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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flachstecksicherung und ein zugehöriges Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisches Nutzfahrzeug. Die Erfindung findet besonders auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen Anwendung, wobei die Flachstecksicherung auch in anderen Gebieten einsetzbar ist.
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Flachstecksicherungen sind als eine Form von Sicherungen bekannt, die üblicherweise in Kraftfahrzeugen verbaut werden. Flachstecksicherungen sind steckbar und somit vom Benutzer wartbar. Die Bauform der Flachstecksicherung ist nach ISO 8820-3 genormt. Bekannte, als Schmelzsicherungen ausgestaltete Flachstecksicherungen sind für Kleinspannung von typischerweise 12 V, 24 V, 48 V bis max. 80 V DC ausgelegt.
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Klassische Bleibatterien mit Nennspannungen bis zu 80 V werden in elektrischen Nutzfahrzeugen wie Staplern, Radladern oder Schleppern zunehmend durch Lithium-Ionen-Batterien mit Spannungen > 80 V ersetzt. Die bislang bekannten Flachstecksicherungen sind jedoch für die bisherige Spannungsgrenze von 80 V zertifiziert und können somit nicht mehr verwendet werden.
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DE 20 2016 103 239 U1 betrifft eine in einem Gehäuse untergebrachte elektrische Sicherungseinrichtung, insbesondere für eine Nutzung in Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen. Die elektrische Sicherungseinrichtung mit einem Gehäuse weist einen elektrisch isolierenden Träger, zwei auf dem Träger aufgebrachte und um einen Spalt voneinander beabstandete Leiterbahnen und einen bügelförmigen Draht auf, der zur Überbrückung des Spalts von einer ersten Seite des Trägers in zwei Durchkontaktierungen, die mit jeweils einer Leiterbahn elektrisch verbunden sind, gesteckt und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des Trägers aufgeschmolzen, insbesondere verlötet, wird. Zwei Kontaktbleche sind auf der ersten Seite des Trägers aufgebracht und mit jeweils einer der beiden Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden, wobei der Träger derart in dem Gehäuse platziert ist, dass die Kontaktbleche teilweise aus dem Gehäuse herausragen und bezüglich der Dicke des Gehäuses zentriert angeordnet sind.
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DE 10 2016 103 220 A1 offenbart eine Sicherungseinrichtung, die einen elektrisch isolierenden Träger, eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn, die auf dem Träger aufgebracht und um einen Spalt voneinander beabstandet sind, und eine erste und eine zweite Durchgangsöffnung durch den Träger und durch die erste bzw. zweite Leiterbahn aufweist. Der Spalt wird, mittels eines, von einer Seite des Trägers durch die Durchgangsöffnungen gesteckten und auf der anderen Seite des Trägers aufgeschmolzenen, gebogenen Drahtes aus einem niedrigschmelzenden Metall überbrückt.
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US 4 755 785 A offenbart eine Sicherungsanordnung, bei der eine geformte Abdeckung über einer Standardrohrsicherung angebracht ist. Die Abdeckung ist speziell so konfiguriert, dass die Kappen der Sicherung an Lötpunkten auf einer Leiterplatte oberflächenmontiert werden können. Die Abdeckung enthält ein Paar Ohren, die die Oberfläche der Leiterplatte berühren, um zu verhindern, dass die Baugruppe seitlich rollt. Die Abdeckung hat eine flache Fläche, die gedruckt werden kann, um die Sicherung zu identifizieren.
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EP 1 213 741 A2 offenbart eine Sicherung, die ein Sicherungselement mit einem Schmelzabschnitt, der zwischen den inneren Seitenkanten eines Paares paralleler Flachplattenanschlussabschnitte vorgesehen ist, und ein Isoliergehäuse umfasst, das die inneren Seitenkanten der Flachplattenanschlussabschnitte und den Schmelzabschnitt abdeckt. Ein Mittelabschnittjedes der Flachplattenanschlussabschnitte, der sich in der seitlichen Position relativ zum Schmelzabschnitt befindet, wird von einem Gegenanschluss eines Sicherungsbefestigungsabschnitts festgehalten. so dass der Flachplattenanschlussabschnitt elektrisch mit dem Gegenanschluss verbunden ist.
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DE 103 36 786 A1 offenbart eine Sicherung, die ein Sicherungselement umfasst, das in einem Isoliergehäuse, das aus einem synthetischen Harz hergestellt ist, aufgenommen wird. Das Isoliergehäuse, das zwei ein Paar bildende Gehäusekörper und einen oberen Wandabschnitt, der die oberen Enden der Gehäusekörper verbindet, umfasst, ist so ausgebildet, dass es die inneren Kanten und oberen Kanten der Flachsteckerabschnitte und einen Schmelzabschnitt abdeckt. Mit einer Seitenkante einer schlitzförmigen Öffnung, die an einem unteren Ende des Isoliergehäuses ausgebildet ist, ist eine Klappe über ein dünnes Filmschamier derart einstückig verbunden, dass sie frei verschwenkt werden kann. Die Klappe wird, nachdem das Sicherungselement in das Isoliergehäuse eingeführt ist, in eine geschlossene Position verschwenkt und mit Riegelvorsprüngen, die von den inneren Kanten des jeweiligen Flachsteckerabschnitts vorragen, verriegelt (in Eingriff gebracht). Die unverbundene, freie Endkante der Klappe, die gegen die andere Seitenkante der schlitzförmigen Öffnung anliegt, wird durch Ultraschallschweißen, Wärmeschweißen oder ähnliche Verfahren mit dem Gehäuse verbunden.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, eine Sicherungslösung zu finden, die die bisherige Spannungsgrenze von 80 V überwindet und trotzdem kompatibel zu den bisherigen Flachstecksicherungen eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Flachstecksicherung, insbesondere für elektrische Nutzfahrzeuge, gelöst, die aufweist: i) eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte zwei Steckzungen und einen zwischen den beiden Steckzungen ausgebildeten Trägerbereich aufweist, und ii) eine Sicherung, wobei die Sicherung an dem Trägerbereich der Leiterplatte montiert, elektrisch leitend mit beiden der Steckzungen verbunden und als SMD-Sicherung oder als THT-Sicherung ausgebildet ist.
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Die üblichen metallischen Kontakte der bekannten, als Schmelzsicherung ausgeführten Flachstecksicherungen werden demnach erfindungsgemäß durch die Steckzungen einer Leiterplatte ersetzt. Durch die Anpassbarkeit der Leiterplattenkontur und der Kontur der Steckzungen sind geometrische Gestaltungsfreiheiten gegeben.
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Der Trägerbereich verbindet die beiden Steckzungen. Eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Steckzungen ist nur über die Sicherung und nicht direkt über die Leiterplatte realisiert. Der Trägerbereich stützt die Flachstecksicherung und gewährleistet die korrekte Positionierung der Steckzungen zueinander.
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Als oberflächenmontiertes Bauelement ausgeführte Sicherungen werden auch als SMD-Sicherungen bezeichnet und sind für Nennspannungen, die oberhalb der für Flachstecksicherungen üblicherweise zertifizierten Nennspannungen liegen, erhältlich. Demnach ist es erfindungsgemäß möglich, durch eine Art Adapter, nämlich die Leiterplatte, eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Anpassung von Spannungs- bzw. Stromwerten durch den Einsatz unterschiedlicher SMD-Sicherungen zu ermöglichen. Auf eine gesonderte Zulassung derartiger Flachstecksicherungen kann eventuell verzichtet werden, wenn bereits die verwendete SMD-Sicherung zugelassen ist.
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Als bedrahtetes Bauelement ausgeführte Sicherungen werden auch als THT-Sicherungen bezeichnet. Für THT-Sicherungen gilt im Wesentlichen das gleiche wie oben für SMD-Sicherungen ausgeführt, lediglich für die Montage von THT-Sicherungen auf der Leiterplatte sind abweichende Fertigungsschritte erforderlich, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
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Die Herstellung erfindungsgemäßer Flachstecksicherungen ist werkzeugfrei möglich, da lediglich standardisierte Herstellungsschritte, wie beispielsweise das Fräsen und Bestücken der Leiterplatte, erforderlich sind. Dies ist besonders im Vergleich zu herkömmlicherweise zum Einsatz kommenden Stanzteilen hervorzuheben. Somit wird die Fertigung vereinfacht und gleichzeitig automatisierbar. Der Standard-Bestückungsprozess und die werkzeugfreie Herstellung ermöglichen darüber hinaus eine kostengünstige Herstellung.
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Die Leiterbahnen, über die die Sicherung mit den Steckzungen verbunden ist, sind entsprechend der Ströme, für die die Flachstecksicherung zum Einsatz kommt, zu dimensionieren.
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Unterschiedliche Auslöseströme der Flachstecksicherungen können durch die Bestückung unterschiedlicher SMD-Sicherungen erzeugt werden.
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Vorzugsweise kann der Auslösestrom durch eine Variation der Lötstopplackfarbe der Leiterplatte und/oder durch einen Klartextaufdruck des Sicherungswertes beispielsweise im Siebdruckverfahren leicht erkennbar kodiert werden, so dass eine automatische und zuverlässige Kontrolle in der Fertigung oder im Servicefall unterstützt wird.
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Vorzugsweise sind die Steckzungen metallisiert. Damit wird sichergestellt, dass ein hinreichend guter elektrischer Kontakt zwischen der Flachstecksicherung und beispielsweise einem Sicherungshalter eines Fahrzeugs hergestellt wird.
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Vorzugsweise weisen die Steckzungen mehrere durchkontaktierte Bohrungen auf.
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Bei dem Stecken von Flachstecksicherungen in Sicherungshalter können hohe Kräfte auftreten. Indem die Steckzungen jeweils mehrere durchkontaktierte Bohrungen aufweisen, können die hohen Kontaktkräfte zwischen der Flachstecksicherung und dem Sicherungshalter auch unter hoher mechanischer und thermischer Belastung zuverlässig aufgenommen werden. Die Anzahl der durchkontaktierten Bohrungen ist nicht beschränkt und beträft vorzugsweise mindestens 10, besonders bevorzugt mindestens 50 und insbesondere mindestens 100.
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Vorzugsweise ist die Leiterplatte derart dimensioniert, dass ihre geometrische Form, insbesondere der Steckzungen, einer normierten Geometrie für Flachstecksicherungen, insbesondere ISO 8820-3:2002(E), entspricht.
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Durch die Verwendung einer normierten Geometrie ist gewährleistet, dass die Flachstecksicherungen mit bisher eingesetzten Sicherungshaltern kompatibel sind. Hierdurch ist keine Anpassung der bisher eingesetzten Sicherungshalter nötig. Die gleichen SMD-Sicherungen können für Flachstecksicherungen unterschiedlicher Größen zum Einsatz kommen, wobei für unterschiedliche Größen von Flachstecksicherungen dann lediglich die Geometrie der Leiterplatte anzupassen ist. Die Geometrie der Leiterplatte umfasst insbesondere deren Kontur, die Gestaltung der Steckzungen und die Dicke der Leiterplatte.
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Zusätzlich sind vorzugsweise weitere Gestaltungsmöglichkeiten, etwa im Sinne einer kompakteren Bauform oder einer besseren Zugänglichkeit für den Sicherungstausch, beispielsweise durch eine Vergrößerung, leicht umsetzbar.
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Vorzugsweise ist die Sicherung für einen Spannungswert oberhalb 80 V ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Sicherung für einen Spannungswert oberhalb 80 V und unterhalb 800 V ausgebildet.
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Dieser Spannungsbereich fällt außerhalb des üblicherweise für Flachstecksicherungen vermuteten Spannungsbereiches, da bei Kraftfahrzeugen, die üblicherweise mit Bleibatterien betrieben werden, regelmäßig Spannungen von beispielsweise 12 V bzw. 24 V zum Einsatz kommen. Durch die erfindungsgemäßen Flachstecksicherungen sind auch Spannungen außerhalb dieser üblichen Werte umsetzbar, beispielsweise in dem Bereich von 80 V bis 350 V, der für elektrische Nutzfahrzeuge von besonderer Relevanz ist.
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Vorzugsweise weist die Flachstecksicherung ferner ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse als Griff zum Einsetzen der Flachstecksicherung in eine Sicherungshalterung ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der Trägerbereich der Leiterplatte in dem Gehäuse angeordnet und die Steckzungen der Leiterplatte sind außerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei das Gehäuse zum Einsetzen der Leiterplatte vorzugsweise zweiteilig oder einteilig mit zwei mittels eines Filmscharniers verbundenen Gehäuseabschnitten ausgebildet ist.
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Das Gehäuse schützt dadurch die Leiterplatte und die Sicherung in dem Bereich, in dem kein elektrischer Kontakt zu dem Sicherungshalter nötig ist. Ferner ermöglicht das Gehäuse aber die elektrische Kontaktierung dadurch, dass die Steckzungen gerade nicht innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Eine Herstellung wird durch die oben genannte Ausgestaltung des Gehäuses vereinfacht, da die Leiterplatte vor dem Zusammensetzen des Gehäuses in das Gehäuse eingeführt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse durch ein Umspritzen des Trägerbereiches der Leiterplatte mit einem Kunststoffmaterial, beispielsweise mit einem Hotmelt. Hierdurch wird eine Zugriff auf den Trägerbereich und die Sicherung sowie eine Manipulation des Trägerbereiches und der Sicherung verhindert.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse wenigstens in dem Bereich der Sicherung transparent ausgeführt. Damit ist der Blick auf die Sicherung durch das Gehäuse hindurch möglich, wodurch eine automatische und zuverlässige Kontrolle in der Fertigung oder im Servicefall weiter unterstützt wird.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisches Nutzfahrzeug, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Flachstecksicherung gelöst. Besonders bevorzugt weist das Kraftfahrzeug eine der als bevorzugt beschriebenen Ausgestaltungen der Flachstecksicherung auf.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
- 1 schematisch und exemplarisch eine Explosionsdarstellung einer Flachstecksicherung,
- 2 schematisch und exemplarisch verschiedene Ansichten einer Flachstecksicherung,
- 3 schematisch und exemplarisch verschiedene Ansichten einer Flachstecksicherung mit versteckten Kanten,
- 4 schematisch und exemplarisch verschiedene Ansichten einer Flachstecksicherung mit alternativem Gehäuse,
- 5 schematisch und exemplarisch eine weitere Ansicht der Flachstecksicherung der 4 sowie einer Leiterplatte.
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1 zeigt schematisch und exemplarisch eine Explosionsdarstellung einer Flachstecksicherung 1. Die Flachstecksicherung 1 weist eine Leiterplatte 10, eine Sicherung 20 und ein optionales Gehäuse 30 auf.
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Die Leiterplatte 10 weist zwei Steckzungen 12, 14 und einen dazwischenliegenden Trägerbereich 16 auf. Die Steckzungen 12, 14 sind dazu ausgebildet, in herkömmliche, für Flachstecksicherungen ausgebildete Sicherungshalter aufgenommen zu werden. Je nach Dimension des Sicherungshalters sind andere Geometrien, größere bzw. kleinere und auch dickere bzw. dünnere Leiterplatten 10 und insbesondere deren Steckzungen 12, 14 möglich.
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Vorzugsweise erfüllt die Flachstecksicherung genormte geometrische Anforderungen, so dass beispielsweise je nach Anforderungen abgeschrägte Ecken 13 an den Steckzungen 12, 14 vorgesehen sind. Die abgeschrägten Ecken 13 vereinfachen darüber hinaus das Einsetzen der Flachstecksicherung 1 in einen Sicherungshalter und reduzieren die dabei auftretenden Kräfte.
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In dem Trägerbereich 16 ist eine Sicherung 20 montiert. Die Sicherung 20 ist als oberflächenmontiertes Bauelement ausgeführt und wird auch als SMD-Sicherung bezeichnet. Die Sicherung 20 ist demnach von einer Seite auf die Oberfläche der Leiterplatte 10 in dem Trägerbereich 16 nach bekannten Verfahren aufgelötet.
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Die Wahl der Sicherung 20 richtet sich nach den Anforderungen des Einsatzes der Flachstecksicherung 1, so dass eine große Flexibilität bei der Wahl der Auslöseströme ermöglicht ist. Durch die Variation der Lötstopplackfarbe der Leiterplatte 10 oder durch einen Klartextaufdruck des Sicherungswertes (nicht gezeigt) kann der Auslösestrom leicht erkennbar kodiert werden, so dass eine automatische und zuverlässige Kontrolle in der Fertigung oder im Servicefall unterstützt wird.
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Die Steckzungen 12, 14 sind metallisiert, um die elektrische Verbindung mit dem Sicherungshalter herzustellen. Ferner umfasst jede der Steckzungen 12, 14 vorzugsweise eine größere Anzahl vergleichsweise kleiner, metallisierter Bohrungen 100, die in 2 und 3 besser erkennbar sind, um die hohen Kontaktkräfte zwischen Flachstecksicherung 1 und Sicherungshalter auch unter hoher mechanischer und thermischer Belastung zuverlässig aufnehmen zu können.
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Über je eine Leiterbahn 15, 17 in dem Trägerbereich 16 ist die mit der Leiterplatte 10 verbundene Sicherung 20 mit der Steckzunge 12 bzw. 14 elektrisch verbunden.
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Alternativ zu der gezeigten je einen Leiterbahn 15, 17 auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte 10 sind auch andere Ausführungen möglich. So kann jeweils eine der Leiterbahnen 15, 17 auf der oberen und die andere auf der unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 ausgebildet sein. Alternativ sind auch mehrere Leiterbahnen auf sowohl der oberen und/oder der unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 möglich. Alternativ oder zusätzlich können auch Leiterbahnen in Zwischenschichten ausgeführt sein, wenn die Leiterplatte 10 als mehrschichtige Leiterplatte ausgeführt ist. Die genaue Ausführung, Dimensionierung und Anordnung der Leiterbahnen erfolgt nach dem benötigten Querschnitt.
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Die Leiterplatte 10 weist ferner optionale Öffnungen 19 auf. Die Öffnungen 19 dienen vorzugsweise der automatisierten Handhabung der Leiterplatten 10, ermöglichen beispielsweise ein Greifen der Leiterplatte 10 zum Einsetzen in das Gehäuse 30.
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Das Gehäuse 30 ist in diesem Beispiel zweiteilig ausgeführt mit einem unteren Gehäuseteil 32 und einem Gehäusedeckel 34. Die Leiterplatte 10, auf die die Sicherung 20 aufgelötet ist, wird in das untere Gehäuseteil 32 eingesetzt und mittels Führungsnuten 33 geführt und in Position gehalten. Anschließend wird der Gehäusedeckel 34 aufgesetzt und verrastet, wobei beispielsweise Rastnasen 38 in korrespondierende Rastmittel 37 einrasten. Der Gehäusedeckel 34 weist auch eine Führungsnut 35 zum Führen der Leiterplatte 10 auf.
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Das Gehäuse 30 ist vorzugsweise teilweise oder vollständig transparent ausgebildet und weist weiter vorzugsweise ein Kunststoffmaterial auf oder besteht daraus. Besonders bevorzugt ist ein Bereich 36 des unteren Gehäuseteils 32 transparent, so dass ein Blick auf die dahinterliegende Sicherung 20 ermöglicht ist. Besonders bevorzugt ist dadurch der Sicherungswert der Sicherung 20 erkennbar.
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2 zeigt schematisch und exemplarisch eine Vorderansicht 50, eine Seitenansicht 52, eine Draufsicht 54 und eine Ansicht 56 von unten auf die zusammengesetzte Flachstecksicherung 1.
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3 zeigt schematisch und exemplarisch eine weitere Vorderansicht 60, eine Seitenansicht 62, eine Draufsicht 64 und eine Ansicht 66 von unten auf die zusammengesetzte Flachstecksicherung 1, wobei innenliegende Kanten mit gestrichelten Linien illustriert sind.
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4 und 5 zeigen schematisch und exemplarisch eine alternative Flachstecksicherung 1, die sich von der in 1 bis 3 gezeigten Flachstecksicherung 1 durch ein alternatives Gehäuse 300 unterscheidet.
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Das Gehäuse 300 ist einteilig ausgeführt und umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 310 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 320, die mittels eines Filmscharniers 314 verbunden sind.
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Zur Montage der Flachstecksicherung 1 der 4 und 5 wird zunächst die Leiterplatte 10 in den zweiten Gehäuseabschnitt 320 eingelegt, wobei der zweite Gehäuseabschnitt 320 eine für die Leiterplatte 10 passende Aussparung oder Führung aufweist. Das Gehäuse 300 wird dann durch Falten der beiden Gehäuseabschnitte 310, 320 entlang des Filmscharniers 314 geschlossen, wobei Rastmittel 312 des ersten Gehäuseabschnittes 310 in korrespondierende Rastmittel 322 des zweiten Gehäuseabschnittes 320 eingreifen und das Gehäuse 300 in der geschlossenen Position sichern.
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In 5 ist zusätzlich isoliert die Leiterplatte 10 vor der Montage der Sicherung 20 gezeigt. Hierdurch wird verdeutlicht, dass die gleiche Leiterplatte 10 mit sowohl dem Gehäuse 30 als auch dem Gehäuse 300 kompatibel ist.
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Alternativ zu einem der Gehäuse 30 oder 300 kann die Leiterplatte 10, genauer der Trägerbereich 16 der Leiterplatte 10 durch ein geeignetes Material umspritzt werden, um durch die Umspritzung ein Gehäuse zu bilden und die innenliegenden Teile zu schützen. Das Umspritzen verhindert einen zerstörungsfreien Zugriff auf die Sicherung 20.