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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Baugruppe für einen Elektromotor, wobei die Baugruppe ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse und ein darin aufgenommenes programmierbares Bauteil aufweist. Die Baugruppe dient insbesondere zur Ansteuerung des Elektromotors und/oder zur Erfassung sowie – optional – Verarbeitung von Sensorsignalen.
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Einem Elektromotor, wie er unter anderem als Stellmotor zum Verstellen eines Kraftfahrzeugteils (z. B. zur Kupplungsbetätigung, Gangschaltung oder zum Verstellen einer Klappe, einer Fahrzeugtür, eines Fensterscheibe, eines Sitzes, etc.) eingesetzt wird, ist üblicherweise eine elektronische Steuereinheit zugeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist einem solchen Elektromotor oft eine elektronische Sensorik zur Erfassung von Betriebsgrößen des Elektromotors (z. B. Drehstellung, Drehzahl, etc.) zugeordnet.
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Die Sensorik umfasst häufig einen Drehwinkelsensor, z. B. in Form eines Hall-Sensors, der durch Wechselwirkung mit einem mit der Motorwelle gekoppelten Signalmagneten ein für die Drehstellung und Drehzahl des Elektromotors charakteristisches Messsignal erzeugt. Die den Sensor umfassende Baugruppe weist in der Regel einen programmierbaren Baustein auf, der zur Ansteuerung des Sensors und zur Aufnahme und Verarbeitung (oder zumindest Aufbereitung) des von dem Sensor erzeugten Rohsignals umfasst. Dieser (nachfolgend als „Sensor-Chip” bezeichnete) programmierbare Baustein gibt das erfasste und gegebenenfalls aufbereitete oder verarbeitete Signal beispielsweise an eine dem Stellmotor übergeordnete Steuerung aus.
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Häufig muss der Sensor-Chip vor dem Einsatz programmiert werden. Durch die Programmierung wird beispielsweise eine bestimmte Motorwellenposition (Positionsabgleich des Abtriebs) eingestellt oder ein bestimmtes Kommutierungs-Muster (Positionsabgleich mit Kommutierung für bürstenlose Motoren) programmiert. Als Programmierung des Sensor-Chips wird im weiteren Sinne insbesondere auch eine Kalibrierung oder Konfigurierung des Sensor-Chips verstanden, wobei ein Parameter eines an sich vorgegebenen und in dem Sensor-Chip implementierten Programms mit einem Wert belegt wird, wobei eine funktionale Option eines solchen Programms aktiviert oder deaktiviert wird oder wobei eine von mehreren alternativ zur Auswahl stehenden Betriebsmodi des Programms ausgewählt wird.
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Die Programmierung einer solchen Baugruppe, insbesondere eines solchen Sensor-Chips, muss im Herstellungsprozess oft notwendigerweise zu einem Zeitpunkt erfolgen, an dem der Sensor bereits bestimmungsgemäß mit dem Motor verbaut ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein und dieselbe vorgefertigte Bauform der Baugruppe bei mehreren Motortypen unterschiedlicher Auslegung eingesetzt wird, so dass jedes Exemplar der Baugruppe auf die Motorparameter des jeweils zugeordneten Motors parametriert werden muss. In der Regel kann das Gehäuse der Baugruppe dann nicht mehr geöffnet werden, so dass das programmierbare Bauteil, insbesondere der Sensor-Chip, nicht mehr ohne Weiteres für die Programmierung zugänglich ist.
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Um das programmierbare Bauteil (insbesondere den Sensor-Chip) dennoch programmieren zu können, ist in das Gehäuse der Baugruppe herkömmlicherweise eine speziell zur Programmierung vorgesehene Programmieröffnung eingebracht, die nach der Programmierung mit einem dafür vorgesehenen Deckel dicht verschlossen wird. Der dichte Verschluss der Öffnung ist notwendig, um die Sensorik vor Manipulation/Feuchtigkeit/Partikeln etc. zu schützen. Die Programmieröffnung und der korrespondierende Deckel verkomplizieren nachteiligerweise die Herstellung und Montage der Baugruppe. Zudem stellt die Programmieröffnung eine Schwachstelle in der Abdichtung des Gehäuses dar und erhöht somit das Ausfallrisiko für die Baugruppe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe für einen (Elektro-)Motor mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen programmierbaren Bauteil anzugeben, deren Herstellung und Inbetriebnahme besonders rationell realisierbar ist.
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Bezüglich der elektronischen Baugruppe wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Verfahrens zur Inbetriebnahme der elektronischen Baugruppe wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe umfasst ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse, in dem ein programmierbares Bauteil aufgenommen ist. Bei dem programmierbaren Bauteil handelt es sich vorzugsweise um eine dem Motor zugeordnete Steuereinheit (zum Beispiel in Form eines Mikroprozessors) oder einen Bestandteil eines dem Motor zugeordneten Sensors (Sensor-Chip).
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„Im Wesentlichen geschlossen” bedeutet dabei, dass das programmierbare Bauteil in einem Vormontagezustand, in dem das programmierbare Bauteil bereits bestimmungsgemäß verbaut, aber noch nicht programmiert ist, nahezu vollständig (bis auf eine oder wenige kleine Gehäuseöffnungen) durch das umgebende Gehäuse gegen die Umgebung abgeschottet ist.
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An dem Gehäuse ist eine Steckverbindung angebracht, die dazu dient, einen Applikationsstecker anzuschließen. Als „Applikationsstecker” ist hierbei ein Stecker bezeichnet, der erst im Montagezustand der Baugruppe angeschlossen wird, nämlich nach der Kombination der Baugruppe mit einem zugeordneten Motor oder möglicherweise sogar erst bei der Montage der aus dem Motor und der Baugruppe gebildeten Motoreinheit in einem Kraftfahrzeug. Der Applikationsstecker kann unmittelbar mit Stromversorgungs- und Signalleitungen verbunden sein. Alternativ kann der Applikationsstecker aber auch einen Adapter darstellen, der seinerseits den Anschluss applikationsspezifisch konfektionierter Stromversorgungs- und Signalleitungen ermöglicht. Der Einsatz eines solchen Adapters als Applikationsstecker ermöglicht insbesondere, ein und dieselbe Bauform der Baugruppe in verschiedenen Applikationen (Anwendungsfällen) einzusetzen, in denen unterschiedliche Verbindungssysteme zur Verbindung von Stromversorgungs- und Signalleitungen eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist mindestens eine Gehäuseöffnung (nachfolgend als „Programmieröffnung” bezeichnet) in dem Gehäuse im Bereich der Steckverbindung vorgesehen, die einen Zugang zum Gehäuseinnenraum ermöglicht. Vorzugsweise sind mehrere solche Programmieröffnungen vorgesehen. Die mindestens eine Programmieröffnung ist dabei derart vorgesehen, dass durch diese Programmieröffnung hindurch das programmierbare Bauteil (direkt oder indirekt) zu Programmierzwecken mit mindestens einer Kontaktnadel (vorzugsweise mit mehreren Kontaktnadeln gleichzeitig) elektrisch kontaktierbar ist. Die Kontaktnadel wird dabei erfindungsgemäß nur vorübergehend, nämlich ausschließlich für den Programmiervorgang, durch die Öffnung hindurchgeführt. Nach erfolgter Programmierung wird die oder jede Kontaktnadel aus dem Gehäuse entfernt. Als Kontaktnadel wird ein nadelförmiger, d. h. dünner, langgestreckter und elektrischer Leiter bezeichnet.
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Mit Hilfe der Kontaktnadel(n) ist es insbesondere möglich, ein zur Programmierung notwendiges Spannungssignal an das Bauteil anzulegen und somit eine Programmierschnittstelle zu Programmierzwecken mit dem Bauteil in elektrisch leitfähige Verbindung zu bringen.
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Erfindungsgemäß ist die Programmieröffnung nach dem Programmiervorgang durch bestimmungsgemäßen Anschluss des Applikationssteckers an die Steckverbindung verschließbar.
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Die Idee, den für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Baugruppe ohnehin notwendigen Applikationsstecker simultan als Verschluss für die oder jede Programmieröffnung einzusetzen, ermöglicht eine einfache und geringteilige Fertigung der Baugruppe. Beispielsweise erübrigt sich hierdurch der zusätzliche Deckel für die üblicherweise außerhalb der Steckverbindung angebrachte Programmieröffnung. Auch müssen im Rahmen der für den Anschluss des Applikationssteckers vorgesehenen Steckverbindung keine weiteren Pins für die Programmierung des programmierbaren Bauteils vorgesehen werden. Entsprechend werden die hierfür erforderlichen Leitungen oder Stromschienen eingespart.
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Vorzugsweise umfassen der Applikationsstecker und/oder die Steckverbindung Dichtmittel, so dass der Applikationsstecker in mit der Steckverbindung verbundenem Zustand die oder jede Programmieröffnung bei angeschlossenem Applikationsstecker vorteilhafterweise staub- und/oder wasserdicht verschließt. In bevorzugter Ausgestaltung wirkt die oder jede Programmieröffnung auch als Entlüftungsöffnung, die im Zuge und Nachgang des Herstellungsprozesses einen Abzug von Lösungsmitteldämpfen oder Restfeuchte aus dem Gehäuseinneren ermöglicht.
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Bevorzugt ist die oder jede Programmieröffnung innerhalb einer Anschlussfläche der Steckverbindung, insbesondere etwa in deren Flächenmitte, angeordnet. Als Anschlussfläche ist dabei die Fläche bezeichnet, in der bei einer herkömmlichen Steckverbindung die Anschlusspins angeordnet sind. Eine Abdichtung der Öffnung(en) durch den Applikationsstecker ist hierdurch besonders sicher gewährleistet.
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Um das programmierbare Bauteil unmittelbar elektrisch zu kontaktieren, sind Bauteil und die oder jede Programmieröfffnung bevorzugt derart zueinander ausgerichtet, dass mittels der mindestens einen Kontaktnadel eine unmittelbare elektrische und mechanische Kontaktierung mindestens eines Programmieranschlusses des Bauteils durch die Öffnung hindurch realisierbar ist. Falls eine direkte Kontaktierung des Bauteils konstruktionsbedingt nicht möglich ist, ist der oder jeder Programmieranschluss des programmierbaren Bauteils in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung elektrisch mit einem Programmierkontakt verbunden. Über diesen wird das programmierbare Bauteil mittels der mindestens einen Kontaktnadel indirekt kontaktiert. Der oder jeder Programmierkontakt ist hierzu derart im Gehäuse angeordnet, dass er unmittelbar durch die Gehäuseöffnung hindurch mit der Kontaktnadel elektrisch und mechanisch kontaktierbar ist.
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Das programmierbare Bauteil ist im Inneren des Gehäuses vorzugsweise auf einer Leiterplatte aufgebaut. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Programmierkontakt durch eine auf der Leiterplatte aufgebrachte Leiterbahn gebildet. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist der Programmierkontakt durch ein auf der Leiterplatte aufmontiertes und von der Leiterplatte abstehendes Kontaktelement gebildet.
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Zur Inbetriebnahme der elektronischen Baugruppe, also zur Herstellung eines nutzungsfertigen Montagezustands wird (vorzugsweise nach der Kombination der Baugruppe mit einem zugeordneten Elektromotor) mindestens eine Kontaktnadel durch die mindestens eine im Bereich der Steckverbindung angeordnete Programmieröffnung hindurchgeführt. Mit Hilfe der mindestens einen Kontaktnadel wird das in dem Gehäuse angeordnete programmierbare Bauteil direkt oder indirekt elektrisch kontaktiert und programmiert. Anschließend werden die oder jede Kontaktnadel aus dem Gehäuse entfernt und die Gehäuseöffnung durch Anschluss eines Applikationssteckers an die Steckverbindung verschlossen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 und 2 in einer Seitenansicht bzw. in einer Draufsicht jeweils ein erfindungsgemäßes Gehäuse einer Motoreinheit, an dem eine Steckverbindung angeformt ist,
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3 in einer Detailansicht die Steckverbindung gemäß 1,
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4 in einem Vormontagezustand die Motoreinheit gemäß 1,
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mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform,
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5 die Motoreinheit gemäß 4 in einem Endmontagezustand, sowie
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6 und 7 in Darstellung gemäß 4 bzw. 5 die Motoreinheit mit einer elektronischen Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer Ausschnittsdarstellung eine Motoreinheit (nachfolgend kurz als Elektromotor 1 bezeichnet) in einem Vormontagezustand, in welchem der Elektromotor 1 noch nicht elektrisch angeschlossen ist. Der Elektromotor 1 dient insbesondere als Stellmotor in einem Kraftfahrzeug. Der Elektromotor 1 umfasst in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 2 aus Kunststoff oder Metall. Das Gehäuse 2 ist aus einem ersten, becherförmigen unteren Gehäuseteil 3 sowie einem schalenförmigen Gehäusedeckel 4 gebildet. Das Gehäuseteil 3 dient zur Aufnahme des eigentlichen Elektromotors, d. h. eines Rotor-Stator-Systems. In dem Gehäusedeckel 4 ist eine Leiterplatte 5 (3) aufgenommen.
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Der Gehäusedeckel 4 ist z. B. mit Klippverschlüssen 6 fest auf dem (unteren) Gehäuseteil 2 fixiert. In der Darstellung frontseitig ist an den Gehäusedeckel 4 eine Steckverbindung 10 einstückig angeformt.
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2 zeigt eine Draufsicht einer Oberseite 20 des Gehäusedeckels 2. Der Darstellung ist zu entnehmen, dass der Gehäusedeckel 2 an seiner Oberseite 20 einstückig ausgeführt und durchgehend geschlossen ist.
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3 zeigt in einer Detailansicht die Steckverbindung 10 gemäß 1. Die Steckverbindung 10 umfasst einen entlang einer in etwa rechteckigen Bahn umlaufenden Kragen 30, der etwa radial von dem Gehäusedeckel 20 abragt (2). In eine von dem Kragen 30 eingefasste Anschlussfläche 31 (3) der Steckverbindung 10 sind in an sich bekannter Weise in zwei Reihen Aufnahmen 32 für mehrere Pins zum elektrischen Anschluss des Motors und der Leiterplatte 5 eingeformt. Die Pins sind jeweils aus einem Stanzgitter hergestellt.
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Etwa auf halber Höhe der Steckverbindung 10 sind zwei zum Gehäuseinnenraum 35 (4) durchgängige Programmieröffnungen 36 eingebracht. Beispielhaft haben die Programmieröffnungen 36 hier jeweils eine längliche Ausdehnung mit unterschiedlicher Breite, wobei die in der Darstellung linke Programmieröffnung 36 über ihre Längsausdehnung an drei Stellen verbreitert ist, während die in der Darstellung rechte Programmieröffnung 36 an zwei Stellen verbreitert ist. Die Programmieröffnungen 36 haben an den verbreiterten Stellen z. B. jeweils eine lichte Weite von etwa 2,5 mm pro einzuführender Kontaktnadel (z. B. also etwa 7,5 mm für drei nebeneinander einzuführende Kontaktnadeln).
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung des Elektromotors 1 gemäß 1 im Wesentlichen dessen Gehäusedeckel 4 mit der darin aufgenommenen Leiterplatte 5. Die Leiterplatte 5 ist in etwa planparallel zur Deckel-Oberseite 20 angeordnet. Der sich (in der Darstellung unterhalb) anschließende Gehäuseteil 3 ist hier nicht dargestellt.
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Der Elektromotor 1 umfasst zur Bestimmung des Rotor-Drehwinkels einen Sensor 40 (Drehgeber), welcher seinerseits ein Hall-Element (Hall-Sonde) sowie ein als Sensor-Chip 41 ausgebildetes programmierbares Bauteil umfasst. Über eine Signalleitung 42 gibt der Chip 41 im Betrieb des Elektromotors 1 (vorverarbeitete) Messsignale des Sensors 40 an eine übergeordnete Steuereinheit aus, welcher der Elektromotor 1 als Stellmotor zugeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ zu dem mit dem Sensor-Chip 41 versehenen Sensor 40 kann auch ein anderes programmierbares Bauteil vorgesehen sein.
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Das im Wesentlichen geschlossene Gehäuse 2 sowie die Leiterplatte 5 mit dem programmierbaren Bauteil 41 werden zusammenfassend auch als elektronische Baugruppe 45 bezeichnet.
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In der hier dargestellten ersten Ausführungsform befinden sich zur Kalibrierung des Sensors 40 auf einer Stirnseite 46 der Leiterplatte 5 entsprechende Kontaktstellen 47, an die zur Programmierung ein vorgegebenes Spannungssignal angelegt werden kann. Die Kontaktstellen 47 sind über Leiterbahnen 48 mit Programmieranschlüssen des Chips 41 elektrisch leitend verbunden.
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Der Zugang zu den Kontaktstellen 47 und damit indirekt zu dem Chip 41 erfolgt dabei über die im hier dargestellten Vormontagezustand noch zugänglichen Programmieröffnungen 36. Insbesondere werden in die Programmieröffnungen 36 Kontaktnadeln eingeführt, die durch einen Pfeil 50 angedeutet sind.
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Bei der ersten Ausführungsform der Baugruppe 45 liegen die Programmieröffnungen 36 und die Leiterplatte 5 in einer Ebene. Somit fluchten die Programmieröffnungen 36 mit der zugewandten Stirnseite 46 der Leiterplatte 5, so dass die Kontaktnadeln problemlos durch die Programmieröffnungen 36 hindurch zu den Kontaktstellen 47 geführt werden können. Entsprechend sind die jeweiligen Kontaktstellen 47 durch die Programmieröffnungen 36 sichtbar (3).
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Nach erfolgter Programmierung des Chips 41 bzw. Kalibrierung des Sensors 40 wird der Elektromotor 1 gemäß seinem Verwendungszweck eingebaut und angeschlossen. Hierzu wird ein Applikationsstecker 55 an die Steckverbindung 10 angeschlossen. Bei dem Applikationsstecker 55 handelt es sich hier um einen Stecker, mit dem typischerweise ein Fahrzeugkabelbaum an den Elektromotor 1 angeschlossen wird.
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Gemäß 5 liegt im Montagezustand eine umlaufende Dichtung 60 des Applikationssteckers 55 innenseitig an dem Kragen 30 der Steckverbindung 10 dichtend an, so dass hierdurch einerseits (wie herkömmlicherweise vorgesehen) das Stanzgitter als auch andererseits die Programmieröffnungen 36 gegen eindringende Feuchtigkeit, Schmutzpartikel, etc. geschützt sind. Die Signalleitung 42 ist im Montagezustand durch den Applikationsstecker 55 elektrisch kontaktiert.
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Die 6 und 7 zeigen jeweils im Vormontagezustand bzw. im Montagezustand eine zweite Ausführungsform der elektronischen Baugruppe 45, in der die Leiterplatte 5 im Gegensatz zur ersten Ausführungsform nicht in einer Ebene mit den Programmieröffnungen 36 liegt. In diesem Fall sind auf der Leiterplatte 5 (hier auf deren vom Gehäusedeckel 4 abgewandten Unterseite 70) elektrisch leitfähige Kontaktelemente 71 angebracht, welche nun ihrerseits mit den jeweiligen Programmieröffnungen 36 fluchten. Auf den Kontaktelementen 71 liegen die jeweiligen Kontaktstellen 47, welche wiederum über entsprechende Leiterbahnen 72 mit dem Chip 41 verbunden sind.
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Bei beiden Ausführungsformen sind Programmierkontakte, nämlich im Falle der 4 und 5 die Leiterbahnen 48 und deren Kontaktstellen 47 und im Falle der 6 und 7 die Kontaktelemente 71, mit Abstand zu den Programmieröffnungen 36 im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor-Chip 41 derart im Gehäuse 2 angeordnet, dass seine Programmieranschlüsse unmittelbar mit der durch die Programmieröffnungen 36 hindurchgeführten Kontaktnadeln erreichbar sind.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseteil
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Leiterplatte
- 6
- Klippverschluss
- 10
- Steckverbindung
- 20
- Oberseite
- 30
- Kragen
- 31
- Anschlussfläche
- 32
- Aufnahme
- 35
- Gehäuseinnenraum
- 36
- Programmieröffnung
- 40
- Sensor
- 41
- Sensor-Chip
- 42
- Signalleitung
- 45
- Baugruppe
- 46
- Stirnseite
- 47
- Kontaktstelle
- 48
- Leiterbahn
- 50
- Pfeil
- 55
- Applikationsstecker
- 60
- Dichtung
- 70
- Unterseite
- 71
- Kontaktelement
- 72
- Leiterbahn
