bezug auf thermisch sensitive elektrische Bauelemente realisieren. Insbesondere dadurch, dass der Leadframe auch als direkte thermische Anbindung an das thermisch erweichbare Mittel L fungiert können schnelle Schaltzeiten und eine sichere Anbindung an das elektrische Bauelement EB gewährleistet werden. Da das thermische aktivierbare Schaltelement Bestandteil des Leadframes ist, wird der notwendige Bauraum minimiert. Bezugszeichenliste
    Leadframe 1
    Elektrisches Bauelement EB
    Schalteinrichtung S
    Federelement FE
    Blech B
    Halteelement HE
    Klemmkontakt KK
    Teile eines vorgestanzten Bleches HS1, HS2
    thermisch erweichbares Mittel L

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Leadframes (1) für ein elektrisches Bauelement (EB), wobei der Leadframe (1) eine integrierte thermische Schalteinrichtung (S) aufweist, aufweisend die Schritte
    Formen eines Federelements (FE) aus Teilen eines vorgestanzten Bleches (B),
    Formen eines Halteelementes (HE) aus Teilen des vorgestanzten Bleches (B),
    Formen von Klemmkontakten (KK) aus Teilen des vorgestanzten Bleches (B),
    Falten zumindest eines weiteren Teiles (HS1) des vorgestanzten Bleches, so dass Teile (HE, KK) des vorgestanzten Bleches (B) übereinander angeordnet sind,
    Verbinden der übereinander angeordneten Teile mittels eines thermisch erweichbaren Mittels (L), wobei eine elektrische Verbindung der übereinander angeordneten Teile hergestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend den Schritt des Einfügens eines elektrischen Bauelementes (EB).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend den Schritt des Abtrennens von Teilen (HS1, HS2) des vorgestanzten Bleches (B).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt des Stanzens des Bleches (B) .
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verbindens der übereinander angeordneten Teile mittels eines thermisch erweichbaren Mittels (L), löten oder kleben aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt des Faltens eines weiteren Teils (KB) des Bleches (B), so dass dieses weitere Teil über den verbunden übereinander angeordneten Teilen des Bleches (B) und beabstandet von diesen angeordnet ist.
EP14703569.5A 2013-02-06 2014-02-04 Verfahren zur herstellung eines leadframes mit einen federelement als schaltersicherungsanordnung Active EP2954539B1 (de)

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