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Die Erfindung betrifft mit Antennen ausgestattete Gehäuseschalen für insbesondere mobile Telekommunikationsgeräte.
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Bei im Querschnitt wannenähnlichen Gehäuseschalen, wie sie etwa aus der
DE 10 2009 046 678 A1 bekannt sind, wird die Gehäuseschale jeweils im Kunststoff-Spritzguss mit eingelagerter elektrischer Antenne gefertigt. Dazu wird eine aus einem Blech ausgestanzte geometrische Form als dort so genanntes Antennenmuster auf eine Auflage in der Spritzgussform für die Gehäuseschale aufgebracht und dann vom Material der Gehäuseschale umspritzt. Damit beim Einbringen des Kunststoffes in die Gehäuse-Spritzgussform das Antennenmuster nicht aufschwimmt, sondern in seiner Bestückungslage in der Form verbleibt, ist die Spritzgussform unterhalb der Antennenauflage mit einem Permanentmagneten ausgestattet, der das, zu diesem Zweck ferromagnetische, Antennenmuster – dem Auftrieb entgegen – gegen die Auflage anzieht. Zum Anschluss an eine Leiterplatte im Gehäuse kann am Antennenmuster ein Fortsatz vorgesehen sein, der sich orthogonal zur Hauptebene des Antennenmusters bis zur Innenmantelfläche der Gehäuseschale erstreckt und dort – da in der Mantelflächenebene nicht umgossen – zur Kontaktierung zugänglich ist.
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Zuvor wurde das aus einem Blech ausgestanzte Antennenmuster nicht individuell in der Spritzgussform positioniert und permanentmagnetisch fixiert, sondern auf eine Trägerfolie aufgebracht. Die wurde gemäß
DE 10 2007 043 409 A1 schrittweise durch die Spritzgussform für die Gehäuseschale hindurchgezogen und jeweils auf den Boden der Spritzgussform abgesenkt. Dadurch bildete letztlich die Trägerfolie in der Umgebung des Antennenmusters die Außenhaut der Spritzguss-Gehäuseschale; mit auf der Trägerfolie umgossenem und dadurch in diesen Gehäuse-Wandungsbereich integriertem Antennenmuster.
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Diese Technologie der Integration einer mit dem Antennenmuster bestückten Trägerfolie in einen Wandungsbereich des im Kunststoff-Spritzguss erstellten Gehäuses wurde auch schon in der
GB 2 445 434 A beschrieben. Hier war das Antennenmuster noch nicht zwingend ein vorgefertigtes Blechstanzteil, sondern das Antennenmuster konnte auch auf die Trägerfolie durch eine aufgelegte Form hindurch aufgesputtert oder mittels einer Leitpaste auf die Trägerfolie aufgedruckt sein.
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Solche im Spritzguss mit integriertem Antennenmuster erstellten, wannenförmigen Gehäuseschalen wirken recht klobig, erfüllen jedenfalls nicht die visuellen und haptischen Anforderungen an Gehäuseschalen für extrem flachbauende Geräte. Außerdem ist der Wirkungsgrad derartiger in die Kunststoffgehäuse integrierter bloßer Antennenmuster an sich schon gering und wird infolge elektrischer Bedämpfung völlig unzureichend, wenn das, das Antennenmuster umgebende, Kunststoffgehäuse mit Kohlefasern verstärkt werden sollte, um wesentlich dünnere aber dennoch mechanisch stabile Gehäuseschalen herstellen zu können.
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Bei solchen Gehäuseschalen handelt es sich insbesondere um die Rückwand oder den Batteriedeckel eines Mobiltelefons oder dergleichen batteriebetriebenen mobilen Gerätes. Dessen Gehäuseschale besteht im Wesentlichen aus so genanntem Organoblech, also typischerweise beidseitig thermoplastisch laminiertem Glas- oder Kohlefasergewebe; wobei im Rahmen vorliegender Erfindung der Begriff des Gewebes weit gefasst zu verstehen ist und sich deshalb auch über andersartige mehrlagige dünne Fasermatten, wie etwa Gewirke, Gelege oder auch verfilzte beziehungsweise geflockte Matten, erstreckt.
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Der Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, eine derartige Gehäuseschale mit wenigstens einer leistungsfähigen Antenne auszustatten, ohne den eleganten Eindruck einer insbesondere extrem flachen Formgebung der Gehäuseschale maßgeblich zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird nach vorliegender Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst.
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Zum Herstellen einer derartigen, zumal praktisch völlig ebenen, Gehäuseschale ist ein Halbzeug in Form des Zuschnittes eines thermoplastisch getränkten mehrlagigen Flächengebildes aus vorzugsweise orthogonal zueinander orientierten Glas- oder Kohlefasern in einer Pressform unter Einbringen von Druck und Wärme dreidimensional verformt, insbesondere eingeebnet oder geringfügig konvex verwölbt worden. Die Ränder jenes extrem dünnen, typisch nur etwa 0,5 mm starken Zwischenproduktes wurden beschnitten, und in einer Spritzgussform wurden an dessen thermoplastische Matrix Funktionselemente aus thermoplastischem Material wie Schnapphaken oder Scharnierteile und ein mehr oder weniger kontinuierlich umlaufender Rahmen zum Rohling angespritzt. Dabei kann in diese Spritzgussform hinein auch eine geringfügige Umformung wie ein Plätten des Faserverbundwerkstoffes verlegt sein, um den vorgeschalteten Verfahrensschritt an einer gesonderten Pressform für das Halbzeug zu erübrigen. Sichtseitig ist der Rohling feingeschliffen und dann mehrfach lackiert, zum Schluss mit einem kratzfesten, insbesondere einem so genannten selbstheilenden, Schutzlack überzogen. Das erbringt außerordentlich flachbauende und dünne, damit auch leichte aber dennoch formstabile Gehäuseschalen.
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So sind Teile von Gehäusen für elektrische Mess-, Steuer- und Kommunikationsgeräte, insbesondere Gehäuseunterteil- Schalen oder Batterieraumdeckel für Mobiltelefone, geschaffen, die bei hervorragender Haptik und Optik ihrer kratzunempfindlich lackierten Oberfläche trotz extrem geringer Wandstärke bei gegebenenfalls bis zum Rand absolut ebener Auslegung eine große Biege- und Torsionssteifigkeit aufweisen.
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Eine flachbauende magnetische Antenne kann an der Innenseite einer solchen Gehäuseschale appliziert werden, insbesondere eingelassen in eine eingepresste oder eingefräste Vertiefung. Eine derartige Antenne weist eine Magnetfläche in Form einer dünnen ferromagnetischen Paste oder dergleichen Schicht, gegebenenfalls eingefasst zwischen zwei miteinander verschweißten Folien, oder einer ferromagnetischen Folie auf, im Sandwich mit einer schneckenförmig verlaufenden, insbesondere einlagigen Spule. Die ist etwa aufgespritzt, aufgedruckt, aufgeklebt oder aus Leitpaste extrudiert. Die beiden Enden dieser Spule verlaufen dann längs der Innenfläche der Gehäuseschale, und sie werden im Zuge des Bestückens des Gehäuses mit dieser Gehäuseschale elektrisch leitend an einen im Gehäuse betriebenen Transceiver angeschlossen.
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Allerdings wirkt die Gehäuseschale selbst bei im Antennenbereich reduzierter Wandstärke leicht dämpfend; nämlich insbesondere dann, wenn ihr Gewebe elektrische Leiter wie Kohlefasern enthält. Um eine daraus resultierende störende Empfindlichkeitseinbuße des Tansceivers zu vermeiden, ist die Antenne gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung zweckmäßigerweise im Bereich der Außenfläche der Gehäuseschale appliziert.
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Dazu kann wieder vorgesehen sein, das Halbzeug in Form des Organobleches im Zuge seines unter Druck und Wärme erfolgenden Verformen, etwa zur ebenen Gehäuseschale, lokal geringfügig einzusenken, so dass die beschriebene flache Sandwichstruktur der magnetischen Antenne etwa mittig in einer flächenförmigen oder ringförmig in einer längs des Schalenrandes ausgebildeten flachen Senke untergebracht werden kann. Ein mm kreuzungsfreier Anschluss der Enden der Spule an den Transceiver erfolgt dann über Durchstiege durch die Gehäuseschale hindurch. Die so mit der Antenne bestückte Einsenkung in der Außenfläche der Gehäuseschale wird zweckmäßigerweise zu mechanischer Stabilisierung mit Spritzgussmaterial oder mit Lack aufgefüllt, ehe der Rohling den erwähnten Feinschliff vor Auftrag des Schutzlackes erfährt.
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Wenn durch eine Anordnung der Antenne im Mittenbereich der Außenfläche der Gehäuseschale optisch störende Unebenheiten, zumal in einer insbesondere an sich völlig ebenen Außenfläche der Gehäuseschale, nicht hinreichend zu vermeiden sind, oder wenn aus konstruktiven Gründen, etwa wegen des Platzbedarfes für Anzeige- und Bedienflächen, im Mittenbereich der Gehäuseschale keine Senke zum Aufnehmen der Antenne untergebracht werden kann, dann wird der Verlauf der Antennenspule zweckmäßigerweise in den erwähnten ringförmigen Bereich längs des Randes der Gehäuseschale verlegt. Dafür erfährt der Zuschnitt des Halbzeug-Flächengebildes im Zuge seiner thermoplastischen Verformung eine längs des Randes umlaufende, geringfügige Absenkung, typisch wiederum nur in der Größenordnung der Stärke der Gehäuseschale. Die wie beschrieben pasten- oder folienförmige, der Spule benachbarte Magnetschicht ist nun keine etwa kreisförmige Fläche mehr, sondern sie wird als typischerweise unrunde Ringfläche eingebracht. Das gilt entsprechend, wie beschrieben, für das Aufbringen der wenigen schneckenförmig verlaufenden Windungen der einlagigen Antennenspule. Dieses Einbringen der Antenne erfolgt vorzugsweise schon vor dem Umspritzen der Gehäuseschale mit dem erwähnten Rahmen, so dass der dann auch die Spule umlaufend radial einfassen kann. Zunächst verbleibende Ringräume in der Umgebung des Spulenverlaufes können mit Spritzgussmaterial überspritzt oder mit sonstigem Füllmaterial wie mit Lack verfüllt werden. Es kann im Übrigen vorteilhaft sein, den an sich seitlich, radial angespritzten Rahmen im Querschnitt axial abgekantet verlaufen zu lassen und so noch radial, also U-förmig über die Antenne hinweg nach innen zu ziehen, um den Antennenraum dadurch axial bündig mit einer insbesondere völlig ebenen Außenfläche der Gehäuseschale abschließen zu lassen.
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Die unrunde ferromagnetische Ringfläche kann in die Senke des Antennenraumes als Folie eingelegt, als Paste eingespritzt oder mit entsprechendem Material eingedruckt werden. Damit vergleichbar kann die Antennen-Spule, in ihrem Verlauf zwischen den zwei Durchstiegen zur Innenfläche der Gehäuseschale hin, auf den ferromagnetischen Ring aufgelegt, aufgedruckt oder aufgespritzt werden. Vorteilhafter wird zunächst die sich zwischen den Durchstiegen erstreckende Spule in den Antennenraum eingebracht und die dann mit der ferromagnetischen Schicht abgedeckt, so dass diese nicht eigens noch für die Durchstiege gelocht werden muss. An den gehäuseinnenseitigen Enden der Durchstiege folgt eine ebenfalls aufdruck- oder aufspritzbare Leiterführung zur Transceiver-Kontaktierung hin. Für die außen in die Gehäuseschale applizierte Antenne brauchen dadurch keine Isolationsmaßnahmen für sich kreuzende Leiterbahnen getroffen zu werden.
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Insbesondere dann, wenn ein Gerät mit zwei derartigen Antennensystemen, etwa für unterschiedliche Frequenzbänder, auszustatten ist, können diese in einer Gehäuseschalenfläche ineinander, oder zweckmäßiger zu gewisser Entkopplung durch das dampfende Material der Gehäuseschale je eine auf der Innen- und auf der Außenfläche der Gehäuseschale, realisiert werden.
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Andererseits kann es im Rahmen vorliegender Erfindung auch vorteilhaft sein, das Antennenfeld der Spule dadurch insbesondere hinsichtlich seiner Transceivercharakteristik in gewissem Maße gezielt, etwa im Interesse einer bevorzugten Empfindlichkeitsrichtung, zu beeinflussen, dass bei der Sandwich-Antenne deren Magnetfläche zwischen der Antennenspule und einer zumindest in diesem Bereich elektrisch leitfähigen und dadurch dampfenden Gehäuseschale angeordnet wird. Das kann durch wenigstens bereichsweise in das laminierte Flächengebilde eingewebte elektrisch leitende Fasern (wie Carbon- oder Metallfasern) realisiert werden. Insofern erstreckt vorliegende Erfindung sich aber auch auf (insoweit statt gewebter Flächengebilde) den Einsatz von zumindest bereichsweise metall- oder keramikbasierten Gehäuseschalen.
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Zusätzliche Abwandlungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung der in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Funktionswesentliche stark abstrahiert und axial nicht maßstabsgerecht stark vergrößert skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispiele zur Erfindung. In der Zeichnung zeigt zu näherer Veranschaulichung der Erfindung
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1 eine Gehäuseschale mit in ihre Außenfläche zentral eingesenktem flächenförmigem Antennenraum
und
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2 eine Gehäuseschale mit stattdessen längs ihrer Außenfläche dagegen ringförmig eingesenkt umlaufendem Antennenraum,
jeweils in abgeschnittenem Radialquerschnitt.
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Die im Verhältnis zu ihren Querschnittsabmessungen sehr dünne Gehäuseschale 11 in Form eines thermoplastisch getränkten, eben beschnittenen Gewebes weist hier eine völlig ebene Außenfläche 12 auf. Deren Rand 13 ist von einem im Querschnitt im Wesentlichen L-förmigen Rahmen 14 (vgl. 2) aus thermoplastischem Kunststoff eingefasst, mit dem das geplättete thermoplastisch getränkte oder laminierte Flächengebilde des Halbzeuges, dafür in eine Spritzgussform (nicht gezeichnet) verbracht, längs ihres Randes 13 streifenförmig hinterspritzt wurde. Dabei wurden dem Rahmen 14 zugleich Montage-Funktionselemente (nicht skizziert) angeformt.
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Das Halbzeug der Gehäuseschale 11 besteht insbesondere aus einem mehrlagigen Flächengebilde aus sich kreuzenden langen Fasern, die miteinander verwebt oder verwirkt sind und in ihren Verlaufsrichtungen an der zu erwartenden mechanischen Beanspruchung der Gehäuseschale 11 orientiert sein können. Aber auch Gewebe-Matten mit fliesförmig losen, ungerichteten Verstärkungsfasern sind im Rahmen vorliegender Erfindung für die vorzugsweise flache und außen absolut ebene Gehäuseschale 11 einsetzbar. Dabei kann es sich um Kohlenstofffasern handeln, aber auch um Basaltfasern oder um insbesondere PE- oder PP-Kunststofffasern. Für gute Hochfrequenzdurchlässigkeit einer mit einer Antenne 15 ausgestatteten Gehäuseschale 11 werden Glasfasern oder Fasern aus besonders reißfest eingestellten aromatischen Polyamiden (Aramid) favorisiert.
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Bevorzugt ist das Gewebe der Gehäuseschale 11 beidseitig mit je einer dünnen Deckschicht preiswert verfügbaren thermoplastischen Kunststoffes, etwa Elastomeren auf Urethanbasis oder Polyamiden, laminiert; aber auch amorphes Terpolymer oder das schlagzähe Polycarbonat ist vorteilhaft einsetzbar. Die Stärke des Gewebes, und damit innerhalb des Rahmens 14 die Dicke der hier außen bis zu ihrem Rand völlig ebenen Gehäuseschale 11, kann bis hinab zu einem Millimeter und auch noch deutlich darunter betragen. In gleicher Größenordnung liegt die Stärke des nicht unbedingt kontinuierlich, also wenigstens bereichsweise längs deren Randes 13 streifenförmig umlaufenden Rahmens 14.
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Für das Hinterspritzen des geplätteten Gewebe-Zuschnittes mit dem Rahmen 14 wird ebenfalls ein Thermoplast gewählt, zweckmäßigerweise ein Polyamid wie Polycaprolactam. Ein gut volumenhälftiger Zusatz von Glas (vorzugsweise zu gleichen Teilen als Kurzfasern und als Kugeln eingebracht) liefert die wünschenswerte Versteifung der vom Rahmen 14 eingefassten, in diesem bevorzugten Beispielsfalle absolut ebenen Gehäuseschale 11.
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Um für das thermoplastisch laminierte Gewebe im Interesse hoher Transceiver-Empfindlichkeit nicht auf ausschließlich elektrisch nicht leitende Fasern beschränkt zu sein, wird dessen Sende-Empfangs-Antenne 15 bevorzugt nicht bei der Innenfläche der Gehäuseschale 11 appliziert, sondern in ihre Außenfläche 12. Dafür ist in die geplättete Gehäuseschale 11 wenigstens eine flache Senke 16 eingeformt. Die ist im Beispielsfalle der 1 etwa zentrisch im Flächenbereich der Gehäuseschale 11 gelegen. Diese Einsenkung 16.1 ist mit einer magnetischen Antenne 15 bestückt, die sandwichartig eine hier unrund-flächenförmige Magnetfläche 17/17.1 und eine spiral- oder schneckenförmig verlaufende einlagige flache Spule 18 jeweils oben beschriebener Art aufweist. Die beiden Spulen-Enden 19 sind über Durchstiege 20 durch die Gehäuseschale 11 hindurch kreuzungsfrei an einen Transceiver 21 angeschlossen, der auf eine Schaltungsplatine 22 im Gehäuseinnern montiert ist.
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Im Beispielsfalle der 2 dagegen ist die Antenne 15 zum Rand 13 der Gehäuseschale 11 hin verlagert und dort in einer der Geometrie der Gehäuseschale 11 entsprechend unrund umlaufenden Absenkung 16.2 angeordnet, nun mit einem Sandwich aus Spule 18 und ferromagnetischer Ring-Fläche 17.2.
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Die ringförmigen oder dagegen vollflächenförmigen (jeweils der Geometrie der Gehäuseschale 11 folgend also gewöhnlich unrunden) Magnetflächen 17 können vor oder nach der Spulen 18 in die Senken 16 etwa in Folienform eingelegt oder in pastöser Konsistenz eingespritzt sein. Vergleichbar damit kann die Spule 18 gleichermaßen etwa als Streifen- oder Drahtgebilde vorgeformt eingelegt, mit Leitpaste eingespritzt oder aus Leitlack eingedruckt sein. Insbesondere im Falle der Anwendung von Leitpaste können zugleich die, die Gehäuseschale 11 durchquerenden, Durchstiege 20 an den Spulen-Enden 19 damit aufgefüllt werden. Gehäuseinnenseitig können entsprechend ausgebildete Leiterbahnen an diese Durchstiege 20 angeschlossen sein. Wenn die Schaltungsplatine 22 gleich unter der Innenseite der Gehäuseschale 11 angeordnet ist, dann ergibt sich eine besonders zweckmäßige Kontaktierung, etwa gemäß 1 direkt zum Transceiver 21, im Zuge des Zusammenbaues des Gehäuses. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Feder 23, etwa eine Blatt- oder Schraubenfeder, kontaktierend gegen die Innenseite des elektrisch leitend gefüllten Durchstieges 20 anliegt – oder sogar gemäß 2 einen Durchstieg 20 entsprechend größeren Durchmessers direkt zum jeweiligen Spulen-Ende 19 hin durchgreift.
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Die ringförmige Antenne 15 gemäß 2 wird beim dortigen Realisierungsbeispiel vom die Gehäuseschale 11 umgebenden Rahmen 14 radial schützend und stabilisierend eingefasst. Wenn solch ein Rahmen 14 erst nach dem Bestücken der Gehäuseschale 11 mit der Antenne 15 angespritzt wird, kann er wie skizziert die antennenbestückte Absenkung 16.2 U-förmig umgreifen und so axial einen bündigen Anschluss an die Außenfläche 12 der weiterhin gegebenenfalls absolut ebenen Gehäuseschale 11 erbringen.
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Im Übrigen sind die Senken 16 vorteilhafterweise mit Spritzgussmaterial, Lack 22 oder sonstigem Material gefüllt, so dass die Antennen 15 nach dem Feinschliff der Außenfläche 12 der Gehäuseschale 11 und nach dem Aufbringen des kratzfesten Schutzlackes (nicht dargestellt) optisch und haptisch praktisch nicht mehr in Erscheinung treten.
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Eine Gehäuseschale 11 für elektrische Mess-, Steuer- oder Kommunikationsgeräte, insbesondere das Gehäuseunterteil oder der Batteriedeckel eines Mobiltelefons, weist also erfindungsgemäß trotz extrem geringer Wandstärke bei vorzugsweise völlig ebener Außenfläche 12 eine große Biege- und Torsionssteifigkeit auf, weil der Zuschnitt eines mit thermoplastischer Matrix laminierten Faser-Gewebes in einer Spritzgussform längs des Randes 13 mit einem thermoplastischen Rahmen 14, gegebenenfalls samt angeformten Funktionselementen, hinterspritzt ist; wobei der Rahmen 14 vorzugsweise eine Antenne 15 radial und gegebenenfalls auch axial einfasst, die etwa als einlagige spiralförmige Spule 18 im Sandwich mit einer gegebenenfalls unrund-ringflächenförmigen Magnetfläche 17.2 in einer längs des Randes 13 umlaufenden, außenseitigen Absenkung 16.2 ausgelegt ist und mit ihren Spulen-Enden 19 über Durchstiege 20 kreuzungsfrei an einen Transceiver 21 innerhalb des Gehäuses kontaktiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Gehäuseschale (mit 15)
- 12
- Außenfläche (von 11)
- 13
- Rand (von 12)
- 14
- Rahmen (längs 13)
- 15
- Antenne (in 16)
- 16
- Senke (in 12); 16.1 Einsenkung, 16.2 Absenkung
- 17
- Magnetfläche (von 15 in 16); 17.1 Flächenform; 17.2 Ringform
- 18
- Spule (von 15 in 16, im Sandwich mit 17)
- 19
- Enden (von 18, bei 20)
- 20
- Durchstiege (bei 19 durch 11 hindurch)
- 21
- Transceiver (auf 22, an 15)
- 22
- Schaltungsplatine (mit 21)
- 23
- Feder (bei 20)
- 24
- Lack (auf 11 und in 16)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009046678 A1 [0002]
- DE 102007043409 A1 [0003]
- GB 2445434 A [0004]
