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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für
eine Pumpe eines Kraftfahrzeugs. Der Elektromotor weist ein Gehäuse,
einen Stator und einen Anker auf. Der Elektromotor weist auch eine
bevorzugt auf einer Leiterplatte ausgebildete Steuereinheit auf,
wobei die Leiterplatte über insbesondere drahtförmige,
bevorzugt massiv ausgebildete elektrische Verbindungsleitungen mit
dem Gehäuse und/oder dem Stator verbunden ist.
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Aus
der
DE 10 2007 031 2461 ist
eine elektronische Steuervorrichtung für ein Servolenkungssystem
bekannt, wobei das Servolenkungssystem ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft
zu einem Lenksystem eines Fahrzeugs mittels einer Rotationskraft
eines Elektromotors zu erzeugen. Das Steuergerät weist
ein Gehäuse auf, welches eine Leiterplatte und Einpress-Pins
aufnimmt, wobei die Leiterplatte mit den Einpress-Pins verbunden
ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind
bei dem Elektromotor der eingangs genannten Art die Verbindungsstellen, welche
jeweils eine Verbindungsleitung mit der Leiterplatte verbinden,
auf einer Leiterplattenfläche der Leiterplatte derart auf
einer Kontaktfläche kleiner als die Leiterplattenfläche
zusammengefasst angeordnet sind, dass durch Temperaturschwankungen und/oder
Vibrationen verursachte mechanische Verformungswirkungen der Leiterplatte
auf die Verbindungsstellen minimal oder zumindest im Vergleich zu einer
insbesondere gleichmäßig über die Leiterplattenfläche
verteilten Anordnung reduziert sind.
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Durch
diese Anordnung der elektrischen Verbindungsleitungen wird vorteilhaft
bewirkt, dass Verbindungsstellen, welche die Leiterplatte mit den
elektrischen Verbindungsleitungen verbinden, durch insbesondere
thermische Ausdehnungen oder mechanische Vibrationen, welche eine
Relativbewegung zwischen der Lei terplatte und dem Gehäuse und/oder
dem Stator bewirken, vorteilhaft nicht verändert, zerstört
oder unterbrochen werden können. Bevorzugt bilden die Verbindungsstellen
auf der Kontaktfläche eine Gruppe, weiter bevorzugt ist
die Kontaktfläche kreisförmig.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors beträgt
die Kontaktfläche weniger als die Hälfte der Leiterplattefläche,
weiter bevorzugt ein Drittel der Leiterplattenfläche, besonders
bevorzugt ein viertel oder ein fünftel der Leiterplattenfläche.
Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass Relativbewegungen, verursacht
durch thermische Ausdehnungen der Leiterplatte und/oder der Verbindungsleitungen,
im Vergleich zu einer Kontaktfläche, welche der Leiterplattenfläche
entspricht, minimal oder zumindest im Vergleich zu einer insbesondere
gleichmäßig über die Leiterplattenfläche
verteilten Anordnung reduziert sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors weist
wenigstens ein Teil der elektrischen Verbindungsleitungen wenigstens
eine Schleife oder wenigstens einen Mäander auf, welche
jeweils ausgebildet sind, eine Längsrichtung der Verbindungsleitung
wirkende Kraft aufzunehmen und bevorzugt wenigstens teilweise insbesondere
federnd zu speichern. Dadurch können vorteilhaft thermische
Ausdehnungen der Leiterplatte mindestens reduziert oder nicht auf
die elektrische Verbindungsstelle wirken. Bevorzugt ist die Schleife
durch eine Halbwelle einer Sinus- oder Rechteckwelle gebildet. In
einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist
die Leiterplatte derart schwimmend gelagert, dass die Leiterplatte
mindestens überwiegend oder ausschließlich von
den Verbindungsleitungen getragen ist. Durch diese Ausführungsformen
wird vorteilhaft bewirkt, dass mechanische und/oder durch thermische
Ausdehnung verursachte Kräfte nur wenigstens teilweise
oder gar nicht auf die Verbindungsstellen übertragen werden
können.
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Bevorzugt
ist die Kontaktfläche mittig in der Leiterplattenfläche
angeordnet.
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Die
schwimmende Lagerung kann beispielsweise dadurch gebildet sein,
dass die Leiterplatte mittels wenigstens eines Kopplungselements
mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden ist, wobei
das Kopplungselement bevorzugt ein kleineres Elastizitätsmodul
aufweist als die Leiterplatte und/oder das Gehäuse. Das
Koppelungselemente kann beispielsweise durch ein Elastomer, beispielsweise
Silikongummi oder Polyurethan gebildet sein. Die Leiterplatte ist
dann vorteilhaft derart schwimmend gelagert, dass die Leiterplatte
mindestens überwiegend von den Verbindungsleitungen getragen
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen
der Leiterplatte und der Verbindungsleitung gepresst. Die gepresste
Verbindung bewirkt vorteilhaft, dass durch die Pressung zwischen der
Verbindungsleitung und der Leiterplatte sowohl eine mechanische
Verbindung, als auch eine elektrische Verbindung hergestellt ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung
zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung gelötet.
Durch die Lötverbindung ist vorteilhaft eine elektrische
Verbindung zwischen der Leiterplatte und der Verbindungsleitung
hergestellt. Eine mechanische Verbindung zwischen der Leiterplatte
und der Verbindungsleitung ist in dieser Ausführungsform
der gelöteten Verbindung mindestens durch die Lötstelle
gebildet. Die Leiterplatte ist bevorzugt im Falle der gelöteten
Verbindung mit dem Gehäuse und/oder dem Stator des Elektromotors
derart verbunden, dass die Leiterplatte mindestens überwiegend
von der Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse
getragen ist. Dadurch ist eine mechanische Belastung auf die Lötstelle
vorteilhaft gering.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors ist
die Leiterplatte im Wesentlichen oder genau kreisförmig
ausgebildet und ist quer zu einer Motorwellenachse angeordnet. Die
Motorwellenachse verläuft bevorzugt durch die Kontaktfläche, insbesondere
einen Flächenschwerpunkt der Kontaktfläche. Vorteilhaft
ist die Kontaktfläche mittig in der Leiterplatte Fläche
angeordnet.
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Durch
die Anordnung der Kontaktfläche derart, dass die Motorwellenachse
durch die Kontaktfläche verläuft, wird vorteilhaft
bewirkt, dass Schwingungen des Gehäuses des Elektromotors,
verursacht durch ein Drehen der Motorwelle, insbesondere mit einem
Motoranker, vorteilhaft nur in geringem Maße oder nicht
auf die Verbindungsstellen wirken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors sind
die Verbindungsstellen von Verbindungsleitungen eines Bauteils auf
einem Radial angeordnet, wobei das Radial sich von einem Punkt der
Kontaktfläche zu einem Rand der Leiterplatte erstreckt.
Bevorzugt ist der Punkt der Kontaktfläche ein Flächenschwerpunkt
der Kontaktfläche, ein Flächenschwerpunkt der
Leiterplatte, ein Mittelpunkt der Kontaktfläche oder ein
Punkt, durch den die Motorwellenachse verläuft. Die vorbeschriebene
Anordnung bewirkt vorteilhaft, dass Verbindungsleitungen, insbesondere
Anschlüsse eines Bauteils, welche das Bauteil mit der Leiterplatte
verbinden, bei thermischen Ausdehnungen und/oder mechanischen Verformungen
der Leiterplatte bevorzugt gering oder nicht mechanisch belastet
werden.
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Die
Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren
Ausführungsbeispielen beschrieben.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe für
ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor. Bei der Pumpe ist eine
Leiterplatte mit elektrischen Kontakten des Elektromotors derart
verbunden, dass durch Temperaturschwankungen verursachte mechanische
Verformungswirkungen der Leiterplatte auf die Verbindungsstellen
im Vergleich zu einer gleichmäßigen Verteilung über
die Leiterplattenfläche reduziert sind;
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für Verbindungsleitungen,
welche Schleifen- und mäanderförmige Längsabschnitte
aufweist;
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für einen Hallsensor,
welcher zum elektrischen Verbinden des Hallsensors ausgebildete
Verbindungsleitungen aufweist, welche jeweils auf einem Längsabschnitt wenigstens
eine Schleife aufweisen;
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor,
bei dem Kontakte von Verbindungsleitungen mit einer Leiterplatte
verbunden sind, wobei die Leiterplatte mit einem Gehäuse
des Elektromotors über einen Verbindungssteg verbunden
ist;
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für den in 4 gezeigten
Elektromotor ohne die Leiterplatte in einer Aufsicht;
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6 zeigt
einen Elektromotor, bei dem die Leiterplatte von jeweils mit einem
Gehäuse und/oder Stator des Elektromotors verbundenen,
und jeweils als Einpress-Pins ausgebildeten Verbindungsleitungen
schwimmend getragen ist.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1.
Die Pumpe 1 weist ein Gehäuse 3 auf,
wobei das Gehäuse 3 einen Elektromotor umschließt. Der
Elektromotor weist einen Stator umfassend wenigstens eine Statorspule 5 auf.
Der Elektromotor weist auch einen Anker 7 auf, welcher
in diesem Ausführungsbeispiel permanentmagnetisch ausgebildet ist.
Der Anker 7 ist mit einem Flügelrad 10 verbunden,
welches in diesem Ausführungsbeispiel an den Anker 7 angeformt
ist. Der Anker 7, welcher in diesem Ausführungsbeispiel
einen Rotor des Elektromotors bildet, ist um eine Motorwellenachse 20 mittels
eines Lagers 21 und eines Lagers 22 drehbar gelagert.
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Die
Pumpe 1 weist auch ein Pumpengehäuse 24 auf,
welches von dem Gehäuse 3 aufgenommen ist. Die
Pumpe 1, insbesondere der Elektromotor der Pumpe 1,
weist auch eine Leiterplatte 14 auf. Die Leiterplatte 14 ist
von dem Gehäuse 3 derart aufgenommen und angeordnet,
dass eine Leiterplattenebene der Leiterplatte 14 quer zur
Motorwellenachse 20 verläuft.
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Die
Leiterplatte 14 weist eine Mehrzahl – in dieser
Abbildung nicht dargestellte – Leiterbahnen auf, welche
Kontakte von Bauelementen, insbesondere elektronischen Bauelementen
miteinander verbinden, wobei die Bauelemente auf der Leiterplatte 14 angeordnet
sind. Dargestellt ist ein Baustein 16, welcher mit der
Leiterplatte 14 verbunden ist. Der Baustein 16 ist
beispielsweise ein SMD-Baustein (SMD = Surface-Mounted-Device).
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Der
Elektromotor weist auch einen Hallsensor 18 auf. Die Hallsensor 18 ist
derart angeordnet, dass eine Rotationsumlauffrequenz des Ankers 10 von
dem Hallsensor 18 erfasst werden kann. Der Hallsensor 18 ist
dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Rotieren des
Ankers 10 ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Rotationsumlauffrequenz repräsentiert.
Der Hallsensor 18 weist drei Verbindungsleitungen zum elektrischen
Kontaktieren des Hallsensors 18 auf, nämlich eine
Verbindungsleitung 30, eine Verbindungsleitung 31 und
eine Verbindungsleitung 32. Die Verbindungsleitungen 30, 31 und 32 sind
jeweils mit der Leiterplatte 14 in einem Bereich 15 angeordnet.
Der Bereich 15 bildet eine Kontaktfläche, welche
kleiner ist als eine Leiterplattefläche der Leiterplatte 14.
Dargestellt ist auch ein Durchmesser 17 der Leiterplatte 14.
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Die
wenigstens eine Statorspule 5 ist mittels Verbindungsleitungen 33, 34 und 35 mit
der Leiterplatte 14 in dem Bereich 15 verbunden.
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Die
Pumpe 1 weist auch einen elektrischen Anschluss auf, wobei
der elektrische Anschluss drei Verbindungsleitungen, nämlich
eine Verbindungsleitung 36, eine Verbindungsleitung 37 und
eine Verbindungsleitung 38 umfasst. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 sind
jeweils als Kontaktstifte in dem elektrischen Anschluss ausgebildet,
so dass die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 wenigstens
abschnittsweise im Bereich eines Endes durch einen Stecker kontaktiert
werden können. Die Verbindungsleitung 36 ist im
Bereich eines anderen Endes 60 mit der Leiterplatte 14 in
dem Bereich 15 verbunden. Bezeichnet ist auch ein in 2 näher
beschriebener schleifenförmiger Bereich 50. Die
Verbindungsleitung 37 ist mittels eines anderen Endes 62 in dem
Bereich 15 mit der Leiterplatte 14 verbunden. Die
Verbindungsleitung 38 ist im Bereich eines anderen Endes 64 in
dem Bereich 15 mit der Leiterplatte 14 verbunden.
Die Verbindungsleitungen 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 können
jeweils sowohl mittels Pressverbindung als auch Lötverbindung
mit der Leiterplatte 14 verbunden sein.
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Das
Gehäuse 3 der Pumpe 1 weist auch einen
Anschlussflansch 12 auf, welcher zum fluidführenden
Verbinden der Pumpe 1 – beispielsweise mit einem
Kühlsystem eines Verbrennungsmotors – ausgebildet
ist. Das Gehäuse 3 weist auch eine an dieses angeformte
Haltevorrichtung 23 auf, welche ausgebildet ist, den Hallsensor 18 aufzunehmen
und festzuhalten.
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Die
Verbindungsleitung 36 weist in einem Abschnitt eine – in 2 näher
dargestellte – Schleife auf, welche ausgebildet ist, in
Längsrichtung der Verbindungsleitung 36 wirkende
Kräfte aufzunehmen.
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2 zeigt – schematisch – ein
Ausführungsbeispiel für die in 1 bereits
dargestellten Verbindungsleitungen 36, 37 und 38.
Die Verbindungsleitung 36 weist im Bereich eines Längsabschnittes
eine Schleife 50 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel
halbkreisförmig ausgebildet ist. Die Schleife 50 mündet
in einen weiteren Abschnitt der Verbindungsleitung 36,
wobei die Verbindungsleitung 36 im Bereich eines Endes 60 zum
mechanischen und/oder elektrischen Verbinden mit der in 1 bereits
dargestellten Leiterplatte 14 ausgebildet ist.
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Die
Verbindungsleitung 36 weist einen Anfangs- und einen Endabschnitt
auf, welche jeweils – in die gleiche Richtung weisend – abgewinkelt
sind.
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Die
Verbindungsleitung 37 weist einen mäanderförmigen
Abschnitt 52 auf. Der mäanderförmige
Abschnitt 52 gleicht in dieser Ausführungsform
einer Sinuswelle.
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Der
mäanderförmige Abschnitt 52 der Verbindungsleitung 37 ist
ausgebildet, in Längsrichtung der Verbindungsleitung 37 wirkende
Kräfte, – beispielsweise verursacht durch thermische
Ausdehnung –, zu speichern und so die Verbindungsstellen der
Verbindungsleitung 37 mechanisch zu entlasten. Die Verbindungsleitung 37 weist
zwei Enden auf, welche jeweils in die gleiche Richtung weisend abgewinkelt
sind. Der mäanderförmige Abschnitt 52 mündet in
einen Endabschnitt 62 der Verbindungsleitung 37, welcher
zum Verbinden mit einer Leiterplatte, beispielsweise der in 1 dargestellten
Leiterplatte 14 ausgebildet ist.
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Die
Verbindungsleitung 38 weist zwei Enden auf, wobei ein Ende 64 zum
Verbinden mit einer Leiterplatte ausgebildet ist und wobei die Enden
jeweils in die gleiche Richtung weisend abgewinkelt sind. Zwischen
den Enden der Verbindungsleitung 38 erstreckt sich ein
Längsabschnitt, welcher eine Schleife 54 bildet.
Die Schleife 54 ist ausgebildet, in Längsrichtung
der Verbindungsleitung 38 wirkende Kräfte aufzunehmen
und so mindestens das zum Verbinden mit einer Leiterplatte ausgebildete
Ende 64 mechanisch zu entlasten.
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3 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen
Hallsensor 18. Der Hallsensor 18 weist drei elektrische
Anschlüsse auf, nämlich einen elektrischen Anschluss 30,
einen elektrischen Anschluss 31 und einen elektrischen
Anschluss 32. Die elektrischen Anschlüsse 30, 31 und 32 sind
jeweils als Anschlussbeine ausgebildet. Die Anschlüsse 30, 31 und 32 weisen
jeweils einen Längsabschnitt 58 auf, welcher jeweils
durch eine Schleife 56 gebildet ist. Die Schleife 56 ist
beispielhaft an dem Anschluss 30 bezeichnet. Die Schleife 56 weisen
in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbwellenform auf.
Die Schleife 56 ist ausgebildet, eine in Längsrichtung
des Anschlusses 30 wirkende Verformung zu speichern und
so eine den Anschluss 30 mit einer Leiterplatte verbindende
Verbindungsstelle, beispielsweise eine Lötstelle, mechanisch
zu entlasten.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor,
bei dem Anschlüsse von elektrischen Verbindungsleitungen,
welche insbesondere mechanisch mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden
sind, derart mittels Lötverbindung auf einer Kontaktfläche 42 mit
einer Leiterplatte 13 verbunden und zu einer Gruppe zusammengefasst
sind, dass insbesondere durch Temperaturschwankungen verursachte
mechanische Kräfte auf die Anschlüsse minimal
sind. Die in 4 dargestellte Aufsicht zeigt die
Anschlüsse der Verbindungsleitungen 30, 31 und 32 des
in 1 dargestellten Hallsensors 18, welche jeweils
aus der Leiterplatte 13 herausragen und durch diese durchgeführt
sind.
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Dargestellt
sind auch Anschlüsse der in 1 bereits
dargestellten Verbindungsleitungen 33, 34, 35, 36, 37 und 38,
welche jeweils durch die Leiterplatte 13 hindurchgeführt
sind und aus der Leiterplatte 13 herausragen. Die Kontaktfläche 42 ist
beispielsweise kreisförmig ausgebildet.
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Die
Leiterplatte 13 ist mittels eines Bajonettstiftes 40 mit
dem Gehäuse des Elektromotors mechanisch verbunden.
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5 zeigt
eine Aufsicht auf den in 4 bereits abschnittsweise dargestellten
Elektromotor. Der Elektromotor weist ein Gehäuse 3 auf,
wobei an das Gehäuse 3 ein Anschluss 44 zum
elektrischen Anschließen des Elektromotors – beispielsweise
an eine Steuereinheit oder an eine Versorgungsspannungsquelle – angeformt
ist. Die in 5 dargestellte Aufsicht zeigt
den Elektromotor ohne die in 4 dargestellte
Leiterplatte 13. Sichtbar ist der Bajonettstift 40,
die Verbindungsleitungen 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38,
welche jeweils mit dem Gehäuse 3 des Elektromotors
mechanisch verbunden sind.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromotor,
bei dem – wie in 1 – eine
Leiterplatte 14 von elektrischen Verbindungsleitungen getragen
wird, wobei die elektrischen Verbindungsleitungen mit einem Gehäuse
des Elektromotors, in diesem Ausführungsbeispiel mit einem
Stator 75 verbunden sind. Die Leiterplattenfläche
der Leiterplatte 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel,
wenigstens abschnittsweise oder überwiegend, einen kreisförmigen
Umfang auf.
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Die
Leiterplatte 14 weist eine zentral in der Leiterplatte 14 angeordnete
Kontaktfläche 72 auf, wobei die Leiterplatte 14 im
Bereich der Kontaktfläche 72 mittels der elektrischen
Verbindungsleitungen 76 getragen ist.
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Der
Elektromotor weist auch Führungsstege auf, welche jeweils
mit dem Stator 75 mechanisch verbunden sind und welche
in entsprechende Aussparungen in der Leiterplatte 14 eingreifen.
Die Leiterplatte 14 wird von den Anschlüssen 76 derart
gehalten, dass die Leiterplatte 14 schwimmend gelagert ist
und die Führungsstege nicht berührt. Ein Führungssteg 70 ist
beispielhaft bezeichnet.
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Der
Elektromotor weist auch elektrische Anschlüsse zum elektrischen
Anschließen des Elektromotors an eine Versorgungsspannungsquelle
oder eine Steuereinheit auf. Der Elektromotor weist in diesem Ausführungsbeispiel
drei elektrische Anschlüsse auf, von denen der Anschluss 74 beispielhaft
bezeichnet ist.
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Die
elektrischen Anschlüsse sind in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils als Kontaktzangen ausgebildet, wobei vorgesehen ist, dass
Verbindungsleitungen zum Anschließen des Elektromotors – beispielsweise
die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 in 1 – mit
den Kontaktzangen verbunden werden können. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 können
dazu jeweils mit einem Gehäusedeckel verbunden sein, wobei
ein Ende der Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 jeweils
in einen zangenförmigen Anschluss 74 eingreifen
kann. Zwischen dem zangenförmigen Anschluss 74 und
der Leiterplatte 14 verläuft ein weiterer Abschnitt
der Verbindungsleitungen, welche jeweils mit einem Endabschnitt
durch die Leiterplatte 14 hindurchgeführt sind
und – wie die Verbindungsleitung 46 – aus
der Leiterplatte 14 herausragen und diese sowohl mechanisch
als auch elektrisch kontaktieren. Die Verbindungsleitungen 36, 37 und 38 können
jeweils als Einpress-Pins ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1020070312461 [0002]