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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellantrieb, insbesondere
zur Anwendung als Fensterheberantrieb in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen
Elektromotor, eine Abtriebswelle, eine Leiterplatte und eine Anschlussschnittstelle.
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Der
Stand der Technik kennt Fensterheberantriebe mit Elektronikleiterplatten,
wobei in diesen Antrieben verschiedene Funktionalitäten realisiert werden,
wie beispielsweise die Einklemmschutzfunktion. Zur Anbindung der
Fensterheberantriebe an kundenseitige, d. h., fahrzeugseitige, Schnittstellen weisen
die Gehäuse
dieser Antriebe Steckerkrägen auf.
In diesen Steckerkrägen
sind antriebsseitige Steckerpins bzw. Federkontakte ausgebildet.
Diese Steckerpins sind auf die Leiterplatte des Fensterheberantriebs
eingelötet
oder eingepresst. Die fensterheberantriebsseitige Schnittstelle
wird somit durch hervorstehende Pins gebildet. Die Leiterplatten
sind dabei parallel oder senkrecht zu einer Anschraubebene des Fensterheberantriebs
eingebaut.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Verstellantrieb
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es nun, insbesondere
durch Verwendung der Direktsteckverbindung, auf die antriebsseitigen
Steckerpins bzw. Federkontakte zu verzichten. Der Verzicht auf antriebsseitige
Federkontakte führt
zu einem vollkommen neuen Schnittstellen- und Kontaktierkonzept, welches
signifikante Kosteneinsparungen sowohl bei der Werkzeugherstellung
als auch bei den Einzelteilen und bei der Montage verursacht. Des
Weiteren hat die daraus folgende einfachere Gehäusekonstruktion ohne den Federkontakten
diverse Vorteile bei der flexiblen Gestaltung der Gehäusewerkzeuge
hinsichtlich der Realisierung verschiedenster Schnittstellenausführungen.
Als weitere Folge der vorteilhaften Direktsteckverbindung verkürzt sich
die Werkzeuganfertigungszeit für
das Gehäuse,
wodurch sich der gesamte Entwicklungsprozess für den Verstellantrieb verkürzt und
wodurch sehr viel schneller auf kundenseitige Änderungen, insbesondere der Schnittstelle,
eingegangen werden kann. All diese Vorteile werden erreicht durch
einen erfindungsgemäßen Verstellantrieb,
umfassend einen Elektromotor, eine Abtriebswelle, eine Leiterplatte
und eine Anschlussschnittstelle. Der Elektromotor ist dabei mit der
Leiterplatte kontaktiert und zum Antrieb der Abtriebswelle ausgebildet.
Des Weiteren umfasst erfindungsgemäß die Anschlussschnittstelle
eine Direktsteckverbindung mit Kontaktierpads direkt auf der Leiterplatte,
wobei die Kontaktierpads zum direkten Kontakt mit Federkontakten
eines Steckers ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte mit
einem Winkel schräg
zu einer Ebene, welche senkrecht zur Abtriebswelle liegt, angeordnet.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders
bevorzugt ist, dass der Winkel der Leiterplatte so gewählt ist,
dass die Kontaktierpads mittig in der Anschlussschnittstelle sitzen. Durch
dieses schräge
Anordnen der Leiterplatte können
die Kontaktierpads mit ausreichendem Abstand zu einem oberen und
unteren Ende eines Gehäuses des
Verstellantriebs positioniert werden. Insbesondere bei Vorsehen
des Verstellantriebes als Fensterheber in einer Fahrzeugtüre ist es
vonnöten,
den allgemein zugänglichen
Bauraum bzw. die Ausdehnung des Verstellantriebes zumindest in Richtung
der Dicke der Tür
zu begrenzen. Um die Lage der Kontaktierpads auf der Leiterplatte
nun flexibel zu gestalten und somit genügend gestalterische Freiheit
für den kundenseitigen
bzw. fahrzeugseitigen Stecker mit den Federkontakten zu gewährleisten,
ist es von besonderem Vorteil, die Leiterplatte schräg anzuordnen.
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In
bevorzugter Ausführung
ist vorgesehen, dass die Anschlussschnittstelle zur Aufnahme eines Steckers
ausgebildet ist, wobei die Kontaktierpads zum Kontaktieren mit Federkontakten
des Steckers ausgebildet sind. Ein Stecker, welcher kunden- bzw. fahrzeugseitig
mit der Anschlussschnittstelle verbunden wird, weist hervorstehende
Steckerpins auf. Diese Steckerpins reichen bei Anschluss des Steckers an
die Anschlussschnittstelle bis zur Leiterplatte, so dass die Federkontakte
mit den Kontaktierpads direkt auf der Leiterplatte verbunden sind.
Es nicht mehr nötig,
auf die Leiterplatte des Verstellantriebs hervorstehende Pins oder
Federkontakte aufzulöten
oder einzupressen.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung umfasst der Verstellantrieb ein
Gehäuse.
Dieses Gehäuse
nimmt die Leiterplatte und zumindest einen Teil des Elektromotors
auf, wobei eine Ankerachse des Elektromotors senkrecht zur Abtriebswelle
steht. Des Weiteren steht die Leiterplatte zu der Ebene, welche senkrecht
zur Abtriebswelle liegt, in einem Winkel zwischen 1 bis 10°, so dass
eine Ausdehnung des Gehäuses
und des Elektromotors in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene
möglichst
gering ist. Bei Verwendung des Verstellantriebes in einer Fahrzeugtüre als Fensterheber
ist diese Richtung senkrecht zu der Ebene die Dicke der Tür. D. h.,
eine Ausdehnung des Verstellantriebes in dieser Richtung sollte
möglichst
gering ausgestaltet sein. Je nach dem, wie man diesen Winkel zwischen
Leiterplatte und der Ebene senkrecht zur Abtriebswelle wählt, kann
man die Kontaktierpads innerhalb dieses begrenzten Bauraums positionieren
und somit eine flexible Direktsteckverbindung gewährleisten.
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Des
Weiteren ist es bevorzugt, dass die Anschlussschnittstelle einen
Steckerkragen an einer Außenseite
des Gehäuses
umfasst, wobei sich der Steckkragen in der Richtung senkrecht zur
Ebene nicht weiter erstreckt als das Gehäuse selbst, und wobei die Kontaktierpads
mittig zum Steckerkragen angeordnet sind. Dieser Steckerkragen ist
insbesondere als geschlossener, hervorstehender und ovaler Ring
bzw. als Rechteck mit verrundeten Ecken auf der Außenseite
des Gehäuses
ausgebildet und bildet somit eine Aufnahme für den kunden- bzw. fahrzeugseitigen
Stecker. Damit die Federkontakte in dem Stecker relativ mittig angeordnet
werden können, sind
vorteilhafterweise die Leiterplatte und somit die Kontaktierpads
mittig innerhalb des Steckerkragens angeordnet. Um wiederum den
Bauraum innerhalb einer Fahrzeugtür nicht zu überschreiten, ist es von Vorteil,
dass der Steckerkragen eine Ausdehnung des Gehäuses in Richtung senkrecht
zur Ebene nicht überschreitet.
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In
bevorzugter Ausführung
ist der Steckerkragen, ausgebildet als ovaler Ring bzw. als Rechteck
mit verrundeten Ecken, schräg
zu einer Ebene, welche senkrecht zur Abtriebswelle liegt, angeordnet.
Insbesondere sind die Längsseiten
des Steckerkragens parallel zur Leiterplatte.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Elektromotor
einen Bürstenträger und
ein Polgehäuse
umfasst, wobei der Bürstenträger in das
Gehäuse
eingesteckt ist und das Polgehäuse
außerhalb
des Gehäuses
an den Bürstenträger anschließt. Insbesondere
wird das Polgehäuse mit
dem Gehäuse
und/oder dem Bürstenträger verschraubt.
Durch diese Anordnung des Bürstenträgers im
Gehäuse
kann eine Kontaktierung zwischen Leiterplatte und Bürstenträger einfach
realisiert werden. Die Leiterplatte befindet sich hierzu vorteilhafterweise
teilweise auf oder unter dem Bürstenträger.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des verwendeten Elektromotors
weist der Bürstenträger zum
Kontaktieren mit der Leiterplatte Pins mit Einpresszonen und/oder
Lötzonen
auf. Dadurch wird eine flexible Gestaltung der Verbindung zwischen Leiterplatte
und Elektromotor bzw. Bürstenträger ermöglicht.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Motorentstörung des
Elektromotors über
ein Leitelement im Bürstenträger erfolgt, wobei
das Leitelement zum Kontaktieren der Leiterplatte mit dem Polgehäuse ausgebildet
ist. Dieses Leitelement stellt somit einen Massekontakt zwischen
Leiterplatte und Polgehäuse
her. Dieses Leitelement bzw. dieser Massekontakt ist vorteilhafterweise
in den Bürstenträger integriert
und stellt sowohl einen Kontakt zur Leiterplatte als auch zum Polgehäuse her.
Diese Kontakte zwischen Leiterplatte und Leitelement sowie Leitelement
und Polgehäuse
sind vorteilhafterweise federnd ausgeführt.
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Damit
Kontaktierungen zwischen der Leiterplatte und dem Bürstenträger möglich sind,
sind vorteilhafterweise im Gehäuse
entsprechende Aussparungen vorgesehen.
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Ferner
ist bevorzugt vorgesehen, dass auf der Ankerwelle des Elektromotors
ein Gebermagnet sitzt, wobei der Gebermagnet mit einem Hallsensor auf
der Leiterplatte zusammenwirkt. Dadurch kann eine Drehposition von
Elektromotor bzw. Abtriebswelle erfasst werden und der Verstellantrieb
ist somit bevorzugt mit einer Einklemmschutzfunktion ausgebildet.
Die Leiterplatte befindet sich hierzu vorteilhafterweise teilweise
auf oder unter dem Bürstenträger, so
dass der Hallsensor möglichst
nahe am Gebermagnet angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise
ist ein Schneckengetriebe zwischen Elektromotor und Abtriebswelle
vorgesehen. Dabei sitzt eine Schneckenwelle auf dem Anker des Elektromotors.
Ein entsprechendes Schneckerad sitzt auf der Abtriebswelle.
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Die
Erfindung umfasst des Weiteren einen Fensterheberantrieb zur Anwendung
in einem Kraftfahrzeug, umfasst einen soeben beschriebenen Verstellantrieb,
und einen Stecker mit vorstehenden Federkontakten, wobei die Federkontakte
in den Verstellantrieb hineinragen und in direktem Kontakt mit den
Kontaktierpads stehen. Der Stecker weist somit vorstehende Federkontakte
auf. Diese Federkontakte kommen direkt auf den Kontaktierpads auf
der Leiterplatte zu liegen. Es ist somit nicht nötig, dass verstellantriebsseitig
Pins oder Federkontakte an die Leiterplatte angelötet werden.
Bevorzugt stehen die Federkontakte nicht einzeln aus dem Stecker
vor, sondern sind durch Kunststoffstrukturen geschützt. Diese
zweiteiligen Kunststoffstrukturen, über und unter den Federkontakten,
stehen zusammen mit den Federkontakten am Stecker hervor. Die vorteilhaften Ausgestaltungen
des Verstellantriebes finden selbstverständlich entsprechende Anwendung
auf den Fensterheberantrieb.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail
beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Verstellantrieb gemäß Ausführungsbeispiel
mit teilweise offenem Gehäuse,
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2 eine
Seitenansicht des Verstellantriebes gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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3 eine
geschnittene Seitenansicht des Verstellantriebs gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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4 einen
Bürstenträger, wie
er in dem Verstellantrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel
zur Anwendung kommt, und
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5 eine
Detailansicht des Verstellantriebes gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsform der Erfindung
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Im
Folgenden wird anhand der 1 bis 5 ein
Ausführungsbeispiel
des Verstellantriebes 1, ausgeführt als Fensterheberantrieb,
genauer beschrieben.
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Dabei
zeigt 1 den Verstellantrieb 1, mit einem Elektromotor 2,
einer Abtriebswelle 3, einer Leiterplatte 4 und
einer Anschlussschnittstelle 5. Der Elektromotor 2 erstreckt
sich dabei entlang einer Ankerachse 36. Die Abtriebswelle 3 erstreckt
sich entlang einer Abtriebsachse 37. Die Ankerachse 36 und die
Abtriebsachse 37 schneiden sich nicht, stehen jedoch senkrecht
zueinander. Senkrecht auf der Abtriebsachse 37 steht eine
Ebene E.
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Der
Verstellantrieb 1 umfasst des Weiteren ein Gehäuse 6.
Dieses Gehäuse 6 unterteilt
sich in einen Leiterplattengehäuseanteil 7,
einen Motorgehäuseanteil 8 und
einen Getriebegehäuseanteil 9. Das
Gehäuse 6 ist
dabei einteilig ausgeführt.
Im Gehäuse 6 bzw.
im Getriebegehäuseanteil 9 ist
eine Schneckenwellenlagerung 10 ausgebildet. Diese Schneckenwellenlagerung 10 erstreckt
sich entlang der Ankerachse 36 im Anschluss an den Elektromotor 2.
In dieser Schneckenwellenlagerung 10 des Gehäuses 6 sitzt
eine nicht dargestellte Schneckenwelle. Diese Schneckenwelle wiederum
sitzt auf einem nicht dargestellten Anker des Elektromotors 2.
Des Weiteren umfasst der Getriebegehäuseanteil 9 einen runden
Freiraum 14, ausgebildet zur Aufnahme eines Schneckenrades.
Dieses nicht dargestellte Schneckenrad sitzt im Freiraum 14 auf
der Abtriebswelle 3 und steht im Eingriff mit der nicht
dargestellten Schneckenwelle. Dadurch kann der Elektromotor 2 über die
Schneckenwelle und das Schneckenrad die Abtriebswelle 3 in
Rotation versetzen.
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Des
Weiteren umfasst das Gehäuse 6 eine erste
Anschraubstelle 11, eine zweite Anschraubstelle 12 und
eine dritte Anschraubstelle 13. Die drei Anschraubstellen 11, 12, 13 sind
so verteilt, dass sie in einer Ebene liegen, wobei lediglich zwei
der drei Anschraubstellen 11, 12, 13 entlang
einer Linie angeordnet sind.
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Im
Motorgehäuseanteil 8 des
Gehäuses 6 ist ein
Bürstenträger 16 eingesetzt.
An diesen Bürstenträger 16 ist
ein Polgehäuse,
ausgebildet als Poltopf 15, aufgesetzt. Dieser Poltopf 15 ist über eine
erste Poltopfverschraubung 17, eine zweite Poltopfverschraubung 18,
eine dritte Poltopfverschraubung 22 und eine vierte Poltopfverschraubung 23 an
dem Motorgehäuseanteil 8 angeschraubt.
Die dritte und vierte Poltopfverschraubung 22, 23 ist
in 2 zu sehen. Der nicht dargestellte Anker des Elektromotors 2 mit den
entsprechenden Wicklungen erstreckt sich durch den Poltopf 15 und
den Bürstenträger 16 entlang
der eingezeichneten Ankerachse 36.
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Im
Leiterplattengehäuseanteil 7 des
Gehäuses 6 sind
ein erster Haltestift 19, ein zweiter Haltestift 20 und
ein dritter Haltestift 21 vorgesehen. Diese drei Haltestifte 19, 20, 21 erstrecken
sich in einer Richtung parallel zur Abtriebsachse 37. Auf
diesen drei Haltestiften 19, 20, 21 kommt
die Leiterplatte 4 zu liegen bzw. wird die Leiterplatte 4 eingeclipst.
Auf der Leiterplatte 4 ist ein relativ großes Bauteil 24, ausgebildet
als Relais, befestigt.
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Die
Anschlussschnittstelle 5 des Verstellantriebes 1 ist
sowohl am Leiterplattengehäuseanteil 7 als
auch auf der Leiterplatte 4 ausgebildet. Die Anschlussschnittstelle 5 umfasst
dabei einen oval umlaufenden Steckerkragen 25 auf der Außenseite
des Gehäuses 6,
insbesondere auf der Außenseite
des Leiterplattengehäuseanteils 7,
sowie Kontaktierpads 38 direkt auf der Leiterplatte 4.
Der Steckerkragen 25 erstreckt sich dabei von einer Außenseite
des Gehäuses 6 in
eine Richtung parallel zur Ankerachse 36.
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2 zeigt
eine Seitenansicht des Verstellantriebs 1 gemäß Ausführungsbeispiel.
Dabei ist gut zu sehen, wie sich das Gehäuse 6 in einer Ausdehnungsrichtung
R erstreckt. Diese Ausdehnungsrichtung R ist parallel zur Abtriebsachse 37 und
erstreckt sich entlang einer Ausdehnungslänge 26. Baut man diesen
Verstellantrieb 1 nun z. B. in die Tür eines Kraftfahrzeugs ein,
so beschränkt
die Dicke der Tür den
maximalen Bauraum und gibt somit die Ausdehnungslänge 26 vor.
Innerhalb dieser Ausdehnungslänge 26 muss
der Steckerkragen 25 angeordnet sein. Auf diesen Steckerkragen 25 wird
ein fahrzeug- bzw. kundenseitiger Stecker aufgesetzt. In diesem aufzusetzenden
Stecker sind Federkontakte ausgebildet, welche sich in den Leiterplattengehäuseanteil 7 erstrecken
und mit den Kontaktierpads 38 in Kontakt kommen. Damit
die Federkontakte des Steckers relativ mittig im Stecker angeordnet
werden können, ist
es besonders wichtig, dass auch die Kontaktpads 38 mittig
in dem umlaufenden Steckerkragen 25 angeordnet sind. Hierzu
ist eine gewisse Schräge
der Leiterplatte 4 vorgesehen, wie sie in 3 noch
beschrieben wird.
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2 zeigt
des Weiteren einen Gebermagneten 27 der auf dem nicht dargestellten
Anker bzw. auf der Ankerachse 36 sitzt. Dieser Gebermagnet 27
wirkt
zusammen mit einem Hallsensor 39 (3) auf der
Leiterplatte 4. Dadurch kann eine Einklemmschutzfunktion
am Verstellantrieb 1 realisiert werden.
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3 zeigt
einen Schnitt durch den Verstellantrieb 1 gemäß Ausführungsbeispiel.
Dabei ist gut zu sehen, dass die Leiterplatte 4 schräg angeordnet ist,
wobei sich hier die Schräge
auf die Ebene E senkrecht zur Abtriebsachse 37 bezieht
und sich somit der Neigungswinkel α der Leiterplatte 4 ergibt.
Dieser Neigungswinkel α wird
realisiert, indem die Haltestifte 19, 20, 21 entsprechend
dimensioniert werden. Des Weiteren zeigt 3, dass
die Leiterplatte 4 über
einen ersten Pin 28 und einen zweiten Pin 29 mit
dem Bürstenträger 16 kontaktiert
ist. Die Leiterplatte 4 erstreckt sich hierzu über den
Bürstenträger 16 bzw. liegt über dem
Bürstenträger 16 auf,
so dass einerseits die Kontaktierung über die Pins 28 und 29 gut zu
realisieren ist und damit andererseits der Hallsensor 39 auf
der Leiterplatte 4 möglichst
nahe am Gebermagneten 27 liegt. Würde man nun die Leiterplatte 4 ohne
den Neigungswinkel α bzw.
mit einem Winkel von α =
0 einbauen, so läge
die Leiterplatte 4 in den Randbereichen der Ausdehnungslänge 26.
Dadurch würden
die Kontaktierpads 38 ebenfalls in den Randbereich der
Ausdehnungslänge 26 liegen
wodurch kein ausreichender Bauraum für den Steckerkragen 25 zur
Verfügung
stünde.
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4 zeigt
den Bürstenträger 16,
wie er im Verstellantrieb 1 gemäß den 1 bis 3 verbaut ist,
im Detail. Dabei ist gut zu sehen, wie der Bürstenträger 16 den ersten
Pin 28 und den zweiten Pin 29 aufweist. Des Weiteren
umfasst der Bürstenträger 16 ein
Leitelement 40.
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Wie
bereits anhand von 3 aufgezeigt, erstrecken sich
der erste Pin 28 und der zweite Pin 29 in die
Leiterplatte. An der Leiterplatte wird der erste Pin 28 und
der zweite Pin 29 eingepresst oder angelötet.
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Das
Leitelement 40 umfasst einen ersten Poltopfkontakt 31,
einen zweiten Poltopfkontakt 32 und einen Leiterplattenkontakt 30.
Dadurch verbindet das Leitelement 40 die Leiterplatte 4 elektrisch
leitend mit dem Poltopf 15, wodurch ein Masseausgleich
stattfindet und eine Entstörung
des Elektromotors 2 möglich
ist. Die Poltopfkontaktierungen 31, 32 sowie der
Leiterplattenkontakt 30 sind dabei vorteilhafterweise federnd
ausgeführt.
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Der
Bürstenträger 16 ist
innen hohl, wodurch eine Ankeraufnahme 33 zur Aufnahme
des nicht dargestellten Ankers geschaffen wird.
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5 zeigt
einen Detailausschnitt des Verstellantriebes 1 aus 1.
Dabei ist gut zu sehen, wie im Gehäuse 6 eine erste Aussparung 34 und
eine zweite Aussparung 35 vorgesehen sind. Durch die erste
Aussparung 34 erstrecken sich der erste Pin 28 und
der zweite Pin 29 vom Bürstenträger 16 zur
Leiterplatte 4. Durch die zweite Aussparung 35 erstreckt sich
der Leiterplattenkontakt 30 des Leitelements 40 vom
Bürstenträger 16 durch
das Gehäuse 6 hindurch zur
Leiterplatte 4.
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In
den 1 bis 5 ist der Leiterplattengehäuseanteil 7 sowie
der Getriebegehäuseanteil 9 teilweise
offen dargestellt. Selbstverständlich
sind hier entsprechende Deckelungen vorgesehen, welche sowohl die
Leiterplatte 4 als auch den Freiraum 14 mit dem
Schneckenrad abdecken.
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Das
somit dargestellte Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt sehr ausführlich,
wie es möglich ist,
einen Verstellantrieb, insbesondere einen Fensterheber, mit begrenztem
Bauraum sowohl kastengünstig
als auch kundenindividuell zu gestalten. Insbesondere der Verzicht
auf antriebsseitige Steckerpins bzw. Federkontakte an der Leiterplatte 4 und stattdessen
das Vorsehen der Kontaktierpads 38 ermöglicht die Direktsteckverbindung.
Dies hat insbesondere Vorteile bei der flexiblen Gestaltung des
Gehäuses 6 und
der Anschlussschnittstelle 5. Dadurch kann mit relativ
günstigen
Werkzeugen sehr flexibel auf kundenindividuelle bzw. fahrzeugspezifische Stecksysteme
eingegangen werden.
