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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen optischen Brandmelder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Montage des optischen Brandmelders.
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Brandmeldeanlagen dienen zur automatischen Brandfrüherkennung, um Personen auf eine Gefahrensituation aufmerksam machen zu können. Bekannt sind optische Brandmeldeanlagen, welche den Rauch mittels des Streulichtprinzips detektieren. Z. B. beschreibt die
WO 01/78031 A1 , welche wohl den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, einen Feuermelder mit einer Platine, einem optischen Sender und Empfänger, wobei der optische Sender und Empfänger auf der Platine montiert sind. Der optische Sender und Empfänger sind derart zueinander angeordnet, dass das vom Sender ausgesandten Lichts an Rauchpartikeln gestreut und auf diese Weise an den Empfänger geleitet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird ein optischer Rauchmelder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 offenbart. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft somit einen optischen Brandmelder mit mindestens oder genau einem Lichtemitter und mindestens oder genau einen das Streulicht des Lichtemitters empfangenden Lichtempfänger. Der Lichtemitter sendet ein Messlicht in einen Messraum. Das Messlicht wird in dem Messraum an potenziellen Rauchpartikeln abgelenkt und als Streulicht zum Lichtempfänger gestreut. Durch das vom Lichtempfänger empfangene Streulicht kann auf einen Brand geschlossen werden und als Folge ein Alarmsignal zur Meldung des Brands ausgegeben werden.
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Vorzugsweise ist der Lichtemitter als eine LED, insbesondere als eine Infrarotdiode ausgebildet. Der Lichtempfänger ist als ein Sensor, insbesondere als eine Fotodiode, zur Messung des Streulichts ausgebildet. Der Lichtemitter und der Lichtempfänger sind vorzugsweise so angeordnet, dass sich der Messraum in einer optischen Kammer des optischen Brandmelders, insbesondere in einem Labyrinth, befindet oder der Messraum frei in der Umgebung des Brandmelders angeordnet ist.
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Der optische Brandmelder umfasst eine Leiterplatte, wobei der Lichtemitter und der Lichtempfänger jeweils auf einem Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte angeordnet sind. Insbesondere sind die Leiterplattenabschnitte als ein Teilbereich der Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte und die zwei Leiterplattenabschnitte sind insbesondere aus einem gemeinsamen Leiterplattenhalbzeug gefertigt. Die Leiterplatte, auch bekannt als printed circuit board, weist Leiterbahnen für elektrisch leitende Verbindungen zur unmittelbaren oder mittelbaren Ankopplung des Lichtemitters und des Lichtempfängers auf.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens einer der zwei Leiterplattenabschnitte oder beide in einer gewinkelten Position gewinkelt zu einer Flächenerstreckung der Leiterplatte angeordnet sind. Durch den mindestens einen Leiterplattenabschnitt in der gewinkelten Position sind der Lichtemitter und der Lichtempfänger derart zueinander angeordnet, dass das Messlicht des Lichtemitters in den Messraum ausgesandt, an potenziellen Rauchpartikeln gestreut und als Streulicht auf den Lichtempfänger auftrifft, ohne dass das ausgesandte Messlicht den Lichtempfänger auf direktem Wege erreicht.
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Der mindestens eine gewinkelte Leiterplattenabschnitt ermöglicht auf einfache und präzise Weise eine Positionierung von Lichtemitter und Lichtempfänger zueinander, so dass eine Streuung des Messlichts an Rauchpartikeln und ein Auftreffen des gestreuten Streulichts auf den Lichtempfänger zuverlässig umgesetzt ist. Fertigungstechnisch betrachtet können durch den gewinkelten Leiterplattenabschnitt aufwendige, zusätzliche Halteelemente, welche den Lichtemitter und/oder den Lichtempfänger in der gewünschten Winkelposition halten, vermieden werden.
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Besonders bevorzugt sind der Lichtemitter und/oder der Lichtempfänger jeweils als ein SMD-Bauelement ausgebildet. Die SMD-Bauelement sind auf die Leiterplattenabschnitte mittels der sogenannten Surface Mounted Technology zu montieren. Hierbei wird ausgenutzt, dass in der Fertigung die Leiterplatte und insbesondere die Leiterplattenabschnitte in einer Ebene liegen und automatisiert bestückt werden können und der mindestens eine Leiterplattenabschnitt erst nach der Bestückung in die gewinkelte Position überführt wird. Somit ist ein automatisierter Bestückungsprozess realisiert, welcher zu einer Kostenreduktion und einer Qualitätssteigerung im Fertigungsprozess führt.
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Insbesondere ist der mindestens eine gewinkelte Leiterplattenabschnitt von einer ebenen Position in die gewinkelte Position geschwenkt. In der ebenen Position bilden vorzugsweise eine Oberseite des mindestens einen Leiterplattenabschnitts, auf der der Lichtemitter bzw. der Lichtempfänger angeordnet sind, und eine Oberseite der Leiterplatte als die Flächenerstreckung eine gemeinsame ebene Oberseite. Vorzugsweise ist für die Schwenkung des Leiterplattenabschnitts in die gewinkelte Position der mindestens eine Leiterplattenabschnitt mittels Ausnehmungen bereichsweise von der Leiterplatte getrennt. Die Ausnehmungen formen die Kontur des mindestens einen Leiterplattenabschnitts in der Leiterplatte aus und können z. B. über ein Fräs- oder Ätzverfahren in der Leiterplatte eingearbeitet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Leiterplattenabschnitt einen geschwächten Leiterplattenbereich auf. Der geschwächte Leiterplattenbereich bildet ein Verbindungsglied von dem Leiterplattenabschnitt zu der Leiterplatte. Vorzugsweise ist der Leiterplattenabschnitt mit der Leiterplatte über den geschwächten Leiterplattenbereich einstückig verbunden. Durch den geschwächten Leiterplattenbereich kann der mindestens eine Leiterplattenabschnitt auf einfache Weise von der ebenen in die gewinkelte Position geschwenkt werden. Beispielsweise ist der geschwächte Leiterplattenbereich selbsthaltend ausgebildet, so dass eine ungewollte Winkelverstellung des Leiterplattenabschnitts vermieden wird. Vorzugsweise bildet der geschwächte Leiterplattenbereich eine Soll-Biegestelle, um die der Leiterplattenabschnitt in die gewinkelte Position geschwenkt werden kann. Vom konstruktiven Aufbau ist bevorzugt, dass der geschwächte Leiterplattenbereich dünner als die Leiterplatte und/oder die Leiterplattenabschnitte ausgebildet ist. Folglich muss für die Schwenkung des Leiterplattenabschnitts in die gewinkelte Position lediglich eine geringe mechanische Arbeit verrichtet werden. Z. B. wird im Fertigungsprozess der Leiterplatte der geschwächte Leiterplattenbereich dünner als die Leiterplatte und/oder die Leiterplattenabschnitte ausgebildet. Alternativ kann der geschwächte Leiterplattenbereich nachträglich mittels eines abtragenden Verfahrens verjüngt werden. Beispielsweise sind die Leiterplatte und die Leiterplattenabschnitte mit den geschwächten Leiterplattenbereichen z. B. aus einem FR4 Material ausgebildet. Bevorzugt verlaufen Leiterbahnen für elektrisch leitende Verbindungen zur Ankopplung des Lichtemitters und bzw. des Lichtempfängers über oder durch den geschwächten Leiterplattenbereich.
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In einer alternativen Ausführungsform weist der optische Brandmelder eine flexible Leiterplattenverbindung auf, wobei die flexible Leiterplattenverbindung die Leiterplatte und mindestens einen der zwei Leiterplattenabschnitte verbindet. Die flexible Leiterplattenverbindung ist als separates Bauteil zu der Leiterplatte und der zwei Leiterplattenabschnitte ausgebildet. Die flexible Leiterplattenverbindung zeichnet sich durch ihre Biegsamkeit aus, so dass eine gute Beweglichkeit des Leiterplattenabschnitts zur Leiterplatte erreicht wird. Die flexible Leiterplattenverbindung ist als eine flexible Leiterplatte – auch Flex – PCB genannt – ausgebildet und ist z. B. auf der Leiterplatte angeordnet. Vorzugsweise ist diese auf der Leiterplatte auflaminiert. Jedoch ist es besonders bevorzugt, dass die flexible Leiterplattenverbindung zwischen der Leiterplatte mit den zwei Leiterplattenabschnitten und einer weiteren durchgängigen Leiterplatte angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei der flexiblen Leiterplattenverbindung um eine Polyimid-Folie, z.B. eine Kaptonfolie. Vorzugsweise erstreckt sich die flexible Leiterplattenverbindung über die gesamte Flächenerstreckung der einen bzw. der zwei Leiterplatten, wobei die eine Leiterplatte mit den zwei Leiterplattenabschnitten eine Aussparung im Schwenkbereich zur Schwenkung des mindestens einen Leiterplattenabschnitts aufweist. Die flexible Leiterplattenverbindung ermöglicht durch die mechanische Flexibilität auch in der gewinkelten Position eine zuverlässige elektrische Verbindung von dem Leiterplattenabschnitt zur Leiterplatte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der optische Brandmelder einen Gehäuseabschnitt mit mindestens einer Positioniereinrichtung auf, wobei der mindestens eine Leiterplattenabschnitt auf der Positioniereinrichtung formschlüssig aufliegt. Der Gehäuseabschnitt bildet eine Auflagefläche der Leiterplatte und ist z. B. an einer Decke eines Raumes anordbar. Die Positioniereinrichtung ist beispielsweise als Rampe für den Leiterplattenabschnitt ausgebildet, wobei die Rampe dem Winkel des gewinkelten Leiterplattenabschnitts entspricht. Somit begrenzt die Positioniereinrichtung den Leiterplattenabschnitt in der gewinkelten Position. Die mindestens eine Positioniereinrichtung kann beispielsweise Rasthaken aufweisen, welche den Leiterplattenabschnitt in der gewinkelten Position umgreift. Die mindestens eine Positioniereinrichtung haltert und sichert in diesem Fall den Leiterplattenabschnitt auf präzise Weise.
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Besonders bevorzugt weist der Gehäuseabschnitt eine Arretiereinrichtung auf, in der die Leiterplatte fixiert ist. Die Arretiereinrichtung kann beispielsweise als eine Mehrzahl an Rasthaken ausgebildet sein, welche die Leiterplatte umgreifen und diese somit verliersicher halten. Vorzugsweise wird bei der Fixierung der Leiterplatte an dem Gehäuseabschnitt der mindestens eine Leiterplattenabschnitt durch die Positioniereinrichtung von der ebenen Position in die gewinkelte Position überführt. Die Positioniereinrichtung bewegt bei Aufbringen der Leiterplatte auf den Gehäuseabschnitt den mindestens einen Leiterplattenabschnitt in die gewinkelte Position. Auf diese Weise kann der Leiterplattenabschnitt werkzeugfrei in die gewinkelte Position überführt werden.
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Prinzipiell ist es möglich, dass die Positioniereinrichtung und die Arretiereinrichtung als separate Bauteile ausgebildet sind. Vom konstruktiven Aufbau ist es jedoch bevorzugt, dass die mindestens eine Positioniereinrichtung und die Arretiereinrichtung mit dem Gehäuseabschnitt einstückig verbunden sind. Durch die einteilige Ausbildung liegt eine Reduzierung der Einzelteile und somit ein geringerer Montageaufwand vor. Der Gehäuseabschnitt kann beispielsweise als Spritzgussteil ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften konstruktiven Ausbildung der Erfindung sind beide Leiterplattenabschnitte in gewinkelten Positionen gewinkelt zu der Flächenerstreckung der Leiterplatte angeordnet. Dabei sind vorzugsweise zwei Positioniereinrichtungen vorgesehen, welche die Leiterplattenabschnitte in der gewinkelten Position begrenzen. Die zwei gewinkelten Leiterplattenabschnitte ermöglichen eine kompakte Bauform des optischen Brandmelders. Besonders bevorzugt sind die Leiterplattenabschnitte im gleichen Winkel zu der Flächenerstreckung der Leiterplatte angeordnet. Der Winkel ist zwischen der Oberseite des mindestens einen Leiterplattenabschnitts, auf dem der Lichtemitter bzw. der Lichtempfänger angeordnet ist, und der Oberseite der Leiterplatte angeordnet und liegt vorzugsweise zwischen 100 bis 120°. Der Winkel zwischen 100 bis 120° bildet einen Streulichtwinkel zwischen 30 und 50°. Dieser Streulichtwinkelbereich gewährleistet eine zuverlässige Streuung des Messlichts von dem Lichtemitter über die potenziellen Rauchpartikel weiter als Streulicht auf den Lichtempfänger.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der optische Brandmelder mindestens ein optisches Element, welche dem Lichtemitter und/oder dem Lichtempfänger vorgeschaltet ist. Das optische Element ist vorzugsweise als Linse oder Prisma ausgebildet, welche das Licht in eine Vorzugsrichtung bündelt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage des optischen Brandmelders nach der vorhergehenden Beschreibung, wobei zunächst die Leiterplattenabschnitte mit dem Lichtemitter und dem Lichtempfänger bestückt werden, wobei die Leiterplattenabschnitte in einer ebenen Position in einer gemeinsamen Ebene mit der Leiterplatte angeordnet sind. Die Bestückung erfolgt z. B. mittels der Surface Mounted Technology. In einem nachfolgenden Schritt wird der mindestens eine Leiterplattenabschnitt in die gewinkelte Position überführt.
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Die Überführung kann als ein separater Schritt erfolgen oder zugleich mit dem Aufbringen der Leiterplatte auf den Gehäuseabschnitt Insbesondere weist der Gehäuseabschnitt die mindestens eine Positioniereinrichtung auf, welche den mindestens einen Leiterplattenabschnitt beim Aufbringen der Leiterplatte auf den Gehäuseabschnitt von der ebenen in die gewinkelte Position überführt.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Leiterplattenabschnitt in der ebenen Position mit der Leiterplatte über mindestens einen Fixierungsabschnitt fixiert. Der mindestens eine Fixierungsabschnitt ist z. B. als Fixierungsbrücke ausgebildet, welche sich von dem Leiterplattenabschnitt über die Ausnehmungen, die den Leiterplattenabschnitt in der Leiterplatte ausformen, zur Leiterplatte erstreckt. Der mindestens eine Fixierungsabschnitt ist derart ausgebildet, dass dieser bei der oder zur Überführung des mindestens einen Leiterplattenabschnitts von der ebenen in die gewinkelte Position getrennt wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 in zweidimensionaler Darstellung einen optischen Brandmelder als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 in dreidimensionaler Darstellung eine Leiterplatte aus 1 mit einem Leiterplattenabschnitt in einer ebenen Position;
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3 in dreidimensionaler Darstellung die Leiterplatte aus 1 mit dem Leiterplattenabschnitt in einer gewinkelten Position.
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1 zeigt einen optischen Brandmelder 1 zur automatischen Erkennung eines Brands in einem Gebäude oder einer ähnlichen Einrichtung. Der optische Brandmelder 1 umfasst einen Gehäuseabschnitt 2 und eine Leiterplatte 3, wobei die Leiterplatte 3 auf dem Gehäuseabschnitt 2 angeordnet ist. Der Gehäuseabschnitt 2 weist eine Arretiereinrichtung 4 auf, welche als Rasthaken ausgebildet sind. Die Rasthaken umgreifen die Leiterplatte 3, so dass die Leiterplatte 3 verliersicher in dem Gehäuseabschnitt 2 gehalten ist.
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Die Leiterplatte 3 weist zwei Leiterplattenabschnitte 5 auf, welche gewinkelt zu einer Flächenerstreckung F der Leiterplatte 3 angeordnet sind. Die zwei Leiterplattenabschnitte 5 sind jeweils durch Ausnehmungen 6, welche in 2 dargestellt sind, aus der Leiterplatte 3 ausgeformt. Die zwei Leiterplattenabschnitte 5 weisen jeweils einen geschwächten Leiterplattenbereich 7 auf, welcher den jeweiligen Leiterplattenabschnitt 5 mit der Leiterplatte 3 einstückig verbindet. Der geschwächte Leiterplattenbereich 7 dient zur Schwenkung der Leiterplattenabschnitte 5 von einer ebenen Position, wie in 2 dargestellt, in eine gewinkelte Position, wie in 3 dargestellt. Der geschwächte Leiterplattenbereich 7 ist verjüngt zu der Leiterplatte 3 und den zwei Leiterplattenabschnitten 5 ausgebildet, wobei die Verjüngung z. B. mittels eines abtragenden Verfahrens erfolgt. Der geschwächte Leiterplattenbereich 7 umfasst elektrisch leitende Verbindungen von der Leiterplatte 3 zu den Leiterplattenabschnitten 5 und erlaubt eine Biegung ohne hohen Kraftaufwand.
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Der optische Brandmelder 1 weist einen Lichtemitter 8 und einen Lichtempfänger 9 auf, welche als SMD-Bauteile ausgebildet sind. Der Lichtemitter 8 und der Lichtempfänger 9 sind auf einem der zwei Leiterplattenabschnitte 5 angeordnet. Durch die gewinkelten Leiterplattenabschnitte 5 sind der Lichtemitter 8 und der Lichtempfänger 9 derart zueinander gerichtet, so dass eine optische Achse A des Lichtemitters 8 und eine optische Achse A des Lichtempfängers 9 einen Streulichtwinkel α bilden. Die optische Achse A des Lichtemitters 8 ist durch das ausgesandte Messlicht und die optische Achse A des Lichtempfängers 9 durch die Empfangscharakteristik des Lichtempfängers 9 definiert. Das ausgesandte Messlicht wird ggf. an Rauchpartikeln gestreut und auf diese Weise als Streulicht zum Lichtempfänger 9 übertragen.
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Die Leiterplattenabschnitte 5 sind formschlüssig mit zwei Positioniereinrichtungen 10 verbunden. Die zwei Positioniereinrichtungen 10 sind als Rampen ausgebildet und legen den Winkel β fest, welcher sich zwischen der Oberseite des gewinkelten Leiterplattenabschnitts 5, auf der der Lichtemitter 8 bzw. der Lichtempfänger 9 angeordnet ist, und der Flächenerstreckung F der Leiterplatte 3 erstreckt. Die Positioniereinrichtungen 10 justieren bei Anordnung der Leiterplatte 3 auf den Gehäuseabschnitt 2 die Leiterplattenabschnitte 5 von der ebenen Position in die gewünschte gewinkelte Position mit dem Winkel β. Durch die Positioniereinrichtungen 10 sind die Leiterplattenabschnitte 5 präzise zueinander ausgerichtet.
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Die Leiterplattenabschnitte 5 sind im gleichen Winkel β angeordnet, welcher z. B. zwischen 100 und 120° liegt, um einen Streulichtwinkel α zwischen 30 und 50° zu erreichen. Es kann ebenso vorgesehen sein, die Leiterplattenabschnitte 5 in unterschiedlichen Winkeln β anzuordnen, derart, dass der Streulichtwinkel α zwischen 30 und 50° liegt. Der Streulichtwinkelbereich 30 bis 50° gewährleistet die Streuung des Messlichts zum Lichtempfänger 9.
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Die Leiterplattenabschnitte 5 sind spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Jedoch ist es ebenfalls möglich, dass die Leiterplattenabschnitte 5 asymmetrisch mit dem gleichen Winkel β oder ungleichen Winkel β zueinander angeordnet sind.
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2 zeigt die Leiterplatte 3 mit einem der Leiterplattenabschnitte 5 in der ebenen Position. Die Leiterplatte 3 ist mit den Ausnehmungen 6 versehen, welche die Kontur des Leiterplattenabschnitts 5 bilden. Der Leiterplattenabschnitt 5 ist mit der Leiterplatte 3 über einen geschwächten Leiterplattenbereich 7 einstückig verbunden. Fixierungsabschnitte 11 fixieren den Leiterplattenabschnitt 5 an der Leiterplatte 3. Die Fixierungsabschnitte 11 sind jeweils als eine Fixierungsbrücke ausgebildet, so dass in der ebenen Position eine zuverlässige und präzise Bestückung des Leiterplattenabschnitts 5 mit dem Lichtemitter 8 bzw. dem Lichtempfänger 9 gesichert ist. Bei Überführung des Leiterplattenabschnitts 5 von der ebenen in die gewinkelte Position werden die Fixierungsabschnitte 11 getrennt und der Leiterplattenabschnitt 5 ist lediglich über den geschwächten Leiterplattenbereich 7 mit der Leiterplatte 3 verbunden.
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3 zeigt die Leiterplatte 3 mit einem der Leiterplattenabschnitte 5 in der gewinkelten Position. Der Leiterplattenabschnitt 5 ist über eine Schwenkachse S in die gewinkelte Position geschwenkt. Ermöglicht wird dies durch den geschwächten Leiterplattenbereich 7, welcher dünner im Vergleich zur Leiterplatte 3 und dem weiteren Bereich des Leiterplattenabschnitts 5 ausgebildet ist und auf diese Weise eine Soll-Biegestelle bildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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